Roethlein B. Das Innerste der Dinge.. Einfuehrung in - tiera.ru

sich auf, wenn man betrachtet, wie hoch die Bindungsenergie
zwischen den Nukleonen innerhalb des Atomkerns ist. Das
Tröpfchenmodell leistet auch hier wieder gute Dienste. Im
Atomkern arbeiten zwei Mechanismen gegeneinander: einerseits
die Kernkräfte zwischen Protonen und Neutronen, die
heute als starke Wechselwirkung bezeichnet werden und nur
auf allerkürzeste Distanzen wirken, andererseits die elektrische
Abstoßung der gleichnamigen Ladung der Protonen.
Diese Abstoßung muss durch die anziehenden Kräfte der Nukleonen
kompensiert werden, damit der Kern zusammenhält.
Normalerweise sind die Kerne am stabilsten, in denen die
Anzahl der Protonen und Neutronen gleich hoch ist. Dies
zeigt sich schon bei den leichtesten aller geradzahligen Kerne.
Für die Kombination aus zwei Nukleonen gibt es drei Möglichkeiten:
Proton-Proton, Neutron-Neutron und Proton-
Neutron.
In der Natur existiert nur die letzte Kombination, bei der
die Anzahl der beiden Teilchensorten gleich ist. Auch das Alphateilchen,
das aus je zwei Protonen und Neutronen besteht,
ist ein besonders stabiles Gebilde. Und das häufigste stabile
Isotop des Sauerstoffs, nämlich Sauerstoff 16, besteht aus acht
Protonen und acht Neutronen.
Andererseits sorgen die Neutronen dafür, die Protonen im
Kern zu »verdünnen« und damit ihre Abstoßung zu mindern.
Für schwerere Kerne ist es ist daher günstig, wenn sie mehr
Neutronen als Protonen enthalten.
Aber die Ausschlussregeln der Quantenmechanik verhindern
ein zu großes Übergewicht einer Teilchensorte, und sie
bewirken auch, daß bei bestimmten Ordnungszahlen besonders
stabile Kerne entstehen. Diese Zahlen werden als »magische
Zahlen« bezeichnet: 2, 8, 20, 28, 50 und 82 gehören dazu.
Nur weil die starke Wechselwirkung innerhalb des Kerns
um ein Vielfaches stärker ist als die elektrische Abstoßung,
gibt es überhaupt stabile Kerne. Die höchste Bindungsenergie
pro Nukleon hat Eisen 56, das 26 Protonen und 30 Neutronen
enthält. Von diesem Maximum aus fällt die Bindungsenergie
pro Nukleon sowohl zu den schwereren als auch zu den
leichteren Kernen hin ab. Man kann das plausibel erklären:
Mit wachsendem Atomgewicht nimmt das Verhältnis von
Oberfläche zu Volumen eines Atomkerns ab, die mittlere
Anzahl der nächsten Nachbarn jedes Nukleons wächst demzufolge
und damit auch die mittlere Bindungsenergie pro Nukleon.
Eigentlich müssten aus diesem Grund Atomkerne immer
stabiler werden, je größer sie sind, diese Tendenz wird aber
aufgehoben durch die elektrische Abstoßung zwischen den
Protonen. Sie ist eine langreichweitige Kraft, das heißt, sie
wirkt auch noch auf Distanzen, bei denen die Kernkraft nicht
mehr spürbar ist. Wird also der Kern zu groß, dominieren die
elektrischen Kräfte aufgrund seiner Abmessungen immer
stärker die Wechselwirkung in seinem Inneren, deshalb werden
Atomkerne, die schwerer sind als Eisen 56, mit zunehmendem
Atomgewicht allmählich immer weniger stabil, bis hin zu den
radioaktiven Elementen, die instabil sind und zerfallen.
Aus den hier geschilderten Zusammenhängen wird klar,
warum man Energie sowohl durch die Spaltung als auch durch
die Verschmelzung von Atomkernen freisetzen kann. Da das
Maximum der Bindungsenergie bei der Massenzahl 56 liegt,
kann unterhalb des Atomgewichts die Verschmelzung zu
schwereren Kernen und oberhalb die Spaltung in leichtere
Kerne stattfinden. Beide Prozesse führen zu einem jeweils stabileren
Zustand.
Die Existenz magischer Zahlen bei den Atomkernen hat
Spekulationen Auftrieb gegeben, daß es vielleicht auch jenseits
des Urans Superschwere Elemente geben könnte, die stabil sind,
weil ihre Protonenzahl eine magische ist. So ist die