Techniklexikon

Kernkraft

auf der starken Wechselwirkung beruhende, für den Aufbau des Kerns verantwortliche Kraft. Ihre Untersuchung begann mit der Entdeckung des Neutrons durch J. Chadwick (1932) und der Hypothese zum Aufbau von Kernen aus Protonen und Neutronen von D.D. Iwanenko und W. Heisenberg. Der Versuch von I.E. Tamm und Ivanenko, die Nukleonenwechselwirkung durch den Austausch eines Elektrons zwischen Neutron und Proton, also mit der schwachen Wechselwirkung entsprechend der schon bekannten Fermi-Theorie, zu erklären, scheiterte an der Stärke der Kernkraft. Durch Untersuchungen von Deuterium und Helium hatte E. Wigner ihr ein Potential von etwa 50 MeV und eine Reichweite von wenigen Femtometern, also in der Grössenordnung des Durchmessers der Nukleonen, sowie den Charakter einer Zweiteilchenwechselwirkung (Sättigung der Kernkraft) zugewiesen. Die geringe Reichweite erklärte H. Yukawa 1935 durch das Postulat der Existenz eines massiven Bosons, dessen Austausch als Feldquant die Nukleon-Nukleon-Kraft bewirkt; es wurde 1947 in Form des Pions in Kernemulsionen entdeckt.

Der spezifische Charakter der Nukleon-Nukleon-Kraft geht in die Eigenschaften der Kerne nur wenig ein, vielmehr lassen sich die Nukleonen in erster Näherung durch ein entartetes Fermi-Gas (Thomas-Fermi-Modell) als freie Nukleonen in einem gemeinsamen Potentialtopf beschreiben. Zum Studium der Kernkraft eignen sich somit nur die Zweikörpersysteme, also elastische Nukleon-Nukleon-Streuung und das Deuterium.

Die Kernkraft ist ladungssymmetrisch und ladungsunabhängig. Dies ergibt sich aus dem Studium von Spiegelkernen und aus der Ladungsunabhängigkeit der Nukleon-Nukleon-Streuung.

Der ursächliche Quarkbeitrag zur Kernkraft entsprechend der Substruktur der Nukleonen ist quantitativ schwer zu erfassen. Statt dessen werden zur Beschreibung der Kernkraft phänomenologische Nukleon-Nukleon-Potentiale oder Mesonenaustauschpotentiale (Potential) herangezogen.