Wieso machen Neutronen den Atomkern instabil?
Je mehr Neutronen im Kern sind, desto stabiler wird er ja eigentlich. Doch wenn er wiederrum zu viele Neutronen beinhaltet, wird er instabil. Wieso? Hängt das mit der Masse zusammen? Denn Masse ist ja bekanntlich Energie und je mehr potentielle Energie der Kern hat, desto instabiler wird er. Kann man das so begründen?
3 Antworten
wie du in einem kommentar inwzwischen selbst angemerkt hast, liegt es am symmetrie-term in der behte-weizsäcker-formel, und dieser wiederum kommt durch das pauli-prinzip.
es können immer nur zwei neutronen im gleichen energienvieau sein, ebens immer nur zwei protonen (da beides fermionen sind und daher das pauli-prinzip für sie gilt). daher ist es energetisch günstiger die energieniveaus in etwa gleichmäßig mit protonen und neutronen zu füllen. daher wird der kern bei zuvielen neutronen irgendwann einmal instabil.
Die positiv geladenen Protonen stoßen sich eigentlich ab. Der Grund dafür, dass der Kern trotzdem nicht auseinander fällt, ist die Kernkraft.
https://de.wikipedia.org/wiki/Starke_Wechselwirkung
Darüber hinaus gibt es die Paarenergie: Atomkerne, die die gleiche Anzahl an Protonen wie Neutronen haben, sind energetisch stabiler.
Zur Stabilität in Bezug auf die Neutronenzahl gibt es unter dem Absatz "Stabilität von Atomkernen" hier noch einen guten Artikel:
de.wikipedia.org/wiki/Neutron
Das ist eher ein Grund dafür, dass es häufig Atomkerne gibt, die die gleiche Anzahl an Neutronen und Protonen haben.
Die Kernkraft nimmt ja mit zunehmender Entfernung ab, sodass die Abstoßungskräfte bei größeren Kernen überwiegen.
Kerne mit vielen Neutronen unterliegen dem Beta-Minus Zerfall und geben ein Elekton dabei ab. So entsteht aus dem Neutron ein Proton, was den Kern in einen stabilen Zustand überführt.
Warum gerade ein Kern mit einer bestimmten Neutronenzahl stabil ist, kann ich dir leider auch nicht beantworten. Schließlich unterliegen auch Neutronen der Kernkraft. Und ob ein zusätzliches Neutron oder ein Proton in den Kern aufgenommen wird, dürfte ja eigentlich keinen Unterschied machen.
Auf eine bessere Antwort wäre ich auch gespannt.
Der Grund ist letztlich der Symetrieanteil der Gesamtbindungsenergie. Je geringer der Unterschied zwischen Protonen und Neutronenzahl desto stabiler der Kern. Der Idealfall ist eben erreicht, wenn die Anzahl gleich ist, dennoch spielen ja noch andere Faktoren wie z.B. die Oberfläche oder die Coulomb-Abstoßung gibt, die negativ auf die Bindungsenergie wirken, ist das Verhältnis nicht imm er gleicht
Der Idealfall ist eben erreicht, wenn die Anzahl gleich ist, dennoch spielen ja noch andere Faktoren wie z.B. die Oberfläche oder die Coulomb-Abstoßung eine Rolle, die negativ auf die Bindungsenergie wirken. Somit ist das Verhältnis nicht immer gleich, sondern ergibt sich aus der Wechselwirkung dieser Kräfte.
Ich würde es erklären: Im Kern befinden sich ja protonen und Neutronen und die starke Kernkraft hält die protonen zusammen( würden sich ja abstoßen) aber da die Kernkraft nur eine geringe Reichweite hat können Atome nicht beliebig groß werden und werden instabil . Bei stabilen leichten Kerne beträgt das Verhältnis protonen neutronen 1:1 , schwere Kerne haben ein Verhältnis in dem mehr Neutronen vorkommen . Je mehr protone vorhanden sind desto größer ist der notwendige Überschuss an Neutronen um die abstoßenden Kräfte zwischen den Protonen zu überwinden .
d.h. dass es nicht zu viele Neutronen geben darf, weil es sonst keine Symmetrie oder Paarung mehr gäbe? ( http://de.wikipedia.org/wiki/Bethe-Weizs%C3%A4cker-Formel )
Kann man das so schreiben? ^^