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2025-01-09T06:33:04Z

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{{Dieser Artikel|behandelt den Zerfall des Atomkerns unter Emission eines Protons; zum hypothetischen Zerfall des Protons siehe [[Protonenzerfall]].}}

Die '''Protonenemission''' ({{enS|''Proton emission''}}, auch ''Protonenumwandlung, Protonenaktivität, Protonenradioaktivität'' oder ''Protonenzerfall'' genannt) ist ein sehr seltenes Phänomen aus der [[Kernphysik]], bei dem sich ein [[Atomkern]] unter Emission eines einzelnen [[Proton]]s in das Element mit der nächstniedrigeren [[Ordnungszahl]] umwandelt. Die Protonenemission darf nicht mit dem hypothetischen [[Protonenzerfall|Zerfall des Protons]] verwechselt werden.

== Geschichtliches ==
Eine Protonenemission wurde schon 1963 von [[Georgi Nikolajewitsch Fljorow]] entdeckt, aber erstmals 1970 von K. Jackson an dem [[Nuklid]] Co-53m publiziert.<ref>K. P. Jackson et al.: ''Phys. Lett.'' 33B, S. 281 (1970).</ref> Dieses zerfiel unter Abspaltung eines Protons direkt zu Fe-52 statt, wie zu erwarten, durch β+-Zerfall zu Fe-53. Es unterliegt somit einem [[Dualer Kernzerfall|dualen Kernzerfall]] mit den Wahrscheinlichkeiten 1,5 % (Protonenemission) und 98,5 % (β+-Zerfall) für die jeweiligen Zerfälle.<ref name="eins"/><ref>H. Krieger: ''Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes.'' 2. Auflage (2007), ISBN 978-3-8351-0199-9, S. 121.</ref>

Im Jahre 1981 wurde von [[Sigurd Hofmann]] eine weitere Protonenemission an dem im [[Universal Linear Accelerator|UNILAC]] in Darmstadt hergestellten Nuklid Lu-151 (also aus einem Grundzustand heraus) beobachtet.<ref>K. H. Lieser: ''Nuclear and Radiochemistry.'' 2001, ISBN 3-527-30317-0, S. 66.</ref><ref>S. Hofmann et al., in: ''Proc. 4th Int. Conf. on Nuclei Far from Stability'', CERN 81-09, Geneva, 111 (1982).</ref>

In den darauf folgenden Jahren schlossen sich weitere Beobachtungen an: Die Nuklide Tm-147, Tm-147m und Lu-150, sowie Cs-113 und I-109 wurden als Protonen-Emitter identifiziert, wobei ihre Hauptzerfallsart der β+-Zerfall bleibt.<ref>S. Hofmann: ''Proton Radioactivity. Radiochimica Acta'' 70/71, S. 93–105 (1995).</ref> Mittlerweile wurden 95 solcher Protonen-Emitter entdeckt.<ref name="eins">J. Magill, J. Galy: ''Radioactivity, Radionuclides, Radiation.'' 2005, ISBN 3-540-21116-0, S. 77–79, 168–169.</ref>

== Ein-Protonen-Emission ==
Eine Protonenemission tritt nur bei Nukliden auf, die ein sehr hohes [[Proton]]en-[[Neutron]]en-Verhältnis haben. Aufgrund dieses großen Verhältnisses können die Protonen nur noch sehr schlecht gebunden werden, die [[Bindungsenergie]] der Protonen sinkt sogar so stark ab, dass diese den Kern verlassen können. Solche „protonenreichen“ Kerne entledigen sich ihres „positiven Überschusses“ zwar meist durch einen β+-Zerfall, also der Aussendung eines Positrons, doch in seltenen Fällen kann auch stattdessen ein Proton abgespalten werden.

In dem folgenden Reaktionsschema wird der Zerfall des bereits oben genannten Nuklids Co-53m veranschaulicht:
:[[Datei:Branching decay Co-53m.svg|Zerfallsarten des Cobalt-Isotops Co-53m]]
In fast allen Fällen wird sich das Nuklid durch den β+-Zerfall umwandeln, doch mit einer geringen Wahrscheinlichkeit wird eine Protonenemission stattfinden.<ref name="eins"/>

In diesem Fall handelt es sich bei dem Ausgangsnuklid um ein Nuklid im metastabilen Zustand, ein [[Isomer (Kernphysik)|Kernisomer]]. Normalerweise zerfallen solche Kerne über einen [[Isomerieübergang]]; bei Co-53m ist dieser aber durch eine hohe [[Drehimpuls]]<nowiki>barriere</nowiki> ([[Kernspin]] 19/2) unterdrückt und wurde noch nicht beobachtet.

Bei den meisten Nukliden jedoch tritt die Protonenemission aus dem [[Grundzustand]] heraus auf, wie bei dem bereits oben genannten Nuklid Lu-151.

== Zwei-Protonen-Emission ==
Noch viel seltener ist das Auftreten eines Zwei-Protonen-Zerfalls, das erstmals von [[Witali Iossifowitsch Goldanski]] 1960 und später von B. Alex Brown in Erwägung gezogen wurde.<ref>B. A. Brown: ''Phys. Rev.'' C 43, S. 1513–17 (1991)</ref> Hierbei werden nicht nur ein, sondern gleich zwei Protonen gleichzeitig ausgestoßen. Das geschieht nur bei Nukliden, bei denen das Protonen-zu-Neutronen-Verhältnis sogar noch größer ist als bei Ein-Proton-Emittern. Beobachtet wurde ein solcher Zerfall erstmals 2002, wiederum im UNILAC an der GSI in Darmstadt, am Nuklid Fe-45.<ref>M. Pfützner u. a., European Physical Journal A, Band 14, 2002, S. 279</ref>
:<math>\mathrm {{}^{45}_{26} Fe \quad\rightarrow\quad {}^{43}_{24}Cr \;+\; 2\,p}</math>

und gleichzeitig am [[GANIL]] ([[Bertram Blank (Physiker)|Bertram Blank]] und andere).<ref>Jérôme Giovinazzo, Bertram Blank u. a., Two-Proton Radioactivity of 45 Fe, Physical Review Letters, Band 89, 2002, S. 102501</ref><ref>[https://physicsworld.com/a/nuclei-reveal-novel-decay/ Nuclei reveal novel decay], Physics World, 16. September 2002</ref><ref>[https://cerncourier.com/researchers-observe-two-proton-radioactivity/ Bertram Blank, Researchers observe two proton radioactivity], CERN Courier, 1. Dezember 2002</ref>

Bis heute sind 13 Zwei-Protonen-Emitter bekannt.<ref name="eins"/>

== Siehe auch ==
* [[Neutronenemission]]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Radioaktivität]]

Protonenemission - Versionsgeschichte

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