Der Aufbau eines Atomkerns

Inhalt• Bestandteile

– Beispiel

• Das Tröpfchenmodell• Kräfte im Kern• Instabilität der Kerne• Alpha-Strahlung

– Elementschreibweise bei Alpha-Zerfall

• Beta-Strahlung– Elementschreibweise bei Beta-Zerfall

• Beta-Plus-Zerfall• Gamma-Strahlung• K-Einfang• Quellen

Bestandteile

• Der Atomkern ist ca. 10.000- 100.000 mal kleiner als die Elektronenhülle

• 99,9% der Masse/Energie befindet sich im Kern• Bestandteile: Protonen und Neutronen

(zusammen: Nukleonen) Kern positiv geladenAnzahl Protonen = OrdnungszahlAnzahl Neutronen = Masse – Anzahl Protonen

• Die Nukleonen haben annähernd die gleiche Masse m = 1,6724 * 10^-27kg

Beispiel

Atommasse 32,07

S Symbol

Ordnungszahl 16

Das Tröpfchenmodell

• Der Aufbau ist heute noch nicht vollständig erforscht.

• verschiedene Modelle, z.B. das Tröpfchenmodell:• Das Volumen des Kerns bleibt pro Nukleon nahezu

konstant konstante Dichte (wie bei Flüssigkeiten). Die Dichte beträgt 10^17kg/m^3

Kern als Tropfen• Nukleonen sind fast frei beweglich Kern ist ein dynamisches Gebilde, kein festes

Stück Materie

Kräfte im Kern

Destabilisierende Kräfte Stabilisierende Kräfte

Protonen stoßen sich ab (Coulombkraft)

je mehr Protonen, desto mehr Neutronen nowendig

• sehr große Gravitationskraft aufgrund der enormen Dichte

• Kernkraft, allerdings nur mit sehr kurzer Reichweite.

•Symmetriekräfte (wirken einer Trennung von Protonen und Neutronen entgegen)

Instabilität der Kerne• Instabil sind Kerne wenn...

... sie zu viele Nukleonen haben.

... das Verhältnis von Protonen zu Neutronen größer als 1:1,5 ist.• Je mehr Protonen ein Kern hat, desto größer ist das n:p-Verhältnis.

(nicht proportional)• 270 Kerne sind stabil, mehr als 730 sind instabil• Letztere sind bestrebt, sich in eine günstigere Konfiguration

umzuwandeln, z.B. Uran in Blei.• Stabilisierung ist möglich durch...

... abgeben von Nukleonen (Alpha-Strahlung)

... umwandeln von Nukleonen (Beta-Strahlung; Beta-Plus-Zerfall)

... abstrahlen von elektromagnetischen Strahlen (Gamma-Strahlung)

Alpha-Strahlung

• 2 Protonen und 2 Neutronen werden rausgeschossen.

• Der Kern wird somit energieärmer und stabiler.

Elementschreibweise bei Alpha-Zerfall

Atommasse 238,0 146 Neutronen

U Symbol

Ordnungszahl 92 92 Protonen

Atommasse 234,0 4 Nukleonen weniger

Th Symbol

Ordnungszahl 90 2 Protonen weniger

Beta-Strahlung

• 1 Neutron wird zu einem Proton und einem Elektron.

Elementschreibweise bei Beta-ZerfallAtommasse 238 146 Neutronen

U Symbol

Ordnungszahl 92 92 Protonen

Atommasse 238 Masse bleibt gleich

Np Symbol

Ordnungszahl 93 1 Proton mehr

• Beta-Strahlung

• Es entsteht also ein Isotop.

Beta-Plus-Zerfall

• Ein Proton wird zu einem Neutron und einem Beta-Plus-Teilchen / Positron.

die Atommasse bleibt gleich die Ordnungszahl wird um 1 kleiner

Gamma-Strahlung

• Prinzip so wie bei der Röntgenstrahlung, bloß mit Protonen.(Ein Elektron mit großer kinetischer Energie schlägt ein Elektron aus einer Schale in eine äußere. Dieses gewinnt dadurch Energie, die es freilässt, wenn es zurückhüpft.)

K-Einfang

• Ein Proton nimmt ein Elektron aus der K-Schale auf und wird zu einem Neutron.

die Atommasse bleibt gleich die Ordnungszahl wird um 1 kleiner

Quellen

• http://de.wikipedia.org/wiki/Atomkern• http://www.quantenwelt.de/kernphysik/aufbau/

von Jana Uhlmann