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Schreibakteur schrieb am 5.8. 2011 um 23:30:27 Uhr über

Neutronen

Neutronen sind elektrisch neutrale Kernbausteine. Sie sind aber keine Elementarteilchen, weil sie aus drei Quarks bestehen, wie auch die Protonen (das sind die geladenen Kernbausteine). Weil die Quarks geladen sind, hat das Neutron zwar keine Ladung (denn die Quarkladungen neutralisieren sich gegenseitig), aber ein magnetisches Moment (sie verhalten sich also grob gesagt wie kleine Magneten).

Freie Neutronen sind nicht stabil, sondern zerfallen mit etwa 21 Minuten mittlerer Lebensdauer in jeweils ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino. Das Elektron-Antineutrino ist dabei »noch neutraler« als das Neutron, denn es hat nicht nur keine elektrische Ladung, sondern nimmt zudem auch nicht an der starken Wechselwirkung teil (das ist die Kraft, die die Atomkerne zusammenhält). Im übrigen hat es, da es ein elektrisch neutrales Elementarteilchen ist ,auch kein magnetisches Moment. Weil das Neutrino (bzw. das Antineutrino) so furchtbar neutral ist (die Schweiz ist nichts dagegen!), kann es einfach davonfliegen, ohne eine Spur zu hinterlassen.

Das Neutron kann zwar nicht ganz so unbehelligt durch Materie fliegen wie das Neutrino, kann aber aufgrund seiner elektrischen Neutralität dennoch Materie viel besser durchdringen als geladene Teilchen, weil es fast nicht mit den Elektronen, sondern nur mit den Atomkernen wechselwirkt. Wenn es schnell genug ist, wird es in der Regel am Atomkern einfach abprallen, außer es ist ein Wasserstoffkern, also ein Proton, das kann es wegkicken, weil es ungefähr gleich schwer ist. Darauf beruht die Neutronenbombe: Die Neutronen gehen durch die meisten Substanzen relativ ungeschwächt hindurch, Lebewesen bestehen aber zum Großteil aus Wasser und anderen Substanzen mit viel Wasserstoff, und da verursachen sie dann große Schäden. Das Ergebnis ist, dass alle Menschen tot sind, die Gebäude aber immer noch unbeschädigt dastehen.

Wenn man sich vor Neutronenbomben schützen will, dann verbirgt man sich am besten hinter viel Wasser, weil da die Neutronen abgebremst werden. Aus demselben Grund dient Wasser in Kernkraftwerken als Moderator: Bei der Kernspaltung entstehen nämlich schnelle Neutronen, Kerne spalten kann man aber nur mit langsamen Neutronen. Deshalb braucht man das Wasser, um die schnellen Neutronen abzubremsen. Dass man das Wasser dann auch gleich zum Wärmetransport nutzen kann, ist natürlich auch ganz praktisch.

Viel weniger gefährlich sind aber Neutronen, die im Atomkern eingebunden sind. Ohne die gäbe es gar keine Atome außer Wasserstoff. Auch uns könnte es ohne Neutronen gar nicht geben. Das liegt daran, dass die Protonen, da sie elektrisch geladen sind, sich gegenseitig abstoßen, und die starke Kernkraft wäre nicht ausreichend, um sie zusammenzuhalten. Die Neutronen tragen zur Anziehung per starker Wechselwirkung, nicht aber zur elektrischen Abstoßung bei und machen die Atome so stabil. Und im Atomkern sind die Neutronen auch stabil, solange es nicht zu viele sind. Eine Umwandlung in ein Proton würde hier mehr Energie wegen der zusätzlichen Abstoßung kosten, als dadurch gewonnen werden kann, dass das Proton etwas leichter ist. Nur, wenn es zu viele Neutronen im Kern gibt, dann können die Neutronen zerfallen, das nennt man dann Betazerfall. Umgekehrt können, wenn zuwenig Neutronen im Kern sind, sogar Protonen in Neutronen zerfallen, das nennt man dann Beta-Plus-Zerfall, weil dabei ein Positron, das Antiteilchen des Elektrons, entsteht, und das ist positiv geladen, weil das Elektron negativ geladen ist. Nun befinden sich aber in der Regel Atomkerne in Atomen (deshalb heißen sie ja auch so), und da sind Elektronen drumrum. Und deshalb kann ein Proton sich auch eins der Elektronen einfangen, um sich in ein Neutron zu verwandeln. Das nennt man dann K-Einfang, weil natürlich nur Elektronen eingefangen werden, die auch mal im Kern zu finden sind, und das sind die K-Elektronen (das K benennt dabei einfach den Zustand, in dem sich diese Elektronen befinden, warum er ausgerechnet K heißt und nicht z.B. A, weiß ich auch nicht).

Zusammenfassend könnte man also sagen: Neutronen sind lebenswichtig, wenn sie in Atomkernen gefangen sind, aber gefährlich, wenn sie alleine rumfliegen.



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