{"id":11939,"date":"2019-12-16T02:55:36","date_gmt":"2019-12-16T02:55:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/was-ist-stabile-kerne-instabile-kerne-definition\/"},"modified":"2020-07-06T12:48:46","modified_gmt":"2020-07-06T12:48:46","slug":"was-ist-stabile-kerne-instabile-kerne-definition","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/de\/was-ist-stabile-kerne-instabile-kerne-definition\/","title":{"rendered":"Was ist stabile Kerne – instabile Kerne – Definition"},"content":{"rendered":"
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Es gibt nur bestimmte Kombinationen von Neutronen und Protonen, die stabile Kerne bilden.\u00a0Wenn f\u00fcr eine bestimmte Anzahl von Protonen zu viele oder zu wenige Neutronen vorhanden sind, ist der entstehende Kern nicht stabil und zerf\u00e4llt radioaktiv.\u00a0Instabile Isotope zerfallen auf verschiedenen Wegen des radioaktiven Zerfalls.\u00a0Strahlendosimetrie<\/div>\n<\/div>\n
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Stabile Kerne – Instabile Kerne<\/p>\n

\"Nuklidkarte<\/a>
Segre-Diagramm – Dieses Diagramm zeigt eine Darstellung der bekannten Nuklide als Funktion ihrer Atom- und Neutronenzahlen.\u00a0Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass in Nukliden mit Z gr\u00f6\u00dfer als etwa 20 (Calcium) mehr Neutronen als Protonen vorhanden sind.\u00a0Diese zus\u00e4tzlichen Neutronen sind f\u00fcr die Stabilit\u00e4t der schwereren Kerne notwendig.\u00a0Die \u00fcbersch\u00fcssigen Neutronen wirken wie Kernkleber.<\/figcaption><\/figure>\n

Eine nukleare Stabilit\u00e4t<\/a>\u00a0wird durch den Wettbewerb zweier grundlegender Wechselwirkungen bestimmt.\u00a0Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die sich durch\u00a0die\u00a0\u00a0Kernkraft<\/a><\/strong>\u00a0anziehen\u00a0\u00a0, w\u00e4hrend sich Protonen\u00a0\u00a0aufgrund ihrer positiven Ladung\u00a0gegenseitig durch\u00a0die elektromagnetische Kraft<\/strong>\u00a0absto\u00dfen\u00a0\u00a0.\u00a0Diese beiden Kr\u00e4fte konkurrieren, was zu einer unterschiedlichen Stabilit\u00e4t der Kerne f\u00fchrt.\u00a0Es gibt nur bestimmte Kombinationen von Neutronen und Protonen, die\u00a0\u00a0stabile Kerne bilden<\/strong>\u00a0.\u00a0Neutronen stabilisieren den Kern<\/strong>\u00a0, weil sie sich und Protonen anziehen, was dazu beitr\u00e4gt, die elektrische Absto\u00dfung zwischen Protonen auszugleichen.\u00a0Infolgedessen wird mit\u00a0zunehmender<\/strong>\u00a0Anzahl von Protonen\u00a0\u00a0ein zunehmendes Verh\u00e4ltnis von Neutronen zu Protonen ben\u00f6tigt<\/strong>\u00a0um einen stabilen Kern zu bilden.\u00a0Wenn\u00a0f\u00fcr eine bestimmte Anzahl von Protonen\u00a0zu viele (\u00a0Neutronen halten sich ebenfalls an das\u00a0Pauli-Ausschlussprinzip<\/a><\/strong>\u00a0) oder zu wenige Neutronen vorhanden sind, ist der entstehende Kern nicht stabil und\u00a0\u00a0zerf\u00e4llt radioaktiv<\/a>\u00a0.\u00a0Instabile Isotope<\/strong>\u00a0\u00a0zerfallen auf verschiedenen Wegen des radioaktiven Zerfalls, am h\u00e4ufigsten durch Alpha-Zerfall, Beta-Zerfall oder Elektroneneinfang.\u00a0Viele andere seltene Zerfallsarten wie Spontanspaltung oder Neutronenemission sind bekannt.<\/p>\n

Das\u00a0\u00a0Pauli-Prinzip<\/strong>\u00a0\u00a0beeinflusst auch die\u00a0\u00a0kritische Energie\u00a0<\/a>\u00a0von\u00a0\u00a0spaltbaren<\/a>\u00a0\u00a0und\u00a0\u00a0spaltbarem Kern<\/a>\u00a0.\u00a0Beispielsweise sind Aktiniden mit ungerader Neutronenzahl normalerweise spaltbar (spaltbar mit langsamen Neutronen), w\u00e4hrend Aktiniden mit gerader Neutronenzahl normalerweise nicht spaltbar sind (aber spaltbar mit schnellen Neutronen).\u00a0Schwere Kerne mit einer geraden Anzahl von Protonen und einer geraden Anzahl von Neutronen sind (aufgrund des Pauli-Ausschlussprinzips) dank des Auftretens von ‚Paired Spin‘ sehr stabil.\u00a0Andererseits sind Kerne mit einer ungeraden Anzahl von Protonen und Neutronen meist instabil.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Magische Zahlen von Protonen und Neutronen<\/h2>\n

