Techniklexikon

Isotopeneffekt

Bezeichnung für alle Erscheinungen, bei denen sich Unterschiede zwischen isotopen Kernen eines Elements als Folge der unterschiedlichen Kernmassen und Kernvolumina auswirken. Isotopieeffekte finden sich in Spektren von Atomen und Molekülen (Isotopieverschiebung) und bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Teilchenaustauschs bei physikalischen und chemischen Prozessen und darauf beruhenden kleinen Unterschieden in den physikalisch-chemischen Gleichgewichten. Diese Effekte werden zur Isotopentrennung ausgenutzt.

Isotopieeffekte treten am deutlichsten in elektrischen und magnetischen Feldern auf, da sich die Massenunterschiede der Isotope hier unmittelbar bemerkbar machen.

Eine spezielle Form des Isotopeneffekts findet man bei der Erscheinung der Supraleitung. Hier wird die Abhängigkeit der Sprungtemperatur T_C eines Supraleiters von der Isotopenmasse eines Atoms als Isotopeneffekt bezeichnet. Experimentell wird beobachtet, dass die Sprungtemperatur für verschiedene Isotope eines metallischen Elements variiert, und zwar proportional zur inversen Wurzel der Ionenmasse M und damit zur Phonon-Abschneide-Frequenz w_D (Debye-Grenzfrequenz) des Materials:T_C ~ M^{-1 / 2} ~ w_D.

Das Auftreten des Isotopeneffektes ergibt sich aus der BCS-Theorie und deutet auf einen wesentlichen Einfluss der Phononen auf die attraktive Elektronenwechselwirkung (Cooper-Paare) zur Erklärung der Supraleitung hin. Dieser Effekt ist damit für das mikroskopische Verständnis dieses Phänomens von grundlegender Bedeutung.