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Physik · Atomphysik
Warum Kerne stabil bleiben oder zerfallen: Wettstreit von Coulomb-Abstoßung und starker Kraft, Massendefekt, Bindungsenergie und ihr Verlauf pro Nukleon.
Im Kern stoßen sich alle Protonen ab, die starke Kraft zieht aber nur Nachbarn an. Wie fest ein Kern hält, misst die Bindungsenergie pro Nukleon.
Die Coulomb-Kraft wirkt zwischen allen Protonen im Kern und hat unendliche Reichweite. Die starke Kernkraft zieht ein Nukleon dagegen nur zu seinen unmittelbaren Nachbarn (etwa 1 bis 2,5 fm). → Ausführlich in: Starke und schwache Wechselwirkung
Die Reichweite der starken Kraft begrenzt also die Kerngröße.
Ein fertiger Kern wiegt weniger als seine einzelnen Bausteine. Die Differenz ist der Massendefekt Δm. Beim Aufbau wurde sie als Energie frei, die Bindungsenergie. Um den Kern zu zerlegen, musst du genau diese Energie wieder aufbringen.
E = Δm · c²1 u entspricht 931,5 MeV
Beispiel ⁴He: Zwei Wasserstoffatome und zwei Neutronen wiegen zusammen 4,0330 u, das Heliumatom nur 4,0026 u. Δm = 0,0304 u, das sind 28,3 MeV, also 7,1 MeV pro Nukleon.
Teilst du die Bindungsenergie durch A, erhältst du ein Maß für die Festigkeit. Je höher, desto stabiler der Kern.
| Kern | MeV pro Nukleon |
|---|---|
| ²H | 1,1 |
| ⁴He | 7,1 |
| ⁵⁶Fe | 8,8 |
| ²³⁵U | 7,6 |
Das Maximum liegt bei Eisen und Nickel (Faustregel: Eisen), Nickel-62 ist minimal fester gebunden als Eisen-56. Wandert ein Kern in Richtung Maximum, wird Energie frei. Leichte Kerne verschmelzen dafür, schwere spalten sich. → Ausführlich in: Kernfusion und Kernspaltung
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Deine AufgabeBei welchem Abstand ist die starke Kernkraft praktisch verschwunden, die Coulomb-Abstoßung aber noch da?
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Deine AufgabeWelche Seite ist schwerer – und wohin ist die fehlende Masse beim Bilden des Kerns gegangen?
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