Eine\u00a0magische Zahl<\/strong>\u00a0ist eine Anzahl von Nukleonen in einem\u00a0Kern<\/a>\u00a0, die vollst\u00e4ndigen Schalen innerhalb des Atomkerns entsprechen.\u00a0Atomkerne, die aus einer solchen magischen Anzahl von Nukleonen bestehen, haben eine h\u00f6here durchschnittliche Bindungsenergie pro Nukleon, als man aufgrund von Vorhersagen wie der Massenformel\u00a0von Weizsaecker<\/strong>\u00a0(auch als\u00a0semi-empirische Massenformel – SEMF – bezeichnet<\/strong><\/a>\u00a0)\u00a0erwarten w\u00fcrde,<\/strong><\/a>\u00a0und sind daher stabiler gegen nuklearen Verfall.\u00a0Magische Zahlen<\/strong>\u00a0werden vom\u00a0Kernschalenmodell<\/strong><\/a>\u00a0vorhergesagtund werden durch Beobachtungen bewiesen, die gezeigt haben, dass es pl\u00f6tzliche Diskontinuit\u00e4ten in den Protonen- und Neutronentrennungsenergien bei spezifischen Werten von Z und N gibt. Diese entsprechen dem Schlie\u00dfen von Schalen (oder Unterschalen).\u00a0Kerne mit geschlossenen Schalen sind fester gebunden als die n\u00e4chsth\u00f6here Zahl.\u00a0Das Schlie\u00dfen der Schalen erfolgt bei Z oder N = 2, 8, 20, 28, (40), 50, 82, 126. Es wurde festgestellt, dass Kerne mit gerader Anzahl von Protonen und Neutronen stabiler sind als Kerne mit ungerader Anzahl.\u00a0Kerne, deren Neutronenzahl und Protonenzahl einer der\u00a0magischen Zahlen entsprechen,<\/strong>\u00a0k\u00f6nnen als \u201e\u00a0doppelt magisch<\/strong>\u00a0\u201c bezeichnet werden und haben sich als besonders stabil erwiesen.\"magische<\/a><\/p>\n

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Es gibt weitere spezielle Eigenschaften von Kernen, die eine magische Anzahl von Nukleonen haben:<\/span><\/p>\n

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  1. H\u00f6here F\u00fclle in der Natur.\u00a0Zum Beispiel geh\u00f6rt Helium-4 zu den am h\u00e4ufigsten vorkommenden (und stabilsten) Kernen im Universum.<\/span><\/li>\n
  2. Die stabilen Elemente am Ende der Zerfallsreihe haben alle eine \u201emagische Zahl\u201c von Neutronen oder Protonen.\u00a0Besonders stabil sind die Kerne He-4, O-16 und Pb-208 (82 Protonen und 126 Neutronen), die magische Zahlen von Neutronen und Protonen enthalten.\u00a0Die relative Stabilit\u00e4t dieser Kerne erinnert an die von Inertgasatomen (geschlossene Elektronenschalen).<\/span><\/li>\n
  3. Kerne mit N = magischer Zahl haben viel geringere\u00a0<\/span>Neutronenabsorptionsquerschnitte<\/span><\/a>\u00a0als umgebende Isotope.<\/span><\/li>\n
  4. Diese Kerne scheinen eine vollkommen kugelf\u00f6rmige Form zu haben;\u00a0Sie haben keine elektrischen Quadrupolmomente.<\/span><\/li>\n
  5. Kerne mit magischen Zahlen haben eine h\u00f6here erste Anregungsenergie.<\/span><\/li>\n<\/ol>\n<\/div>\n<\/div>\n
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    Instabile Kerne – Zerfallsmodi<\/span><\/p>\n

    \"Notation<\/a>
    Notation von Kernreaktionen – radioaktiver Zerfall<\/span>
    \nQuelle: chemwiki.ucdavis.edu<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

    Der nukleare Zerfall<\/span><\/a>\u00a0(radioaktiver Zerfall)<\/span><\/strong>\u00a0tritt auf, wenn ein instabiles Atom durch Emission<\/span>\u00a0ionisierender Strahlung<\/span><\/strong><\/a>\u00a0Energie verliert.\u00a0Der radioaktive Zerfall ist<\/span>\u00a0ein zuf\u00e4lliger Prozess<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0auf der Ebene einzelner Atome, da es nach der Quantentheorie unm\u00f6glich ist, vorherzusagen, wann ein bestimmtes Atom zerfallen wird.\u00a0W\u00e4hrend des radioaktiven Zerfalls<\/span>\u00a0zersetzt sich<\/span><\/strong>\u00a0ein\u00a0instabiler Kern spontan und zuf\u00e4llig<\/strong>\u00a0unter Bildung eines anderen Kerns (oder eines anderen Energiezustands – Gamma-Zerfall), wobei Strahlung in Form von Atompartikeln oder energiereichen Strahlen abgegeben wird.\u00a0Dieser Zerfall erfolgt mit einer konstanten, vorhersagbaren Rate, die als Halbwertszeit bezeichnet wird.\u00a0Ein stabiler Kern wird dieser Art von Zerfall nicht unterliegen und ist daher nicht radioaktiv.\u00a0Es gibt viele Arten des radioaktiven Zerfalls:<\/span><\/p>\n