Atomkerne

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Model af heliumatom. I atomkernen ses 4 kernepartikler – nukleoner; de røde er modeller af protoner og de grå er neutroner. Nukleoner består hver af 3 kvarker og gluoner ("gule lyn").

Et atom består af en kerne, atomkernen, og en kappe. Kappen rummer atomets negative ladning i form af et antal elektroner i form af stående bølger. Kernen rummer atomets positive ladning i form at et tilsvarende antal protoner. Kernen indholder endvidere et antal neutroner, som ikke er ladede. Protoner og neutroner kaldes tilsammen nukleoner, og de udgør altså kernestoffet. Kernens udstrækning er lille (af størrelsesorden 10-14 m) i forhold til atomets (af størrelsesorden 10-10 m), men alligevel er næsten al atomets masse koncentreret i kernen. Det skyldes at en nukleon vejer knap 2.000 gange så meget som en elektron.

Antallet af protoner i en kerne fastlægger grundstoffet, mens antallet af neutroner bestemmer hvilken isotop af det pågældende grundstof der er tale om. Alkymisternes gamle drøm om at omdanne bly til guld ad kemisk vej var således dømt til at mislykkes. Grundstofomdannelse forudsætter kerneomdannelse, men kemiske reaktioner involverer alene elektronerne i kappen. I vore dage er det faktisk muligt at skabe guld af lettere kerner ved neutronbeskydning – herved eftergøres de kerneprocesser som forløber under en supernova – men udgiften overstiger langt udbyttet.

Kernen bindes sammen af den stærke kernekraft, som virker mellem kvarker. Bindingsenergien per nukleon er bestemmende for hvor stabil kernen er. De mest stabile kerner er isotoper af jern, nikkel og kobolt. I store kerner formår den kortrækkende stærke kernekraft ikke at overvinde den langtrækkende elektriske frastødning mellem protonerne, og kernerne bliver derfor ustabile; de henfalder, dvs. omdannes til mere stabile kerner under udsendelse af ioniserende stråling, og kaldes derfor radioaktive. En oversigt over stabile og ustabile kerner og deres henfaldsmåde kaldes et kernekort.

Nukleoner er i lighed med elektroner udstyret med et indre impulsmoment som kaldes et spin. I grundtilstanden afgøres kernens spin alene af hvor mange protoner og neutroner den indeholder. Analogt til ekscitation af atomer kan man anslå kerner, dvs. hensætte dem i en spintilstand med højere energi end i grundtilstanden. Kernerne skaffer sig efterfølgende af med overskudsenergien ved at udsende gammastråling. Pga. spinnet bærer de fleste kerner tilfælde endvidere et magnetisk moment, og de kan derfor vekselvirke med et ydre magnetfelt, hvilket bl.a. udnyttes ved NMR-skanning.

Ernest Rutherford påviste eksistensen af atomkerner i 1911 ved at beskyde et guldfolie med alfapartikler. Forekomsten af tilbagespredte alfapartikler blev tydet således at atomets positive ladning måtte være koncentreret i et område – kernen – af meget lille udstrækning i forhold til atomets radius. Denne opdagelse blev startskuddet på kernefysikken, som bragte menneskeheden såvel kernevåben som kernekraft.

Se også[redigér | redigér wikikode]