Säkulares Gleichgewicht

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Der Begriff säkulares Gleichgewicht oder dauerndes Gleichgewicht entstammt der Kernphysik und beschreibt eine Beziehung zwischen den Aktivitäten von Radionukliden innerhalb einer Zerfallskette oder bei der Herstellung von künstlichen Radionukliden. Übergeordnet spricht man von radioaktivem Gleichgewicht.

Wenn die Halbwertszeit des Mutternuklids wesentlich länger als die des Tochternuklids ist, dann nähert sich die Aktivität des Tochternuklids mit der Zeit an die Aktivität des Mutternuklids an. Wenn beide Aktivitäten gleich sind, ist das säkulare Gleichgewicht erreicht, da in diesem Zustand das Mutternuklid durch den Zerfall immer gerade so viele Kerne des Tochternuklids nachliefert, wie im gleichen Zeitraum Tochternuklid-Kerne zerfallen.

Das Zerfallsprodukt („Tochternuklid“) vieler Radionuklide ist selbst wieder radioaktiv, dies kann – wie zum Beispiel bei den primordialen Isotopen von Uran und Thorium – mehrere Generationen umfassen und führt zu noch komplexeren Situationen.

Mögliche Gleichgewichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Säkulares Gleichgewicht
TMutter TTochter: Die Aktivität des Tochternuklids gleicht sich der Aktivität des Mutternuklids asymptodisch an.
Transientes Gleichgewicht
TMutter> TTochter: Die Aktivität des Tochternuklids erreicht am Punkt seiner maximalen Aktivität die Aktivität des Mutternuklids und überholt diese. Das Verhältnis beider Aktivitäten erreicht asymptodisch TMutter / (TMutter − TTochter).
Im Beispiel 211Pb ⇒ 211Bi beträgt dieser Wert 1,063.
Fehlendes Gleichgewicht
TMutter TTochter: Auch hier erreicht die Aktivität des Tochternuklids am Punkt seiner maximalen Aktivität die Aktivität des Mutternuklids und überholt diese. Bei näherungsweise gleicher oder bei geringerer Halbwertszeit des Mutternuklids wächst aber das Verhältnis beider Aktivitäten kontinuierlich an und erreicht (bei TMutter TTochter nie, sonst zumindest im Rahmen der Beobachtbarkeit) kein Gleichgewicht mehr.
Im Beispiel 214Pb ⇒ 214Bi beträgt dieser Wert rechnerisch 3,94, allerdings sind schon bei Erreichen des Wertes 3,77 99,99 % des Mutternuklids zerfallen. Der Gleichgewichtszustand ist in diesem Beispiel zwar berechenbar, aber nicht beobachtbar.