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Schematische Darstellung der Fusionsreaktion von Deuterium und Tritium.

EIN Kernreaktion ist ein Prozess, bei dem die Kerne von Atome Zusammensetzung ändern. Dies kann durch Aufnahme anderer Kerne oder Partikel geschehen, wobei diese auch in Teile zerfallen können, oder durch spontane radioaktiver Zerfall, bei dem eine Emission eines oder mehrerer Partikel stattfindet. Die Bedeutung des Wortes Kernreaktion beschränkt sich manchmal auf ersteres, denn etwas Spontanes ist nicht buchstäblich eine "Reaktion".

Eine Kernreaktion ist klar von a . zu unterscheiden chemische Reaktion, wobei die Kerne der beteiligten Atome unverändert bleiben. Hier ändert sich nur die Anordnung der Atome durch die Umverteilung der Elektronen. Die einzige Kraft, die daran beteiligt ist, ist die elektromagnetische Kraft. Bei Kernreaktionen wird der Kern der Atome verändert und der viel größere spielt starke Kernkraft eine Rolle. Dies ist für Entfernungen größer als ein Atomkern vernachlässigbar, aber bei den kleinen Entfernungen, in denen Kernreaktionen stattfinden, um ein Vielfaches stärker als die elektromagnetische Kraft.

Infolgedessen sind auch die an Kernreaktionen beteiligten Energien um ein Vielfaches (in der Größenordnung von einer Million) größer. Deshalb Atomwaffen sei so viel mächtiger als konventionelle Waffen, wo chemische Reaktionen die Explosion verursachen. Die Explosion eines Wasserstoffbombe kann eine Energiemenge freisetzen, die der Explosion von Dutzenden . entspricht Megatonnen TNT, mehr Energie als alle verbündet Bomben der Zweiter Weltkrieg zusammen.

Weil die innere Energie diese Teilchen zusammenhält (Bindungsenergie) nach dem berühmten Masse-Energie-Beziehung (E = mc²) trägt zur Gesamtsumme bei Masse, sind die zugegebenen Massen der Reaktionspartner vor und nach einer Reaktion im Allgemeinen nicht gleich. Die freigesetzte Energie wird daher oft als „verschwundene“ Masse gemessen. Dies ist auch bei chemischen Reaktionen der Fall, aber da die Energien und damit die Massenunterschiede so viel kleiner sind, wird dieser Effekt dort meist vernachlässigt. Die Energie wird freigesetzt, wenn kinetische Energie der Reaktionsprodukte (was makroskopisch eine höhere Temperatur ergibt) oder als Photon (typischerweise gamma Strahlen oder röntgen).

Reaktionsgleichung

Eine Kernreaktion wird wie eine chemische Reaktion beschrieben durch a Reaktionsgleichung. Auf der linken Seite sind die teilnehmenden Teilchen durch ihre gekennzeichnet chemisches Symbol mit der . oben links Atommasse. Unten links ist oft auch der Ordnungszahl erwähnt, obwohl dies bereits durch das Symbol bestimmt wird. Ist es ein radioaktiver Zerfall eines Kerns befindet sich nur der betreffende Kern auf der linken Seite. Für spezielle Partikel werden auch spezielle Symbole verwendet:

• Photon, gamma Strahlen: ${displaystyle {ce {gamma}}}$ oder ${displaystyle {ce {^0_0gamma}}}$
• Elektron: ${displaystyle {ce {e}}}$, ${displaystyle {ce { e^{-}}}}$, ${displaystyle {ce {^0_{-1}e-}}}$ oder ${displaystyle {ce {eta ^{-}}}}$
• Positron: ${displaystyle {ce {e}}}$, ${displaystyle {ce { ^0_1st }}}$ oder ${displaystyle {ce {eta ^{ }}}}$
• Proton: ${displaystyle {ce {^1H}}}$, ${displaystyle {ce { ^1_1H}}}$, ${displaystyle {ce {p}}}$ oder ${displaystyle {ce {p}}}$
• Antiproton: ${displaystyle {ce {{ ar {p}} }}}$
• Neutron: ${displaystyle {ce {n}}}$ oder ${displaystyle {ce { ^1_0n }}}$
• Antineutron: ${displaystyle {ce {{ ar {n}} }}}$
• Deuterium: ${displaystyle {ce {^2H}}}$, ${displaystyle {ce { ^2_1H }}}$ oder ${displaystyle {ce {d}}}$
• Alphateilchen: ${displaystyle {ce {^4He}}}$, ${displaystyle {ce { ^4_2He }}}$ oder ${displaystyle {ce {alpha}}}$
• Anti-Alpha-Teilchen: ${displaystyle {ce {^{4}_{2}{}{overline {He}}{}^{2-}}}}$
• Neutrino: ${displaystyle {ce {u}}}$

Die erweiterten Notationen wie ${displaystyle {ce {^0_0gamma}}}$, ${displaystyle {ce {^0_{-1}e-}}}$, ${displaystyle {ce { ^0_1st }}}$, ${displaystyle {ce { ^1_1H}}}$, ${displaystyle {ce { ^1_0n }}}$, ${displaystyle {ce { ^4_2He }}}$ zeigen die Anzahl der Nukleonen oben links jedes Teilchens und die Ladung unten links.

