Guten Abend,
Man stößt immer wieder in der Literatur auf den Hinweis, dass der Wirkungsquerschnitt für Kernspaltung durch thermische Neutronen nur bei Kernen mit ungerader Nukleonenzahl (U-235, Pu-239, etc.) groß genug ist um die Reaktion effektiv zu nutzen. Gibt es für diesen Umstand denn auch eine anschauliche Erklärung oder geht das nur über die quantenmechanische Betrachtung?
Danke und Gruß!
Hallo Felix, wat sagt den WIKI dazu? lg
Da wird von Paarenergie gesprochen, kann ich mir aber leider auch nichts konkretes drunter vorstellen.
Hallo!
Das hängt mit den Spins zusammen. Physikalisch nicht ganz korrekt kann man sich Elementarteilchen als rotierende geladene Kugeln vorstellen. Dadurch verursachen sie ein Magnetfeld. Zwei Teilchen können nun ein Paar bilden, wenn ihre Spins entgegengesetzt sind. Dann heben sich ihre magnetischen Dipolmomente gegenseitig auf und das ist energetisch günstig. Wenn jedes Teilchen einen Partner findet, sind sozusagen alle zufrieden. Bei ungeraden Zahlen bleiben einzelne Teilchen übrig, die keinen Parnter finden, so dass ihr magnetisches Moment nicht aufgehoben werden kann. Das ist ein etwas ungünstigerer Zustand, der folglich leichter zerfällt.
Übrigens können sich nur Protonen mit Protonen paaren und Neutronen mit Neutronen. Deswegen sind gg-Kerne (gerade Protonenzahl, gerade Neutronenzahl) besonders stabil, uu-Kerne besonders instabil. gu- und ug-Kerne liegen irgendwo dazwischen.
(Disclaimer: Du hattest nach einer anschaulichen Erklärung gefragt. Diese hier ist alles andere als wissenschaftlich korrekt. Die Vorstellung, dass Elementarteilchen rotierende geladene Kugeln sind, ist ziemlich falsch - aber sie hilft.)
Michael
Danke schonmal!
Aber müsste z.B. der U-235-Kern nach Aufnahme des Neutrons nicht gerade durch diese Paaranordnung der Spins stabiler werden? U-236 wäre ja dann ein gg-Kern, die Halbwertszeit liegt aber mehrere Größenordnungen unter der des U-235-Kernes (Wikipedia:Uran).
Und wie wirken sich diese Spinpaare denn auf die Spaltung aus? Lässt sich damit denn auch erklären, warum die Spaltung nur mit thermischen (also relativ langsamen) Neutronen einen beträchtlichen Wirkungsquerschnitt hat?
Danke und ich hoffe ich stelle nicht zu verwirrende Fragen 
Hallo!
Aber müsste z.B. der U-235-Kern nach Aufnahme des Neutrons
nicht gerade durch diese Paaranordnung der Spins stabiler
werden? U-236 wäre ja dann ein gg-Kern, die Halbwertszeit
liegt aber mehrere Größenordnungen unter der des U-235-Kernes
(Wikipedia:Uran).
Warum U235 stabiler ist als U236 im Grundzustand, kann ich Dir auch nicht erklären. Bei der Kernspaltung entsteht jedoch durch Neutroneneinfang ein angeregter U236-Zustand. Man kann es sich vorstellen wie ein Wassertropfen, der nicht immer kugelförmig ist, sondern in seiner Form zappelt (mal kugelrund, mal oval, mal hantelförmig, …). Durch diese Schwingungen werden die nuklearen Bindungskräfte herabgesetzt und ein Zerfall wird viel, viel wahrscheinlicher. Deswegen macht das U236 in der Kernspaltung auch keinen Alpha-Zerfall durch (wie das U235), sondern Spontanspaltung.
Mit dem was ich Dir geschrieben habe, lässt sich aber verstehen, warum der U235-Kern sehr bereitwillig ein Neutron einfängt.
Außerdem muss bei der rein energetischen Betrachtung natürlich auch berücksichtigt werden, wie energetisch günstig die potenziellen Spaltprodukte sind.
Und wie wirken sich diese Spinpaare denn auf die Spaltung aus?
Lässt sich damit denn auch erklären, warum die Spaltung nur
mit thermischen (also relativ langsamen) Neutronen einen
beträchtlichen Wirkungsquerschnitt hat?
Ich habe mir das einfach immer so erklärt, dass schnelle Neutronen einfach eine zu hohe Energie haben, um schnell anhalten zu können. Wenn man zu schnell fährt, verpasst man gerne mal eine Einfahrt
Ob das jetzt auch die korrekte Erklärung ist, oder ob ich da zu mechanistisch gedacht habe, kann ich Dir nicht sagen.
Danke und ich hoffe ich stelle nicht zu verwirrende Fragen
Quatsch! Deine Fragen sind sehr präzise.
Michael
Dankeschön!
Wahrscheinlich kommt man teilweise einfach nicht drumherum per Quantenmechanik die Wechselwirkungswahrscheinlichkeiten und Energien usw. zu berechnen.
Was ich erstaunlich finde ist, dass die Kernphysiker in den 40er Jahren -und zwar auf deutscher wie auf amerikanischer Seite- diese ganzen speziellen Zusammenhänge schon erkannt hatten und das mit wenigen bis gar keinen empirischen Daten.