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Kernphysik (Einführung)

Wie die Bezeichnung es vermuten lässt, bezieht sich der Inhalt der Kernphysik auf Atomkerne. Es geht in der Kernphysik darum, die Struktur und die Wechselwirkungen von Atomkernen zu untersuchen. Innerhalb der allgemeinen Physik ist die Kernphysik zwischen der Atomphysik und der Elementarteilchenphysik angesiedelt.

Was ist ein Atomkern?

Ein Atom besteht aus einer Atomhülle, sie ist Gegenstand der Atomphysik, und einem Atomkern, mit dem sich die Kernphysik beschäftigt. Der Atomkern ist im Verhältnis zu seiner Atomhülle unglaublich winzig. Er ist je nach Atom etwa 20.000 bis 150.000 Mal kleiner als die ihn umgebende Atomhülle. Trotzdem trägt er 99,9 % der Atommasse in sich. Ein Atomkern besteht mit Ausnahme des Wasserstoffatoms aus Protonen und Neutronen. Die Anzahl der Protonen (Ordnungszahl) im Atomkern bestimmen die Anzahl der Elektronen in der Atomhülle und sind damit auch bestimmend für die chemischen Eigenschaften eines Atoms.

Die Anfänge der Kernphysik

Die Geschichte der Kernphysik beginnt mit der Entdeckung der natürlichen Radioaktivität durch Antoine Henri Becquerel im Jahre 1895. In den folgenden Jahren erforschten sowohl Becquerel als auch das Ehepaar Curie die radioaktive Strahlung. Für die Entdeckung verschiedener radioaktiver Elemente erhielten die drei Forscher gemeinsam im Jahr 1903 den Nobelpreis für Physik. Bis zu diesem Zeitpunkt war die Existenz von Atomen nur eine Hypothese. Im Jahr 1910 konnte Ernest Marsden bei Kontrollversuchen zur Herstellung eines Strahls aus a-Teilchen feststellen, dass diese Teilchen bei der Durchdringung von Metallfolie teilweise stark abgelenkt wurden, was den Schluss zuließ, dass dies nur durch die Existenz von Atomkernen möglich war.

Zu den Gründervätern der Kernphysik gehören im Weiteren die Forscher Ernest Rutherford, Henry Moseley, Niels Bohr, Egon von Schweidler, William Crookes und Charles Wilson. Früher wurde von Atomkernphysik gesprochen, heute wird nur noch von Kernphysik oder auch Nuklearphysik geredet, wobei viele Menschen den Begriff Nuklear negativ assoziieren, etwa mit Atomwaffen oder Kernkraftwerken. Dabei ist das Wort nur eine Ableitung des lateinischen Wortes „nucleus“, das übersetzt Kern bedeutet. Tatsächlich ist die Kernspaltung oder die Kernfusion nur ein sehr kleiner Teilbereich der Kernphysik, der verständlicherweise sehr stark im Fokus der Öffentlichkeit steht.

Praktische Anwendungen aus der Kernphysik

Die von Atomkernen ausgehende Strahlung, deren Aktivität die Kernphysik begründete, ist auch heute noch der wichtigste Anwendungsbereich in der Praxis. Die verschiedenen Arten der mehr oder weniger starken radioaktiven Strahlung werden Hauptsächlich im Bereich der Haltbarmachung von industriell gefertigten Lebensmitteln sowie in der Medizin (u. a. Röntgenstrahlung) eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete sind die Altersbestimmung, etwa durch die Radiokarbonmethode, die Astronomie sowie die Pathologie. Letztlich darf natürlich auch die Kernenergie nicht vergessen werden, immerhin etwa 10 % der weltweiten Erzeugung elektrischer Energie erfolgt in rund 440 Kernkraftwerken.

Quizfragen zum Thema

1. Welche Teilchen befinden sich möglicherweise in einem Atomkern?

   Protonen und Neutronen

2. Wie sind Protonen elektrisch geladen?

   Sie sind positiv geladen

3. Wie sind Neutronen elektrisch geladen?

   Sie sind neutral

4. Wie sind Elektronen elektrisch geladen?

   Sie sind negativ geladen

5. Wer besitzt mehr Masse – Protonen oder Elektronen?

   Die Protonen des Atomkerns besitzen wesentlich mehr Masse als die Elektronen der Atomhülle

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