Was ist ein Atomkern[1]?

Spike Teleskop Observer Array STOA II
Was ist ein Atomkern?
Spike Saturn, Sim 7 Kapitel 8 von 12
Was ist ein Atomkern [1]?
Ich weiß nicht wie es Dir geht,
aber Atomkerne[1] haben doch
ein außerordentlich schlechtes
Image, oder?
gegen Atomkerne haben, wissen die wenigsten, aber dass
sie für einen Physiker von essentieller Bedeutung sind,
weiß fast keiner, aber Ahnen
Die Meisten sagen: AAaaarrrr- tun es einige. Deshalb hier mal
hh lass mich in Ruhe damit.
das Thema, „Was ist ein
Atomkern?“
Und es ist ein Stück weit ja
auch verständlich, denn in ih- Das ist jetzt mal gar nicht so
nen sind ja Kräfte[2] am Werk, einfach, wie machen wir das
man könnte fast sagen, das ist jetzt. Am besten wir fangen
wieder der Natur[3]. Man hat wieder vorne an. Nee nee,
sie einfach nicht im Griff.
nicht beim Urknall....
Warum viele eine Abneigung In unseren Atomkraftwerken[4]
Thema 80
benutzen wir ja eine Form von kerne zusammenhält scheint
Energie, die Kernenergie[5].
derart gewaltig zu sein, das
man sie nur in solchen riesiDabei werden große Atomker- gen
ne, weil die ja irgendwie
zusammengehalten
werden, Moderatoren[7]-Becken[8], unter
aufgespalten. Und dabei wird ständiger Kühlung im Griff
Energie
frei,
sogenannte behalten kann. Man muss die[5]
Kernenergie . Im Beispiel ses Material ständig zügeln,
wird Uran[47] in Barium und damit es nicht außer Rand und
Krypton zerhackt. Die Zahlen Band gerät. Tschernobyl[9] und
im kleinen Bild sind gerundet, Fukushima[10] lassen grüßen.
in der Tabelle steht es genau- Aber auch Hiroshima gehört
er.
dazu, so ist es immer, wenn
eine Kettenreaktion außer
Die Energie, die solche Atom- Kontrolle geriet. Ungewollt,
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oder sogar gewollt.
Wir Menschen haben begonnen mit einer Kraft zu experimentieren, mit der man gelinde gesagt, äußerst vorsichtig
umgehen muss.
Denn es ist ja nicht nur die
Explosion an sich, sondern
viel schlimmer noch der
Radioaktive Fallout[11]. Der
sich weit über die Welt hin
ausbreitet und für verheerende
Schäden in der Natur und der
Gesundheit sorgt und nachhaltig ungewollte genetische Veränderungen hervor bringen
kann.
Was ist ein Atomkern?
sen Menschen erleiden. Wie
den
Haarverlust
durch
[15]
Leukämie
zum Beispiel.
Außerdem gibt es Fische die
recht seltsam aussehen[14], wobei ich mir bei dem letzten
Bild nicht sicher bin, ob es
nicht doch ein Fake[16] ist.
Ich habe bewusst auf die
Übernahme der Bilder in diese
Beitrag verzichtet. Wer es sich
dennoch anschauen möchte
findet die Links im Anhang,
aber mit Atomkernen hat das
nichts zu tun, nur sollte man in
diesem Zusammenhang wissen, das so etwas dabei herauskommen kann.
Da gibt es inzwischen Men- Soviel mal zur Kernspaltung[6],
schen mit 16 Zehen[12]. Auch kommen wir zur Kernfusiandere Veränderungen[13] müs- on[17]. Das ist etwas völlig anThema 80
deres, obgleich es an der
selben Stelle passiert. Nämlich
im Atomkern[1]. Denn so etwas
spielt sich in unseren Sternen[18] ab, und das ist dann
wieder
für
den Astro[19]
physiker interessant.
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Ich sagte es eben schon, es
sind 2 Protonen[20] die sich zusammen tun. Und nun kommen wir zum eigentlichen Mirakel[24].
Protonen[20] sind positiv geladene Teilchen (Hadron[25]).
Aber wie gehen die denn zusammen. Die Regeln des Magnetismus[27] in einem Magneten[26] besagen doch, dass sich
zwei gleiche Enden abstoßen.
