Kölner 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, eines Isotops des chemischen Elements Technetium (Tc), nachgewiesen. Ein Elektronen-Einfang-Zerfall ist ein Vorgang, bei dem ein Atomkern ein Elektron aus seiner inneren Hülle „einfängt“ – dieses Elektron verbindet sich mit einem Proton im Kern und wandelt es in ein Neutron um, wodurch sich das Element in ein anderes umwandelt. Damit bestätigt die Arbeitsgruppe aus der Abteilung Nuklearchemie eine seit Jahrzehnten bestehende theoretische Vermutung. Die Ergebnisse ergänzen das Verständnis der Zerfallsprozesse von Technetium und fügen der sogenannten Nuklidkarte – dem „Periodensystem der Kernphysik“ – ein neues Detail hinzu. Erschienen ist die Studie unter dem Titel „Electron-capture decay of 98Tc“ im Fachjournal Physical Review.

Dass auch Technetium-98 einen Elektronen-Einfang-Zweig besitzen könnte, wurde schon in den 1990er Jahren vermutet – ein Nachweis blieb jedoch aus, da das Isotop nur in extrem geringen Mengen vorkommt. Das Kölner Forschungsteam nutzte für die aktuelle Studie etwa drei Gramm Technetium-99, das winzige Spuren des seltenen Isotops Technetium-98 (rund 0,06 Mikrogramm) enthält. Am sogenannten Clover-Messplatz des Instituts für Kernphysik, der spezielle Gammastrahlen detektiert, wurden über einen Zeitraum von 17 Tagen rund 40.000 Elektronen-Einfang-Zerfälle registriert. Möglich wurde der Erfolg durch eine speziell angepasste Bleiabschirmung, die den intensiven Strahlungshintergrund des Technetium-99 nahezu vollständig unterdrückt. So ließ sich das extrem seltene Signal von Technetium-98 erstmals eindeutig messen.

Die Messungen zeigten, dass Technetium-98 überwiegend in das Isotop Ruthenium-98 zerfällt, jedoch in etwa 0,3 Prozent der Fälle auch über 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 Studie erweitert das grundlegende Wissen über die Zerfallsprozesse von Atomkernen. In zukünftigen Arbeiten will das Team ähnliche seltene Zerfallsprozesse in benachbarten Nukliden untersuchen, um systematische Muster in der Nuklidkarte aufzudecken. In der kommenden Auflage dieser Karte wird nun auch im Feld des Technetium-98 ein neues rotes Eckchen als Symbol für den neu bestätigten Zerfallsweg eingetragen.