Hallo Zusammen!
Ich habe eine Frage zum Thema Kernphysik. Uran-235 ist meines Wissen ein realtiv instabiles Isotop, welches zur Kernspaltung genutzt wird. Uran-238 meines Wissen nicht. Aber warum ist das so? Hängt dies nur mit dem Verhältnis von Protonen und Neutronen zusammen?
U-235 hat 143 Neutronen, U-238 hat 136 Neutronen. Machen drei Neutronen weniger den Kern schon instabil oder gibt es eine andere Erklärung?
Danke im Voraus für Eure Antworten!
Hallo!
U-235 hat 143 Neutronen, U-238 hat 136 Neutronen. Machen drei
Neutronen weniger den Kern schon instabil oder gibt es eine
andere Erklärung?
U238 hat 146 Neutronen (kleiner Rechenfehler 
)
Es hat mit der Zahl zu tun. Die einfache Vorstellung, dass Nukleonen durch Kernkräfte zusammengehalten werden und die Neutronen zur Abschirmung der elektrostatischen Abstoßung dienen, reicht bei weitem nicht, um das Verhalten von Atomkernen zu beschreiben.
Ähnlich wie es in der Atomhülle besonders stabile Elektronenzahlen gibt („Edelgaskonfiguration“) sind bestimmte Zahlen von Protonen bzw. Neutronen besonders stabil. In der Atomhülle ergeben sich diese besonders stabilen Elektronenzahlen aus der Zahl der Orbitale einer „Schale“. Die lässt sich - wenn auch die restliche Physik dahinter ziemlich kompliziert ist - sehr leicht berechnen. Beim Atomkern ist es bei weitem nicht so einfach, diese besonders stabilen Protonen- und Neutronenzahlen zu berechnen. Man nennt diese Zahlen daher „magische Zahlen“. Kerne, die sowohl eine „magische“ Neutronenzahl als auch eine magische Protonenzahl haben, nennt man „doppeltmagisch“. Doppeltmagische Kerne zeichnen sich durch eine hohe Stabilität aus.
Das schwerste völlig stabile Nuklid ist Pb208. Dieser Kern ist doppeltmagisch, weil sowohl die Neutronenzahl (126) als auch die Protonenzahl (82) magische Zahlen sind. Die nächsten stabilen Kerne dürfte man daher erst bei einer Protonenzahl von 126 finden.
Alle Uran-Isotope sind radioaktiv (wenn auch im Falle von U238 mit extrem hoher Halbwertszeit). Weder die Protonenzahl noch die Neutronenzahl ist in diesem Falle magisch. Offensichtlich gibt es wie bei der Atomhülle auch im Kern „Unterschalen“. Ich vermute mal, dass für U238 jeweils solche Unterschalen gefüllt sind, jedoch für U235 nicht. Außerdem kommt hinzu, dass Kerne besonders stabil sind, wenn sowohl die Protonenzahl wie auch die Neutronenzahl entweder gerade oder ungerade sind (gg- bzw. uu-Kerne), jedoch sonst eher instabil sind (ug- bzw gu-Kerne). Das hängt mit dem Spin der Nukleonen zusammen, also sozusagen mit dem Eigendrehimpuls.
Michael