Stabile und instabile Isotope!

Wer wissen will, welche Isotope eines Nuklids stabil oder instabil sind, findet dazu heute zahlreiche Tabellen im Internet. Diese Tabellen zeigen die leichtesten bis schwersten Isotope eines Atoms. Während die stabilen Isotope ein zahlenmäßig ausgeglichenes Proton-Neutron-Verhältnis aufweisen, sind die Isotope mit anzahlmäßig  großen Unterschieden zwischen Proton und Neutron instabil. Bei den schweren Atomen zeigt sich jedoch auch bei den stabilen Isotopen ein Neutronenüberschuss. Insgesamt wird aber deutlich, dass Isotope mit einem Übergewicht von Protonen oder Neutronen instabil sind. Insbesondere also die leichtesten und schwersten Isotope eines Atoms. Zu diesem Thema gibt es zahlreiche experimentelle Untersuchungen und Studien.

Eine Studie einer internationalen Forschergruppe 2017 sollte genauere Daten über die Isotope eines Atoms liefern. Ermöglicht wurde diese Studie durch einen Hochleistungsrechner des Forschungszentrums Jülich. Grundlage der Berechnungen war die Vorstellung eines Kern-Hülle-Atoms mit Protonen, Neutronen und Elektronen. Mit Hilfe eines 3-D-Gitters versuchten die Wissenschaftler, die Verhältnisse im Inneren eines Atoms nachzubilden, indem sie mehrmals ein Gitter mit Kernteilchen unterschiedlich besetzten. So konnten die Wissenschaftler aufgrund der Wirkungen Schlüsse daraus ziehen (vgl. Elhatisari et.al 2017), (vgl. Uni Bonn, fz-Juelich 2017).

Das Problem dabei ist jedoch, dass die Wissenschaft bis heute keine klare Vorstellung vom Kernaufbau und der Kernform der Atome hat. Daher können die Berechnungen auch keine exakten Daten liefern, auch wenn Näherungen möglich sind. Erst wenn man die tatsächliche Struktur der Atome kennt, kann man die Verteilung der Protonen und Neutronen berechnen. Dazu braucht man nicht einmal einen „Supercomputer“. Die Vorstellung eines dreidimensional aufgebauten oder kugelförmigen Atomkerns ist falsch. Alle Atomkerne sind zweidimensional in einem quadratischen Gitter aufgebaut. Der Grund dafür ist, dass sich die Nukleonen nur an ihren Äquatoren mit anderen Nukleonen verbinden. Diese Tatsache erklärt auch die hohe Dichte der Nukleonen in einem Atomkern. Der Abstand der Kernteilchen von Rotationsachse zu Rotationsachse beträgt daher nur einen Nukleondurchmesser.

Am Beispiel eines Kohlenstoffatoms kann gezeigt werden, wie die genaue Bestimmung der Massenzahl eines Kohlenstoffatoms möglich ist. Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass das schwerste Isotop „Kohlenstoff-23“ und das leichteste „Kohlenstoff-8“ ist(vgl. Kohlenstoff 2023). Während die Bestimmung des C-8-Isotops die tatsächliche Massezahl des leichtesten Kohlenstoff-Isotops widerspiegelt, ist die Annahme der Isotope C-22 oder C-23 außerhalb der Realität. Das tatsächlich größte Isotop des Kohlenstoffs ist Kohlenstoff-18(Siehe Abbildung). Aufgrund der hier gezeigten schachbrettartigen Kerntruktur wird dabei deutlich, warum das leichteste Kohlenstoff-Isotop C-8 und das schwerste C-18 ist und warum es keine schweren C-22 oder C-23-Isotope geben kann(Zur besseren Verdeutlichung sind die runden Nukleonen als Quadrate dargestellt). Mit der Theorie des schachbrettartig-planaren Atombaus ist zukünftig die genaue Bestimmung der Kohlenstoffisotope und aller anderen Isotope von Atomen möglich.

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Quellenverzeichnis:

Serdar Elhatisari, Evgeny Epelbaum, Hermann Krebs, Timo A. Lähde, Dean Lee, Ning Li, Bing-nan Lu, Ulf-G. Meißner und Gautam Rupak: 2017. Ab initio Calculations of the Isotopic Dependence of Nuclear Clustering; Physical Review Letters; DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.222505

fz-Juelich: 2017.„Physiker berechnen, wann Atomkerne instabil werden“:2017.https://www.fz-juelich.de/de/aktuelles/news/pressemitteilungen/2017/2017-12-08-instabile-atome%5BAbgerufen: 24.01.2024]

„Kohlenstoff“. In: Wikipedia – Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 15. November 2023, 11:12 UTC. URL: https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Kohlenstoff&oldid=239137208 (Abgerufen: 24. Januar 2024, 13:15 UTC)

Uni Bonn: 2017. „Physiker berechnen, wann Atomkerne instabil werden“:2017. Online. https://www.uni-bonn.de/de/universitaet/presse-kommunikation/presseservice/archiv-pressemitteilungen/2017/298-2017%5BAbgerufen: 24.01.2024]