Svar:
Protonantalet ökar för att en neutron skickar ut en
elektron (negativt laddad, elektronsönderfall) och förvandlas till en proton (positiv). Anledningen till att detta sker är att för de tyngre radiumisotoperna finns det för många neutroner för att vara optimalt energimässigt, dvs kärnan vinner bindningsenergi genom att skicka ut en elektron.

Efter sönderfallet har vi en positivt laddad Ac-jon, som snart tar åt sig en elektron från omgivningen (i princip kunde detta vara den utsända elektronen) för att bli neutral.

För övriga sönderfallstyper gäller följande för bevarandet av laddningen:

Postitronsönderfall: kärnans laddning minskar med en enhet och vi får en negativ jon. Denna förlorar snart sin extra elektron och positronen annihilerar med en elektron. Slutresultatet blir alltså elektromagnetisk strålning (energi).

Elektroninfångning: kärnans laddning minskar med en enhet genom att en elektron från atomens elektronskal fångas in. Detta skapar en vakans i elektronskalet som snabbt fylls av andra elektroner under utsändning av röntgenstrålning. Eftersom elektronen fångas in från atomens egna elektronuppsättning är det inget problem med bevarandet av den totala laddningen.

Alfasönderfall: kärnladdningen minskar med två enheter. Dotterkärnan har alltså två elektroner för mycket. Dessa frigörs till omgivningen för att göra atomen neutral. Heliumkärnan kommer när den bromsats upp att ta till sig två elektroner. Slutresultatet blir alltså en neutral dotterkärna och en neutral helium-atom.
/Peter Ekström 1998-02-16

Svar:
Vi kan titta pÃ¥ ²²Na, som har en halveringstid pÃ¥ 2.6 Ã¥r.
90% av sönderfallen producerar positroner:

²²Na --> ²²Ne + e⁺ +
n_e

Men i 10% av fallen sker sönderfallen genom elektroninfångning:

²²Na + e^- --> ²²Ne +
n_e

I båda fallen bildas en neutrino av elektrontyp. Sönderfallen går till
en exciterad nivÃ¥ i ²²Ne, som sönderfaller genom att skicka
ut en foton med energin 1.28 MeV (g-strålning).
Elektronen tas med stor sannolikhet från K-skalet. När detta återbesätts,
skickas ut mjuk röntgenstrålning.
/KS 2001-11-06

Svar:
De flesta kärnor som markeras som stabila i en nuklidkarta (se bilden i fråga [3480]) är verkligen det. De har helt enkelt ingenstans att sönderfalla med kända sönderfallssätt - energin är så låg som möjligt.

Om man plottar bindningsenergin för kärnor med ett visst masstal A=Z+N (Z är antal protoner och N antal neutroner) så får man en (för udda masstal) eller två (för jämna masstal) parabler. Nedanstående figurer (genererade från uppmätta massdata med programmet i länk 1) för A = 113 och 114 är typiska exempel.

FrÃ¥n den översta plotten kan man dra slutsatsen att ¹¹³In är stabilt (har högst bindningsenergi), ¹¹³Mo - ¹¹³Cd sönderfaller med b^--sönderfall och ¹¹³Sn - ¹¹³Cs sönderfaller med b⁺-sönderfall.

För det jämna masstalet 114 kan man resonera på motsvarande sätt med skillnaden att man här har två parabler: en jämn-jämna kärnor (röda streck) en en udda-udda kärnor (svarta steck). Det paraboliska sambandet mellan bindningsenergier för ett visst masstal kan man förstå från vätskedroppsmodellen (fråga [14847]) eftersom uttrycket för bindningsenergin är kvadratiskt i Z, se Semi-empirical_mass_formulaThe_formula.

NÃ¥gra stabila kärnor (typiskt kärnor med jämnt antal protoner och jämnt antal neutroner) skulle teoretiskt kunna sönderfalla med s.k. dubbelt b-sönderfall (t.ex. ¹¹⁴Cd i figuren). Dessa kärnor har emellertid en halveringstid överstigande 10²⁰ Ã¥r, vilket jämfört med universums Ã¥lder 13.710⁹ Ã¥r kan ansers vara stabilt!

För varje masstal finns alltså en eller möjligen två kärnor som är stabila med ovanstående definition.

Till detta kommer för tunga kärnor (A>200) alfasönderfall och spontan fission (fråga [16986]).

Det är, tycker jag, intressant att man kan förstå såpass detaljerade egenskaper som den relativa bindningsenergin och därmed vilka kärnor som är stabila och hur de instabila kärnorna söderfaller med en såpass enkel modell som vätskedroppsmodellen. För att beräkna exakta sönderfallsenergier och exciterade tillstånd i atomkärnor behöver man emellertid tillämpa mer sofistikerade kvantmekaniska modeller, se Shell_model.

/Peter E 2005-02-04

Svar:
Neutronens sönderfall:

n --> p + e- + v_anti (1)

Ja, reaktionen är reversibel, men man måste skriva om sönderfallet eftersom de tre partiklarna i högerledet knappast kan vara på samma ställe samtidigt:

p + e- --> n + v (2)

(Observera att neutrinen byter skepnad när vi flyttar den till andra sidan: -v_anti = v). Reaktionen förekommer i atomkärnor och när neutronstjärnor bildas.

Den bevarade storheten är leptontalet L.

I (1) har vi L=0 --> L=1-1=0.
I (2) har vi L=1 --> L=1.

Vi kan skriva om reaktion (2) till

v + n --> p + e- (2a)

Denna reaktion används i neutrino-detektorer, se Sudbury_Neutrino_ObservatoryCharged_current_interaction.

Neutriner och anti-neutriner kan alltså både skapas och förstöras, men då alltid tillsammans med sin laddade partner antielektronen/elektronen. Ett överskott av neutriner/antineutriner borde alltså reflekteras av ett underskott av antielektroner (positroner) eller elektroner. Ett sådant laddningsöverskott har inte observerats.
/Peter E 2015-10-13