Atomkern - Atomhülle

Alle Elemente des Periodensystems besitzen einen Atomkern und eine Atomhülle, in der sich die Elektronen aufhalten, die primär für die chemischen Eigenschaften eines Elements zuständig sind. Das Größenverhältnis der Durchmesser zwischen der Atom-/Elektronenhülle und dem Atomkern beträgt
20.000 - 150.000 : 1, je nach Element.

  • Die Masse des Elektrons beträgt
    ca. 9,109 E-31 kg oder 0,511 MeV.
  • Protonen besitzen eine Masse von
    ca. 1,673 E-27 kg oder 938,272 MeV.
  • Neutronen haben eine ähnliche Masse wie Protonen, bei
    ca. 1,675 E-27 kg oder 939,565 MeV.

Somit befindet sich die Gesamtmasse eines Atoms mit 99,95 % bis 99,98 % im Atomkern.

Auswirkungen auf den Atomkern

Isotope sind Elemente mit gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlichen Massezahlen, da die Anzahl der Neutronen variiert.

Liegt nun ein unkomfortables Verhältnis zwischen Protonen und Neutronen vor, so wird dieser Atomkern instabil genannt. Diese Instabilität äußert sich darin, dass der Atomkern ein höheres Bestreben hat, in einen energieärmeren Zustand überzugehen. Um dies zu erreichen, zerfällt der Atomkern. Bei einem solchen Zerfall entstehen aus einem Mutternuklid (Ausgangsnuklid) nachfolgend Zerfallskomponenten (Tochternuklide, Energieabgabe und sonstige Zerfallskomponenten).

Eigenschaften der Kernbausteine

Die Neutronen dienen in den Atomkernen als „Klebstoff“, indem sie die Protonen sowie sich selbst anziehen können (Starke Wechselwirkung).

Dies verleiht einem Atomkern, bzw. von nun an Nuklid oder Isotop genannt, seine Stabilität.

Nuklide werden charakterisiert durch:

  • Das Elementsymbol (zum Beispiel "C" für Kohlenstoff)
  • Die Massezahl A (Anzahl an Protonen und Neutronen, zum Beispiel 14)
  • Die Ordnungszahl Z (Anzahl der Protonen, zum Beispiel 6 für Kohlenstoff) 

 

 

Welche radioaktiven Zerfallsarten gibt es?

Mit der Voraussetzung der Instabilität eines Atomkerns geht es nun einen Schritt weiter.

Grundsätzlich gehören zu den wichtigsten Zerfallsarten (links im Bild die wichtigsten Strahlungsteilchen für den Strahlenschutz):

  • Alpha - Zerfall (α-Teilchen links im Bild)
  • Beta(+) - Zerfall
  • Beta(-) - Zerfall (β(-)-Teilchen links im Bild)
  • Gamma - Umwandlung (γ-Quant/Welle links im Bild)
  • Spontanspaltung
  • Clusterzerfälle und Emissionen von Protonen oder Neutronen (n-Teilchen links im Bild)

 

Quellenangabe und Verweise:

Quelle 1: https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/kernphysik-grundlagen/geschichte/entdeckungsgeschichte-des-neutrons (aufg. 01.04.2021)

Quelle 2: Grupen, Claus (Springer) (2008), Grundkurs Strahlenschutz, 4. Auflage, Heidelberg.

Quelle 3: https://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html (aufg. 01.04.2021)

Quelle 4: Vogt, Hans-Gerrit; Schultz, Heinrich (Hanser) (2007), Grundzüge des praktischen Strahlenschutzes, 4. Auflage, München.

Quelle 5: http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm (aufg. 01.04.2021)