Wie lange hält ein Atomkern?
Hallo erstmal, ich gehe in die 9.Klasse und muss eine Facharbeit über die Kernenergie halten. Leider ist einer meiner Themen die Lebenszeit von Atomkernen und wovon sie abhängt. Ich habe lange recherchiert aber nichts gefunden, wäre super wenn ihr mir helft. Danke im Voraus
8 Antworten
Hallo Aerosoft,
Tja, das ist ein sehr ausführliches Thema.
Grundsätzlich gibt im Periodensystem 'stabile' und 'instabile' (auch als 'radioaktiv') bezeichnete Elemente (nebst Isotopen).
Die Lebenszeit der 'radioaktiven' Isotope wird mit der Halbwertszeit angegebenn, das ist die Zeit, innerhalb der die Hälfte der Kerne zerfallen ist, sich also in andere Elemente gewandelt haben.
Welche das sind, und wie lang ihre Halbwertszeit ist, kann man bei Wikipedia ausführlich in Erfahrung bringen!
Der natürliche Zerfall von Atomkernen wird durch die sogenante 'schwache Kernkraft' eine der vier physikalischen Grundkräfte iniziert und ist abhängig von der Anzahl der Protonen und Neutronen sowie ihrem zahlenmässigen Verhältniss zueinander. Eine Frage der Quanten Elektro Dynamik.
Darüber hinaus vermuten einige Wissenschaftler, daß auch das Proton (als Kernbaustein) eine Art von Halbwertszeit hat, sich also irgendwsn spontan in andere Teilchen spaltet und somit das Element verändert. Diese Theorie ist jedoch bis jetzt nicht experimentel bestätigt.
Anders verhält es sich bei Kernreaktoren und Atomboben.
Die zuvor erwähnten 'radioaktiven' Elemente, hier insbesondere Uran235 senden durch ihren Zerfall hochenergetische Neutronen aus. Was nicht zu weiteren Effekten führt, solange nich andere 'instabile' Atomkerne in der Nähe sind.
Ist die Dichte (kritische Masse) des Materials allerdings groß genug, so kommt es zur 'Kettenreaktion'!
Jedes Neutron aus einem Kernzerfall löst weiter Kernzerfälle aus. Die dabei enfesselte Energie ergibt sich aus E=mc^2 (Masseverlusst).
So funktionieren Atombomben, viele einzelne Teile, die die kritische Masse nicht ereichen, werden durch einen Sprengsatz verdichtet, und schon geht es los !
MFG automathias
Bei den Elementen, von denen es ein stabiles Isotop gibt, natürlich vorausgesetzt, es handelt sich beim vorliegenden Atomkern auch um eins: normalerweise Milliarden von Jahren, wenn der Atomkern nicht vorher durch ein sehr energiereiches Ereignis zerstört wurde.
Eher Billionen von Jahren oder nich mehr. Ein Beispiel eines Kerns, bei dem man sich nicht ganz einig ist, ob man ihn als stabil bezeichnen darf, ist das stabilste Bismut-Isotop mit einer Halbwertszeit, die Größenordnungen über dem geschätzten Weltalter liegt.
Ich denke, das ist unbekannt.
Bei "stabilen" Isotopen kann es nämlich sein, dass sie nur deshalb als stabil gelten, weil der Zerfall wegen der extrem hohen Halbwertszeit bisher nicht nachgewiesen werden konnte. So hat Xenon-124 eine Halbwertszeit von 18 Trilliarden Jahren, über 1 Billion mal so lange, wie das Universum existiert.
https://www.mpg.de/13380522/eine-billion-mal-langer-als-das-alter-des-universums
Bismuth wurde ja schon vorher aus der Liste der Elemente mit stabilem Isotop ausgesondert, weil sich zeigte dass auch das angeblich stabile Bismuth 209 radioaktiv ist mit einer Halbwertszeit von 1,9 * 10^19 Jahren.
Doch selbst das Proton soll theoretischen Vorhersagen nicht ewig existieren. Ich hab mal gelesen, dessen Halbwertszeit würde mit 10^1500 Jahren berechnet.
Leider ist einer meiner Themen die Lebenszeit von Atomkernen und wovon sie abhängt.
Das gibts zwei Hauptfaktoren.
Zum einen liegts am Atomkern selber. Da gibts stabile Kerne, die ohne "äußere Gewalt" nie zerfallen, weshalb sie ja auch stabil genannt werden. Dazu gehören z.B C12, O16 oder He4 und viele andere. Daneben gibts aber auch Kerne bzw. Isotope, die nur eine Lebenszeit von Millisekunden haben, bevor sie zerfallen. Dazwischen also zwischen Millisekunden und ewig betreffs der Lebenszeit gibts dann alles mögliche.
Entscheidend ist letztlich das Energieniveau, auf dem sich ein Kern befindet und das wiederum hängt hauptsächlich vom Verhältnis der Protonen zu den Neutronen innerhalb des Kerns ab. Das niedrigste Energieniveau eines Kerns ist immmer stabil und je weiter sich das Energieniveau des Kerns durch eine andere Zusammensetzung von Protonen und Neutronen vom Minimum entfernt, umso schneller zerfällt dieser Kern.
Das andere wäre eine "Gewalteinwirkung" auf den Kern z.B. durch Beschuss mit Neutronen oder dass dieser Kern in einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch hineinstürzt. Die dort herrschenden Kräfte zerstören jeden Kern. Da hängt die Lebensdauer eines Kerns sozusagen davon ab, wie lange er sich von solchen gefährlichen Gebieten fernhalten kann.
Andererseits fusionieren nach der Quantenphysik leichtere Atomkerne zum Eisen, wenn auch extrem langsam.
Das ist ihre Halbwertszeit. Die hängt vom Verhältnis von Neutronen und Protonen im Nukleus ab.
Es gibt keine Garantie, dass "stabile Kerne" nicht doch mit einer Halbwertszeit zerfallen, die so hoch ist, dass sie bisher nicht nachweisbar ist.