Atomkern ohne Neutronen?

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Es wird meist gesagt, Neutronen würden die Protonen "kitten" oder "puffern", aber das ist eine nicht sonderlich erhellende Erklärung und auch viel zu klassisch gedacht.

Die Energiezustände der Nukleonen stapeln sich aufgrund des Pauli Prinzips auf, ebenso wie es die der Elektronen tun. Je mehr Elektronen ein Atom hat, umso höher stapeln sich die Energiezustände (in den Elektronenschalen). Im Kern sind die Stapel der Neutronen und Protonen jedoch unabhängig voneinander. 

In einem stabilen Kern sind die Energien der Protonen und Neutronen gleich verteilt. Wenn sie ungleich sind, wandelt die schwache Kernkraft ein Neutron in ein Proton (Beta- Zerfall) oder ein Proton in ein Neutron (Beta+ Zerfall), um die Energieniveaus auszugleichen. Je höher der Unterschied desto früher der Zerfall - es gibt Ausnahmen für diese Regel. 

Wenn du etwa einen Kern hättest, der nur aus Neutronen bestünde, dann würden einige dieser Neutronen sofort in Protonen umgewandelt, um die Energieverteilung auszugleichen. Deshalb gibt es kein sogenanntes "Neutronium".

Warum haben schwere Kerne nun mehr Neutronen als Protonen? Weil sich Protonen elektromagnetisch abstoßen und deren Energieniveaus daher mit weniger Teilchen die gleiche Höhe erreichen als die Neutronen. Also braucht man ein paar mehr Neutronen, damit die Energieniveaus gleich sind. Anders ausgedrückt werden Neutronen in Atomkernen dazu benötigt, die starke Kernkraft zu erhöhen, um der Abstoßung der Protonen entgegenzuwirken. 

Neutronen ziehen einander - und, vor allem, Protonen - auf kurze Distanz stark-Van-der-Waals'sch an, ohne sich gleichzeitig elektrisch abzustoßen. Daher fungieren sie gleichsam als Kitt.

Der Versuch, Protonen zu einem Kern zusammenzufügen, kann nur misslingen, aber dies muss nicht durch das Auseinanderfliegen der Protonen geschehen, sondern kann auch in einem βÏa; - Zerfall resultieren, so dem dann genau das entsteht, was man nicht dabei haben wollte - ein Neutron.

Ich meine meine natürlich einen βÏa; - bzw. β^{+} - Zerfall.

Mit wenigen Nukleonen geschieht das dauernd, nämlich bei der p-p-Reaktion im Sonnenkern. Es bildet sich erst ²He, dass aber sofort zu Deuterium wird.

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Never forget the 'x' if you want to write hexadecimal code.

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Meinst du über die StWW? Bezeichnet VWK nicht E-Dipolkärfte wie bei H2O Molekülen?

Oder hat es mit den Quarkladungen zu tun?

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@Usedefault

Van-der-Waals-Kräfte kennen wir als »Ausläufer« elektromagnetischer Wechselwirkungen, makroskopisch. Durch Influenzladungen haften Körper aneinander, die insgesamt elektrisch neutral sind.

Was ich aber meine, ist das »starke« Analogon zur bekannten VdW-Wechselwirkung, die Nukleonen miteinander zusammenhält.

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Van der Waals kommt mir in Zusammenhang mit der starken Kraft seltsam vor ...

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Soweit ich weiß, ist die Starke Wechselwirkung "blind" für die elektrische Ladung.

Sie sieht und/oder macht keinen Unterschied zwischen Protonen und Neutronen.

Und wenn dann die Frage kommt, warum nach dem Pauli-Prinzip Protonen und Neutronen getrennt zählen, dann passe ich einfach, oder werfe das Handtuch.

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@ThomasJNewton

Soweit ich weiß, ist die Starke Wechselwirkung "blind" für die elektrische Ladung.

Ist sie auch. Die Gesamtwechselwirkung besteht aber in beidem. Wie ich aber schrieb, fliegt zumindest bei zwei Protonen nicht das ganze Proton weg, sondern »nur« ein Positron (und ein Neutrino), und zurück bleibt ein Neutron. Der Prozess setzt übrigens die Schwache Wechselwirkung voraus, denn hier wird ein up-Quark in ein down-Quark umgewandelt (die sogenannte Flavour wird geändert).

Und wenn dann die Frage kommt, warum nach dem Pauli-Prinzip Protonen und Neutronen getrennt zählen,…

Das Pauli-Prinzip berücksichtigt alle Eigenschaften von Fermionen und ist nicht daran gebunden, was eine bestimmte Wechselwirkung »sieht« oder »nicht sieht«. Fermionen können nicht am selben Ort im selben Zustand sein, aber ein Proton und ein Neutron sind per se nicht im selben Zustand.

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Sobald mehr als 1 Proton im Kern ist, muss mindestens 1 Neutron vorhanden sein, ansonsten wäre das Atom nicht stabil. Genau so bei einem Überschuss an Neutronen.

2He gibt es nicht, 3He und 4He sind stabil, 5He und 6He sind instabil und zerfallen zu 4He+n bzw. 6Li+ß-.

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