Beispiele

• Lithium mit Deuterium bombardiert:

${displaystyle {ce {^6Li ^2H -> ^4He ^4He}}}$

oder aufwendiger

${displaystyle {ce {^6_3Li ^2_1H -> ^4_2He ^4_2He}}}$

Eventuell gekürzt

${displaystyle {ce {^6_3Li ^2_1H -> 2^4_2He}}}$

oder mit Sonderzeichen:

${displaystyle {ce {^6Li d -> Alpha Alpha}}}$

• Alphazerfall von Uran-235 bis um Thorium-231:

${displaystyle {ce {^{235}_{92}U -> ^{231}_{90}Th ^4_2He}}}$

Oder kürzer mit Alphateilchen (${displaystyle {ce {alpha}}}$):

${displaystyle {ce {^{235}_{92}U -> ^{231}_{90}Th alpha}}}$

Verschiedene Arten von Kernreaktionen

Alphazerfall

Durch Alphazerfall ein Atomkern verwandelt sich in einen leichteren Atomkern, der a . emittiert Alphateilchen (Heliumkern). Beispiel:

${displaystyle {ce {^{238}U -> ^{234}Th alpha}}}$

Beta-Ablauf

Biene Betazerfall ein Atom verwandelt sich in ein Atom mit der gleichen Massenzahl, aber mit einer anderen Ladung und emittiert a Elektron oder Positron und ein Neutrino. Beispielsweise:

${displaystyle {ce {^{22}Na->{^{22}Ne} {e} {u}_{e}}}}$

Gammazerfall

Gammazerfall tritt eigentlich nur auf, wenn Sekundärprozess. Nach einem Alpha- oder Beta-Zerfall oder nach dem Einfangen eines Teilchens (siehe unten) befindet sich der Atomkern normalerweise in a aufgeregter Zustand. Der Energieüberschuss kann dann in Form von gamma Strahlen, wobei der Kern seine Zusammensetzung nicht ändert. In Reaktionen wird ein angeregter Kern normalerweise durch a . angezeigt Sternchen:

${displaystyle {ce {^{60}Co->{^{60}Ni^{ast }} {e^{-}} {u}_{e};Quad {^{60}Ni^{ast }} ->{^{60}Ni}gamma }}}$

Kernspaltung

Kernspaltung kann auftreten, wenn ein leichtes Teilchen wie ein Neutron oder ein Heliumkern (Alphateilchen) von einem schweren Atomkern eingefangen wird und dieser so instabil wird, dass er in zwei oder mehr Teile zerfällt, oft unter Emission von Neutronen. Beispielsweise:

${displaystyle {ce {{^{235}U} n->{^{236}U}^{ast }->{^{92}Kr} {^{141}Ba} 3nquad }}}$ (es treten auch andere Zerfallsprodukte auf)

Kernfusion

Biene Kernfusion zwei oder mehr leichte Atomkerne reagieren (evtl. über einen instabilen Zwischenzustand) zu einer anderen Zusammensetzung, bilden auf jeden Fall einen schwereren Kern als in der Ausgangssituation. Ein bekanntes Beispiel ist die Reaktion von Deuterium und Tritium zu Helium und einem Neutron, wie im Bild oben, nach der Gleichung

${displaystyle {ce {{^{2}H} {^{3}H}->alpha n}}}$

Neutroneneinfang

Neutroneneinfang bedeutet, dass ein Atomkern ein externes Neutron einfängt, wodurch ein stabiles oder instabiles schwereres Isotop dieses Elements entsteht. Solche Reaktionen werden verwendet, um die Neutronen aus a Kernreaktor sogenannt Radionuklide für medizinische und industrielle Zwecke hergestellt werden.

Protoneneinfang

Protoneneinfang bedeutet, dass ein Atomkern eine äußere Proton Fallen, wodurch ein stabiler oder instabiler schwerer Kern eines anderen Elements entsteht. Solche Reaktionen werden beispielsweise verwendet, um Protonen aus a Zyklotron sogenannt Radionuklide für medizinische und industrielle Zwecke hergestellt werden.

Elektroneneinfang

Biene Elektroneneinfang Ein Elektron aus einer der unteren Elektronenschalen wird im Atomkern eingefangen, wodurch sich ein Proton in ein Neutron verwandelt und ein Neutrino emittiert. Beispielsweise:

${displaystyle {ce {{^{83}Rb} {e^{-}}->{^{83}Kr} u _{e}}}}$