Bei der Kernfusion[17] verschmelzen kleine Atomkerne[1]
miteinander. Wenn sich ein
Proton[20] mit einem anderen
zusammen tut, wird aus Wasserstoff[21] Helium[22]. Und dabei wird auch Energie[23] frei.
Und eigentlich, kommen wir
gleich noch drauf, kann ich
Also bei dem Zerlegen großer doch 2 positiv geladene TeilAtomkerne[1] in kleinere wird chen überhaupt nicht verEnergie[23] frei, als auch auch schmelzen. Wie soll das denn
bei der Verschmelzung von gehen? Das kann doch überkleinen Atomkernen[1] zu haupt nicht sein! Das weiß
großen. Da wird auch Ener- doch jedes Schulkind, das sich
gie[23] frei.
gleiche Ladungen[28] gegensei-
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tig abstoßen.
Was ist ein Atomkern?
Also wenn es im Proton[20] positiv geladen ist und im Neutron[29] gar nicht, es aber neutrale Atome[31] gibt, dann muss
es auch elektrisch negativ geladene Teilchen geben! Gut...
Fang´ wir mal vorne an.
Und dennoch ist es so, dass
die Protonen[20] alle positiv geladene Teilchen sind, und es
außerdem noch Neutronen[29]
im Atomkern[1] geben kann. Ja
bitteschön, woher weiß man
das denn alles?
Wie hat man sich das vorgestellt?
Ja und es wird noch kurioser[30]. Obwohl ein Atomkern[1] Vor gut 100 Jahren begann
positiv geladen ist, ist ein man die Struktur[35] der MateAtom[31] im Ganzen elektrisch rie[36] zu erforschen. Das erste
neutral.
was man fand waren die kleinen Teilchen, die ElektronWenn man zB mal so vor sich en[37]. Elektron ist das griechiin die Luft greift und mal ein sche Wort für Bernstein.
Sauerstoffmolekül[34] in die Warum?
Hand nimmt, stellt man fest,
das es elektrisch neutral[32] ist. Weil man gemerkt hat, wenn
Man bekommt keinen elektri- man Bernstein[38] mit Katzenschen Schlag[33].
fell reibt, ist es elektrisch gelaThema 80
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den, es entsteht Reibungselek- Photoplatten[43] sich von einer
trizität[39].
Strahlung[44] schwarz färbten,
die nicht von außen kam. Sie
Und weil man elektrisch eine kam aus den Uransalzen[42].
geschossen bekam, nannte
man die Teilchen Elektron[37]. Becquerel[41] hatte die natürliche Radioaktivität[45][46] ent1897 brachte erstmalig Joseph deckt. Was´n das nu´ wieder?
John Thomson[40] die Sache
auf den Punkt, als er sagte: Die Radioaktivität[46] hat etwas
„Elektronen sind die Träger damit zu tun, das Atome[31]
der negativen Ladung und sind zerfallen. Es hat etwas mit
ziemlich leicht.“
dem Radioaktiven Zerfall[46]
zu tun. Aus Uran[47] wird dann
Henri Becquerel[41] bemerkte Thorium[48] oder Radon[49] und
im selbem Jahr, dass sich Stof- später sogar Blei[50].
fe aus sich heraus verwandeln
können. Er hatte mit Uransal- Und wenn ein Element in ein
zen[42] experimentiert und sie anderes zerfällt wird Strahlung
in einem dunklen Raum auf frei.
eine Photoplatte[43] gelegt, die
sich darauf hin schwarz färbte, Welche Strahlung?
was bedeutet hat, dass die
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Was ist ein Atomkern?
Es gibt 3 Verschiedene Sorten Und dann noch, etwas ganz vorstellen?
von Strahlung.
widerliches....
Also man schoss diese Alpha[53]
Da haben wir mal die Alpha- Die Gammastrahlung .
teilchen[51] auf die Goldfolie[56]
Strahlung[51]. Das ist mal ganz
und drum herum war ein
wichtig, schon mal merken, Gammastrahlen ist so mit das Schirm aus Zinksulfid[57]. Das
die brauchen wir gleich noch. schlimmste was man sich vor- Zinksulfit[57] sollte nun zeigen,
stellen kann. Hochenergeti- wo die Alphateilchen[51] einAls einen Alphastrahler[51] be- sche Photonen, die gehen schlugen. Man hätte an der
zeichnet man einen abgespal- durch alles durch.
