WIE WIL IN MAGIE GELIJKEN!
Kalium 40 is een radio-isotoop dat in sporen voorkomt in natuurlijk kalium en is verantwoordelijk voor meer dan de helft van de activiteit van het menselijk lichaam: het ondergaat tussen de 4 en 5.000 verval per seconde voor een man van 80 kg. Samen met uranium en thorium draagt kalium bij aan de natuurlijke radioactiviteit van stenen en dus aan de warmte van de aarde.
Dit isotoop maakt tienduizendsten uit van het natuurlijk voorkomende kalium. Wat betreft het atoomgewicht bevindt het zich tussen twee stabielere en veel overvloedigere isotopen (kalium 39 en kalium 41) die respectievelijk 93,25% en 6,73% van de totale kaliumvoorraad van de aarde uitmaken. Met een halveringstijd van 1.251 miljard jaar bestond kalium 40 in de resten van dode sterren waarvan de agglomeratie heeft geleid tot het zonnestelsel met zijn planeten. Kalium 40 heeft de ongebruikelijke eigenschap om te vervallen in twee verschillende kernen: in 89% van de gevallen leidt beta-negatief verval tot calcium 40, terwijl in 11% van de gevallen argon 40 wordt gevormd door elektronenabsorptie gevolgd door gamma-emissie met een energie van 1,46 MeV.
Deze 1,46 MeV gamma-straling is belangrijk, omdat het ons in staat stelt te identificeren wanneer kalium 40 vervalt. De beta-elektronen die leiden tot calcium worden echter niet vergezeld door gamma-stralen, hebben geen karakteristieke energieën en komen zelden uit de stenen of lichamen die kalium 40 bevatten.
Beta-min verval geeft aan dat een kern te veel neutronen heeft, en elektronenabsorptie een kern met te veel protonen. Hoe kan kalium 40 tegelijkertijd te veel van beiden hebben? Het antwoord onthult een van de bijzonderheden van nucleaire krachten.
Iedereen heeft ongeveer 140g kalium = 0,016 gram kalium 40 = 5,643 ounces
De laadstraal is een fundamentele eigenschap van de atoomkern. Hoewel het globaal schaalt met de nucleaire massa als A1/3, vertoont de nucleaire laadstraal ook aanzienlijke isotopische variaties die het resultaat zijn van complexe interacties tussen protonen en neutronen. Inderdaad, laadstralen weerspiegelen verschillende nucleaire structuurfenomenen zoals halo-structuren, vormstaggering, vormcoëxistentie, paarcorrelaties, neutronenschillen en de aanwezigheid van nucleaire magische getallen. De term 'magisch getal' verwijst naar het aantal protonen of neutronen dat overeenkomt met volledig gevulde schillen. In laadstralen wordt een schilsluiting waargenomen als een plotselinge toename in de laadstraal van het isotoop net voorbij de magische schilsluiting, zoals gezien bij de bekende magische getallen N = 28, 50, 82 en 126. In de nucleaire massa-regio nabij kalium worden de isotopen met protonnummer Z ≈ 20 en neutronnummer N = 32 voorgesteld als magisch op basis van een waargenomen plotselinge afname van hun bindingsenergie voorbij N = 32 en de hoge excitatie-energie van de eerste geëxciteerde toestand in 52Ca. Daarom heeft de experimenteel waargenomen sterke toename in de laadstralen van calcium- en kaliumisotopen tussen N = 28 en N = 32, en in het bijzonder de grote straal van 51K en 52Ca (beide met 32 neutronen), aanzienlijke aandacht getrokken.