Kernumwandlungen

Unter einer Kernumwandlung versteht man die Umwandlung von Atomkernen in andere Kerne. Das kann spontan oder durch äußere Einflüsse und Bedingungen erfolgen.
Zu den Kernumwandlungen gehören der Spontanzerfall, die Kernspaltung und die Kernfusion. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Kernumwandlungen, die meist infolge äußerer Einflüsse vor sich gehen. Häufig werden sie künstlich hervorgerufen, z. B. durch Beschuss von Atomkernen mit anderen Teilchen (Bild 1).

Bild 2 gibt einen Überblick über die verschiedenen Arten von Kernumwandlungen. Genauere Informationen zu den speziellen Formen Spontanzerfall, Kernspaltung und Kernfusion sind unter den entsprechenden Stichwörtern zu finden.

Einige weitere Kernumwandlungen

Kernumwandlungen kann man auch durch Beschuss von Atomkernen mit Neutronen, Alphastrahlung (doppelt positiv geladenen Heliumkernen) oder anderen leichten Teilchen hervorrufen. Nachfolgend sind dafür einige auch historisch bedeutsame Kernumwandlungen genannt.

1. Die erste künstliche Kernumwandlung wurde 1919 von ERNEST RUTHERFORD (1871-1937) realisiert. Er beschoss Stickstoffatome mit Alphastrahlung (doppelt positiv geladenen Heliumkernen). Es entstanden Stickstoff und ein Proton:

${}_7{}^{14}\text{N}\text{ + }{}_{\text{2}}{}^{\text{4}}\text{H}\text{e}\to {}_{\text{8}}{}^{\text{17}}\text{O}\text{ + }{}_{\text{1}}{}^{\text{1}}\text{p}$

2. Im Jahre 1932 entdeckte JAMES CHADWICK (1891-1974), ein Schüler von RUTHERFORD, bei der Bestrahlung von Beryllium mit Alphastrahlung das Neutron. Die Reaktionsgleichung lautet folgendermaßen:

${}_4{}^9\text{B}\text{e}+{}_2{}^4\text{H}\text{e}\to {}_6{}^{12}\text{C}+{}_0{}^1\text{n}$

3. Im Jahre 1934 entdeckten IRENE JOLIOT-CURIE (1897-1956) und FREDERIC JOLIOT-CURIE (1900-1958) die künstliche Radioaktivität. Sie bestrahlten Aluminium mit Alphateilchen. Es bildete sich Phosphor, das seinerseits in Silicium und ein Positron zerfiel:

$\begin{array}{l}{}_{13}{}^{27}\text{A}\text{l}+{}_2{}^4\text{H}\text{e}\to {}_{15}{}^{30}\text{P}+{}_0{}^1\text{n}\\ {}_{\text{15}}{}^{\text{30}}\text{P}\to {}_{14}{}^{30}\text{S}\text{i}+{}_{+1}{}^0\text{e}\end{array}$

4. Die von Alchemisten jahrhundertelang versuchte Herstellung von Gold gelang ENRICO FERMI (1901-1954) im Jahre 1934 durch eine Kernumwandlung. Er bestrahlte Platin mit Neutronen und erhielt Gold:

$\begin{array}{l}{}_{78}{}^{196}\text{P}\text{t}+{}_0{}^1\text{n}\to {}_{78}{}^{197}\text{P}\text{t}+\gamma \\ {}_{\text{78}}{}^{\text{197}}\text{P}\text{t}\to {}_{79}{}^{197}\text{A}\text{u}+{}_{-1}{}^0\text{e}\end{array}$

5. Ebenfalls ENRICO FERMI erzeugte erstmals durch Beschuss von Uran mit Neutronen Elemente mit einer Ordnungszahl von über 92. Diese Elemente werden als Transurane bezeichnet.
Eine solche Reaktion lautet:

${}_{92}{}^{238}\text{U}+{}_0{}^1\text{n}\to {}_{92}{}^{239}\text{U}\to {}_{93}{}^{239}\text{N}\text{p}+{}_{-1}{}^0\text{e}$

6. Bei der Entdeckung der Kernspaltung durch OTTO HAHN
(1879-1968), FRITZ STRASSMANN (1902-1980) und LISE MEITNER (1878-1968) im Jahre 1938 wurde als ein Spaltprodukt Barium festgestellt. Beschossen wurde Uran-235 mit Neutronen. Die Gesamtreaktion lautet:

${}_{92}{}^{235}\text{U}+{}_0{}^1\text{n}\to {}_{92}{}^{236}\text{U}\to {}_{56}{}^{144}\text{B}\text{a}+{}_{36}{}^{89}\text{K}\text{r}+3\cdot {}_0{}^1\text{n}$

7. Die im Inneren der Sonne vor sich gehende Kernfusion geht in mehreren Schritten vor sich: Aus Wasserstoff bildet sich zunächst Deuterium, aus Deuterium und Wasserstoff Helium-3 und aus Helium-3 das stabile Helium-4. Der gesamte Vorgang vollzieht sich nach den folgenden Reaktionsgleichungen:

$\begin{array}{l}{}_1{}^1\text{H}+{}_1{}^1\text{H}\to {}_1{}^2\text{D}+{}_{+1}{}^0\text{e}+\nu \\ {}_{\text{1}}{}^{\text{2}}\text{D}+{}_1{}^1\text{H}\to {}_2{}^3\text{H}\text{e}+\gamma \\ {}_{\text{2}}{}^{\text{3}}\text{H}\text{e}+{}_2{}^3\text{H}\text{e}\to {}_2{}^4\text{H}\text{e}+2\cdot {}_1{}^1\text{H}\end{array}$