Einschlagstelle eine Leuchtre[22]
tenen Heliumkern. Helium
aktion gesehen.
[20]
[54]
hat ja 2 Protonen
und 2 1909 hat Ernest Rutherford
[29]
Neutronen , ist also insge- angefangen Streuexperimen- Nun was hat Rutherford[54]
samt elektrisch positiv gela- te[55] zu machen. Rutherford[54] herausgefunden? Die meisten
den.
stellte fest, dass die Alphateil- Alphateilchen[51] gehen völlig
chen tatsächlich aus Proton[20] unbeeindruckt durch die GoldDann stellte man fest, es gibt und Neutron[29] bestehen. Und folie[56] durch.
Beta-Strahlen[52].
er beschoss eine Goldfolie[56]
mit Atomen[31] und stellt fest, Aber!
Betastrahlung[52] besteht im das Atome[31] wohl ziemlich
wesentlichen aus schnellen leer sind.
Einige nicht! Einige prallten
Elektronen.
irgendwie an der Goldfolie[56]
Wie muss man sich das nun ab, an den Atomen[31] die dort
Thema 80
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drin sind, und machten sich als
Ablenkung[58] oder Reflexion[59] auf den Weg. Sie prallten
ab, einfach so.
Rutherford[54] war derart überrascht, das er gesagt haben
soll: „Dies ist so unwahrscheinlich, als ob man mit einer Pistole auf einen Wattebausch schießt, und die Kugel
zurückprallt.“
Also Rutherford[54] stellte fest,
das Atom[31] ist echt leer, aber
in der Mitte muss etwas sein,
das er den Atomkern[1] nannte.
Dieser Atomkern[1] ist unglaublich klein, und ebenso
unglaublich dicht gepackt.
Wie sind da jetzt die Größenverhältnisse?
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Wenn das Olympiastation ein In Neutronensternen[61] vermuAtom ist, dann ist der Atom- tet man noch 10 mal höhere[60]
kern ein Reiskorn auf dem An- Dichten.
stoß-Punkt.
1017? Ist klar, das sind 100.000
Ganz weit Außen, in der letz- Billionen Kg pro Kubikmeter.
ten Reihe quasi, saust das
Elektron[37] um den Atom- Mmh!
kern[1]. Und der Atomkern[1] ist
ein Reiskorn auf dem Anstoß- Gut, machen wir es anders.
Punkt. Dazwischen ist nichts. Ein Stück Würfelzucker dieses
Gar nichts.
Materials ist so schwer wie
alle Menschen auf der Welt
Und das ist jetzt mal deshalb zusammen.
ganz erstaunlich, weil es uns
klar macht, das alle Materie Ungefähr 11.500 Kg/m³ hat
die wir kennen, im wesentli- Blei[50], also ein Fliegengechen aus gar nichts besteht.
wicht dagegen.
der Atomkern[1] positiv geladen ist, also aus Protonen[20]
besteht, weil sonst seine Teilchen nicht abgelängt worden
wären.
gen wirkt eine Kraft[2] die viel
viel stärker ist als der Elektromagnetismus[62]. Es ist die
Starke Wechselwirkung[63].
Nun, wie geht das vor sich?
Und nun kommen wir zu der
Frage: Wenn sich gleichnamige Ladungen[28] abstoßen, und
alle Protonen[20] gleich und positiv geladen sind, wieso haut
´s den Kern[1] dann nicht auseinander? Und außerdem:
Wieso sind im Atomkern[1]
auch noch neutrale Teilchen,
die Neutronen[29], und wie sind
die denn da fest?
