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Atomkerne und radioaktive Zerfallsprozesse

Kernbindungskräfte

Abb.1
n-n-Wechselwirkung
Abb.2
p-p-Wechselwirkung
Abb.3
p-n-Wechselwirkung

Im Nuklid befinden sich Protonen und Neutronen auf kleinstem Raum. Sie werden durch Kernkräfte zusammengehalten. Die Kernkräfte haben eine extrem kurze Reichweite und wirken praktisch nur zwischen unmittelbar benachbarten Teilchen (Analogie zu klebrigen Bonbons, die auch erst aneinander haften, wenn sie sich berühren). Kernkräfte wirken zwischen Neutronen und Neutronen, Protonen und Protonen, sowie zwischen Protonen und Neutronen in gleichem Maße.

Da Protonen eine positive Ladung besitzen, wirken zwischen ihnen zusätzlich elektrostatische Kräfte, die wegen der Gleichnamigkeit der Ladung zwischen den Protonen abstoßend wirken. Diese coulombschen Kräfte wirken auch über größere Entfernungen und schwächen sich mit 1 / r 2 ab.

Abb.4

Wechselwirkung ist nur für ein Proton eingezeichnet

Abb.5

Der elektrostatischen Wechselwirkung der oben gezeigten Anordnung stehen die Kernkräfte gegenüber.

Abb.6
Kernkräfte zwischen Nukleonen.

Auch hier sind nur die wirkenden Kernkräfte für das betreffende Proton eingezeichnet.

Wie und wodurch die Kernkräfte entstehen, ist noch nicht genau geklärt. Aufgund kernphysikalischer Erkenntnisse hat man ein Modell entwickelt, wonach zwischen benachbarten Nukleonen ein unvorstellbar schneller Austausch von Mesonen stattfindet und dadurch die Kernkräfte entstehen. In diesem Modell nennt man die Kernkräfte auch Austauschkräfte.

Mesonen sind kurzlebige Elementarteilchen, die bei Kernprozessen entstehen. Sie wurden 1937 erstmals experimentell nachgewiesen.

Die folgenden Abbildungen zeigen die Kerne von Deuterium, Tritium und 3 He . Geometrisch sind die Modelle planar. Jedes Teilchen berührt alle Nachbarn.

Abb.7
1 2 H
Abb.8
1 3 H
Abb.9
2 3 He
Abb.10
2 4 He

Beim 4 He erreicht man eine Maexplanationximierung der Kernkräfte, wenn eine Tetraedergeometrie gebildet wird. So steht auch hier jedes Teilchen mit jedem im Kontakt.

Hinweis
Nach Martin Volkmer, Kernenergie Basiswissen: Die wichtigsten Erkenntnisse aus Kernphysik und Kerntechnik, Herausg.: Informationskreis Kernenergie, Bonn 1996
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