Forschende fügen dem „Periodensystem der Kernphysik“ ein neues Detail hinzu

Ein Team der Universität zu Köln hat erstmals den Elektronen-Einfang-Zerfall des Atomkerns Technetium-98 (Tc-98), eines Isotops des Elements Technetium, nachgewiesen. Beim Elektronen-Einfang-Zerfall fängt ein Atomkern ein Elektron aus seiner inneren Hülle ein; dieses Elektron verbindet sich mit einem Proton im Kern und wandelt es in ein Neutron um, wodurch das Element zu einem anderen Element transmutiert wird. Mit dieser erfolgreichen Messung bestätigt die Arbeitsgruppe der Nuklearchemie eine seit Jahrzehnten bestehende theoretische Vermutung. Die Forschungsergebnisse erweitern nicht nur das Verständnis der Zerfallsprozesse von Technetium, sondern fügen der sogenannten Nuklidkarte – dem „Periodensystem der Kernphysik“ – auch ein neues Detail hinzu.

Der schwierige Nachweis von Technetium-98

Die Möglichkeit eines Elektronen-Einfang-Zweigs bei Technetium-98 wurde zwar bereits in den 1990er Jahren vermutet, doch der Nachweis scheiterte stets an der Tatsache, dass dieses Isotop nur in extrem geringen Mengen verfügbar ist. Das Kölner Forschungsteam umging dieses Problem, indem es für die aktuelle Studie etwa drei Gramm Technetium-99 nutzte, das winzige Spuren des seltenen Isotops Tc-98 (etwa 0,06 Mikrogramm) enthielt. Mithilfe des sogenannten Clover-Messplatzes am Institut für Kernphysik, der auf die Detektion spezieller Gammastrahlen spezialisiert ist, konnten die Forschenden über einen Zeitraum von 17 Tagen rund 40.000 Elektronen-Einfang-Zerfälle registrieren. Entscheidend für diesen Erfolg war eine speziell angepasste Bleiabschirmung, welche den intensiven Strahlungshintergrund des Tc-99 nahezu vollständig unterdrückte. Dadurch gelang es, das extrem seltene Signal von Technetium-98 erstmals eindeutig zu messen.

Erweiterung der Nuklidkarte

Die Messungen ergaben, dass Technetium-98 zwar überwiegend in das Isotop Ruthenium-98 zerfällt, allerdings in etwa 0,3 Prozent aller Zerfälle auch über den Elektronen-Einfang in Molybdän-98 übergeht. „Für uns ist das ein kleiner, aber wichtiger Baustein im großen Bild der Kernphysik“, sagt Gruppenleiter PD Dr. Erik Strub vom Department für Chemie der Universität zu Köln. „Solche präzisen Nachweise helfen uns, die Stabilität und Struktur von Atomkernen besser zu verstehen – und die Nuklidkarte Stück für Stück zu vervollständigen.“

Die vorliegende Studie erweitert das grundlegende Wissen über die Zerfallsprozesse von Atomkernen. Für zukünftige Arbeiten plant das Team, ähnliche seltene Zerfallsprozesse in benachbarten Nukliden zu untersuchen, um systematische Muster in der Nuklidkarte aufzudecken. In der nächsten Auflage dieser Karte wird nun im Feld des Technetium-98 ein neues rotes Eckchen eingetragen, das als Symbol für den neu bestätigten Zerfallsweg dient.

Quelle

Universität zu Köln (10/2025)