Es gibt nämlich noch eine
Die Dichte im Atomkern ist so Rutherford stellte also fest, Kraft[2] im Atomkern[1]. Es gibt
groß,
das
wir
auf dass der Atomkern[1] unglaub- nicht nur die Elektromagneti2*1017Kg/m³[60] kämen.
lich klein ist, dass das Atom[31] sche Kraft[62] der Teilchen,
im wesentlichen leer ist und sondern, auf sehr kurzen Län[54]
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Stellen wir uns mal 2 Kugeln
vor, die sich gegenseitig abstoßen, weil zwischen ihnen sehr
starke Federn sind. Nun gibt
es ein „kleines Ding“, die
Starke
Wechselwirkung[63]
nämlich, die erst wirkt, wenn
die beiden Kugeln sich angenähert haben.
Auf sehr kurzen Längenskalen
spielt die gleiche Ladung der
Teilchen plötzlich keine Rolle
mehr. Schwubs sind sie
zusammen.
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Also wir drücken die beiden
Kugel zusammen und sie
werden von den Stahlfedern
wieder auseinander gedrückt.
Das ist genau das, was wir aus
der Alltagswelt her kennen.
Das sich 2 gleiche Ladungen
abstoßen. Aber jetzt bringen
wir Energie auf und quetschen
die Stahlfedern soweit zusammen, bis die „kleinen Dinger“
im Inneren die Regie übernehmen. Dann sind beide Kugeln
zusammen, weil die Starke
Wechselwirkung[63] die Regie
übernommen hat, und sie bleiben zusammen, und bilden
größere Atomkerne.
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„Kleine Dinger“ stellt natürlich nur ein Etwas dar, um die
Vorstellung, diese Energie hätte eine Quelle, zu erleichtern.
Das ist nicht real Existent.
lich nur im Atomkern[1], sonst
nirgends. Es ist die stärkste
Kraft im Universum, aber sie
wirkt nur im Inneren des
Atoms. Das ist sehr außergewöhnlich.
Das ist der Übergang von einer Kraft zur nächsten.
Aber
es
wird
noch
schlimmer....
[62]
Vom Elektromagnetismus
zur
Starken
Wechselwir- Gluonen[64]
führen
den
[63]
kung .
Austausch von Ladungen[28]
zwischen Protonen[20] und
Die Starke Wechselwirkung[63], Neutronen[29] durch. Und
oder Starke Kernkraft[63] ist dadurch sind die Atomkerne[1]
ebenso gewaltig wie merkwür- so unglaublich fest gebunden.
dig. Trotz ihrer unglaublichen So das war jetzt erst´mal ne
Kraft, wirkt sie nur auf winzig Menge Holz auf einmal.
kleinen Längenskalen, näm- Erstaunlich was es alles über
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das Quasi-Nichts zu erzählen
gibt.
Aber es gibt uns einen kleinen
Aufschluss
darüber. Was
[65]
Faust
gemeint hat als er
feststellte
„Was die Welt im innersten
zusammen hält.“
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Quellennachweis
[1] Atomkern
[12] 16 Zehe
[24] Mirakel / Wunder
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http://www.allmystery.de/i/t2d5ae0_polydaktylie.j http://de.wikipedia.org/wiki/Wunder
[2] Kraft http://de.wikipedia.org/wiki/Kraft
pg?bc
[25] Hadron http://de.wikipedia.org/wiki/Hadron
[3] Natur http://de.wikipedia.org/wiki/Natur
[13] Fukushimaopfer
[26] Magnet http://de.wikipedia.org/wiki/Magnet
[4] Atomkraftwerk
http://www.derwesten.de/img/incoming/origs4536 [27] Magnetismus
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[5] Kernenergie
Images-Editorial-All-2.jpg
[28] Ladung http://de.wikipedia.org/wiki/Ladung_
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[14] Genveränderter Fisch
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[6] Kernspaltung
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http://de.wikipedia.org/wiki/Kernspaltung
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[7] Moderator ( Physik)
Japan-Strahlung-im-Meer.jpg
http://de.wikipedia.org/wiki/Kuriosit%C3%A4t
http://de.wikipedia.org/wiki/Moderator_
