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Massendefekt

Autor: Hans Lohninger

Unter Massendefekt versteht man die Differenz zwischen der Masse eines Isotops und der Summe der Massen der beteiligten Kernbausteine. Die Massendifferenz Δm ergibt die Kernbindungsnenergie E gemäß der Gleichung

E = Δmc2,

mit c als Lichtgeschwindigkeit.

Normiert man den Massendefekt auf die Zahl der Kernteilchen eines bestimmten Isotops (Massenzahl = Summe der Protonen und Neutronen) und trägt ihn gegen die Massenzahl auf, so erhält man folgendes Diagramm:

Aus diesem Diagramm kann man erkennen, dass der maximale Massendefekt pro Kernteilchen bei Nickel-62 aufftritt, knapp gefolgt von Eisen-56 und Eisen-58. Nickel und Eisen sind also jene Elemente, aus denen man weder durch Kernspaltung noch durch Kernfusion Energie gewinnen kann. Diese Erkenntnis erklärt auch, warum Eisen und Nickel in so hohem Maß auf der Erde vorhanden sind, da die schweren Elemente ja aus längst verloschenen (und explodierten) Sternen stammen. Die Nukleosynthese in Sternen muss zwangsläufig bei Massen um 60 stoppen, Isotope mit höheren Massenzahlen können nur durch entsprechende Energiezufuhr erzeugt werden (Supernovaexplosionen).

Aus dem Diagramm kann man auch erkennen, dass die Kernspaltung, wie sie in Kernkraftwerken betrieben wird, nur mit schweren Elementen zur Energiegewinnung eingesetzt werden kann. So kann Uran-235 durch Beschuss mit langsamen Neutronen in Krypton und Barium zerfallen, wobei die frei werdende Bindungsenergie (rund 180 MeV) als Wärme abgegeben wird:

235U + n 92Kr + 142Ba + 2 n

Umgekehrt ist ein Fusionsreaktor, der Energie abgibt, nur mit leichten Elementen realisierbar (z.B. die Fusion von H-2 und H-3 zu He-4). Die Erzeugung neuer schwerer Elemente aus kleineren Bausteinen (was ja ebenfalls eine Kernfusion darstellt) ist nur unter entsprechendem Energieaufwand möglich. So benötigt z. B. die Erzeugung von Californium durch Beschuss von Curium mit He-4-Kernen beträchtliche Energie, die in einem Beschleuniger aufgebracht werden muss.


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Last Update: 2013-08-08