Techniklexikon

Kern

Atomkern, Massenzentrum und Träger der positiven Ladung eines Atoms, erstmals 1909 von E. Rutherford, H.W. Geiger und E. Marsden durch Rutherford-Streuung von a-Teilchen an Au-Atomen mit einer Ausdehnung von ca. 10^-12 cm nachgewiesen.

Der Kern ist, vereinfacht vorgestellt, ein durch die Kernkraft gebundenes Komposit aus Z Protonen und N Neutronen, deren Gesamtzahl A = Z + N die Kernmasse bis auf Modifikationen durch in den Massenformeln berechneten Bindungsenergien der Nukleonen bestimmt. Für neutrale Atome ist Z gleich der Zahl der Elektronen (Bohrsche Theorie) und definiert das chemische Element. Als äussere Eigenschaften besitzen Kerne Massenverteilungen mit einer mittleren Kernmateriedichte von 0,13 Nukleonen / fm³ und empirische Kernradien R=1,2 × A^{1 / 3} fm, Kernladungsverteilungen sowie elektromagnetische Kernmomente. Kerne können durch radioaktive Zerfälle in leichtere Kerne zerfallen. Alle stabilen und instabilen Kerne sind in der Nuklidkarte aufgeführt. Künstliche Elemente können durch Kernreaktionen erzeugt werden.

Der Aufbau von Kernen wird im Rahmen von effektiven Theorien mit Kernmodellen beschrieben. Viele Kerneigenschaften lassen sich als kollektive Anregungen deuten (Riesenresonanzen, Rotationsbanden). Bei höheren Anregungen nimmt die Niveaudichte der Kerne zu und eine Beschreibung durch einzelne Kernzustände wird durch statistische Methoden abgelöst. Die Untersuchung der Kerneigenschaften und ihr theoretisches Verständnis sind Gegenstand der Kernphysik, die als Folge der Substruktur der Nukleonen eng mit der Elementarteilchenphysik (Hochenergiephysik) verknüpft ist.

Die technische Nutzung der Kernenergien, die chemische Energien um vier bis sechs Grössenordnungen übersteigen, ist Gegenstand der Kernenergetik und findet z.B. Anwendung in Kernreaktoren und Kernwaffen.