[15] Leukämie http://de.wikipedia.org/wiki/Leuk [31] Atom http://de.wikipedia.org/wiki/Atom
%28Physik%29
%C3%A4mie
[32] Elektrische Ladungen / Neutralität
[8] Abklingbecken
[16] Fake http://de.wikipedia.org/wiki/Fake
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[17] Kernfusion
[33] Elektrischer Schlag
[9] Katastrophe in Tschernobyl
http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Schlag
http://de.wikipedia.org/wiki/Nuklearkatastrophe_ [18] Stern http://de.wikipedia.org/wiki/Stern
[34] Sauerstoff
von_Tschernobyl
[19] Astrophysik
http://de.wikipedia.org/wiki/Sauerstoff
[10] Nuclearkatastrophe in Fukushima
http://de.wikipedia.org/wiki/Astrophysik
[35] Struktur http://de.wikipedia.org/wiki/Struktur
http://de.wikipedia.org/wiki/Nuklearkatastrophe_ [20] Proton http://de.wikipedia.org/wiki/Proton [36] Materie http://de.wikipedia.org/wiki/Materie
von_Fukushima
[21] Wasserstoff
[37] Elektron
[11] Radioaktiver Fallout
http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstoff
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektron
http://de.wikipedia.org/wiki/Radioaktiver_Nieders [22] Helium http://de.wikipedia.org/wiki/Helium [38] Bernstein
chlag
[23] Energie http://de.wikipedia.org/wiki/Energie http://de.wikipedia.org/wiki/Bernstein
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[39] Reibungselektrizität
[48] Thorium
http://de.wikipedia.org/wiki/Reibungselektrizit http://de.wikipedia.org/wiki/Thorium
%C3%A4t
[49] Radon http://de.wikipedia.org/wiki/Radon
[40] JJ Thompson
[50] Blei http://de.wikipedia.org/wiki/Blei
http://de.wikipedia.org/wiki/Joseph_John_Thoms [51] Alphastrahlung
on
http://de.wikipedia.org/wiki/Alphastrahlung
[41] Henri Becquerel
[52] Betastrahlung
http://de.wikipedia.org/wiki/Antoine_Henri_Becq http://de.wikipedia.org/wiki/Betastrahlung
uerel
[53] Gammastrahlung
[42] Uran http://de.wikipedia.org/wiki/Uran
http://de.wikipedia.org/wiki/Gammastrahlung
[43] Fotoplatte
[54] Ernest Rutherford
http://de.wikipedia.org/wiki/Fotoplatte
http://de.wikipedia.org/wiki/Ernest_Rutherford
[44] Strahlung
[55] Streuexperient
http://de.wikipedia.org/wiki/Strahlung
http://de.wikipedia.org/wiki/Rutherford-Streuung
[45] natürliche Radioaktivität
[56] Gold http://de.wikipedia.org/wiki/Gold
http://de.wikipedia.org/wiki/Nat
[57] Zinksulfid
%C3%BCrliche_Radioaktivit
http://de.wikipedia.org/wiki/Zinksulfid
%C3%A4t#Strahlenexposition_durch_nat.C3.BCr [58] Ablenkwinkel
liche_Quellen
http://de.wikipedia.org/wiki/Ablenkwinkel
[46] Radioaktivität / Radioaktiver Zerfall
[59] Reflexion
http://de.wikipedia.org/wiki/Radioaktivit
http://de.wikipedia.org/wiki/Reflexion_
%C3%A4t
%28Physik%29
[47] Uran http://de.wikipedia.org/wiki/Uran
[60] Aufbau des Atoms
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HG: soloton.selfhost.eu:8002:STOA II Saturn
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http://de.wikipedia.org/wiki/Atomkern#Gr.C3.B6.
C3.9Fe.2C_Dichte.2C_Bestandteile.2C_Bezeichn
ungen
[61] Neutronenstern
http://de.wikipedia.org/wiki/Neutronenstern
[62] Elektromagnetische Wechselwirkung
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_
Wechselwirkung
[63] Starke Wechselwirkung
http://de.wikipedia.org/wiki/Starke_Kernkraft
[64] Gluon http://de.wikipedia.org/wiki/Gluon
[65] Faust
http://de.wikipedia.org/wiki/Faust._Eine_Trag
%C3%B6die.
[66] Was ist ein Atomkern? Teil 1
http://www.youtube.com/watch?v=bBvKhCbwNs&list=PL74CFF4C2B87A11BE
[67] Was ist ein Atomkern? Teil 2
http://www.youtube.com/watch?
v=GbGi2RkUSNU&list=PL74CFF4C2B87A11B
E
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