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| [[Datei:Li6-D_Reaction.svg|miniatur|Beispiel einer Kernreaktion, die über einen instabilen Zwischenkern verläuft: <math>{}^{6}_{3}\mathrm{Li}+{}^{2}_{1}\mathrm{H}\rightarrow {}^{8}_{4}\mathrm{Be} \rightarrow2\ {}^{4}_{2}\mathrm{He}</math>]] | | #WEITERLEITUNG [[Masse (Physik)]] |
| Eine '''Kernreaktion''' ist ein [[physik]]alischer Prozess, bei dem ein [[Atomkern]] durch den Zusammenstoß mit einem anderen Atomkern oder Teilchen seinen Zustand oder seine Zusammensetzung ändert. Häufig werden die elastischen Stöße von Kernen nicht dazu gerechnet, weil sich dabei nur die [[Impuls (Physik)|Impuls]]e der beiden Stoßpartner ändern, manchmal auch nicht die unelastischen Stöße, bei denen zusätzlich einer der Stoßpartner in einen [[Angeregter Zustand|angeregten Zustand]] versetzt wird. Bei den übrigen Fällen – den Kern''reaktionen'' im eigentlichen Wortsinn – ändern die Kerne durch Abgeben oder Aufnehmen von Teilchen ihre Zusammensetzung. Die Gesamtzahl der vorhandenen [[Nukleon]]en bleibt aber stets erhalten, in den meisten betrachteten Fällen auch die [[Neutron]]en- und die [[Proton]]enzahl je für sich. So entstehen entweder [[Isotop]]e desselben [[Chemisches Element|chemischen Elements]] (sofern die Protonenzahl konstant bleibt) oder es findet eine [[Transmutation]] zu einem anderen Element statt.
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| == Überblick ==
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| Kernreaktionen beruhen meist auf der [[starke Wechselwirkung|starken]] und der [[elektromagnetische Wechselwirkung|elektromagnetischen Wechselwirkung]], in bestimmten Fällen auch nur der letzteren allein. Die [[schwache Wechselwirkung]] spielt bei Kernreaktionen in der irdischen Umgebung praktisch keine Rolle, ist jedoch bei [[astrophysik]]alischen Vorgängen wichtig; in solchen Fällen kommt es auch zu Umwandlungen von Neutronen in Protonen oder umgekehrt.
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| Bei manchen Kernreaktion entsteht intermediär ein instabiler, kurzlebiger '''Zwischenkern''' (auch: '''Compoundkern'''; {{EnS|compound nucleus}}), der rasch in die Folgeprodukte zerfällt (siehe Bild rechts oben).
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| Die erste beobachtete Kernreaktion im engeren Sinn wurde 1919 von [[w:Ernest Rutherford|Ernest Rutherford]] beschrieben. Dabei wurden [[Alphateilchen]] durch [[Stickstoff]] geschossen, was dahinter auf dem Zinksulfid-Schirm, der als [[w:Szintillator|Szintillator]] diente, auch Signale von Protonen ergab<ref>{{Literatur | Autor = E. Rutherford | Titel = Collision of α particles with light atoms. IV. An anomalous effect in nitrogen | Sammelwerk = Philosophical Magazine | Band = 37 | Jahr = 1919 |Seiten = 581-587}} ([http://web.lemoyne.edu/~giunta/rutherford.html Veröffentlichungstext])</ref>. Es handelte sich dabei um eine [[endotherm]]e [[Kernfusion]]sreaktion:
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| :<math>{}^{14}\mathrm{N} + \alpha \,\rightarrow\, {}^{17}\mathrm{O} + p - 1,2 \,\mathrm{MeV} </math>
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| Nicht zu den Kernreaktionen zählt der [[Radioaktivität|radioaktive Zerfall]], weil hier die Kernumwandlung spontan erfolgt, also nicht durch einen Stoß ausgelöst wird.
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| == Spezielle Kernreaktionen ==
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| === Kernspaltung ===
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| {{Hauptartikel|Kernspaltung}}
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| Die neutroneninduzierte [[Kernspaltung]] wird in Kernreaktoren genutzt. Sie wurde [[1938]] gemeinsam von [[Wikipedia:Otto Hahn|Otto Hahn]] und [[Wikipedia:Fritz Straßmann|Fritz Straßmann]] und im Kontakt mit [[Wikipedia:Lise Meitner|Lise Meitner]] entdeckt. Die Spaltung ist nur bei schweren [[Atomkern]]en ab [[w:Thorium|Thorium]] ([[Ordnungszahl]] 90) leicht und unter Energieabgabe möglich. Im Gegensatz zur [[Kernfusion]], die in den [[Stern]]en abläuft, handelt es sich bei der Kernspaltung ähnlich der Radioaktivität um einen reinen [[Abbauprozess]], um einen Sterbensprozess der [[Materie]], die gleichsam unter ihrer eigenen Schwere zerbricht.
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| === Kernfusion ===
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| {{Hauptartikel|Kernfusion}}
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| Die [[Kernfusion]] läuft vornehmlich in den [[Stern]]en ab. Dabei handelt es sich im Prinzip um einen [[Aufbauprozess]], bei dem aus einfachen [[Stoff]]en schwerere und komplexere [[Materie]] und zugleich eine große Menge an [[Energie]] erzeugt wird.
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| === Nukleare Spallation ===
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| Bei der '''nuklearen Spallation''' wird der [[Atomkern]] durch Beschuss mit [[Proton]]en oder [[Neutron]]en in kleinere Bruchstücke zersplittert.
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| === Neutroneneinfang ===
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| Beim '''Neutroneneinfang''' (auch: '''Neutronenanlagerung'''), kurz <math>(\mathrm{n},\gamma)</math>, werden Neutronen in den Kern aufgenommen. Die [[Massenzahl]] wird dabei um 1 erhöht, die [[Ordnungszahl]] bleibt gleich. So entsteht etwa aus natürlich vorkommendem [[Gold]] <math>\mathrm{{}^{197}_{\ 79}Au}</math> das synthetische Goldisotop <math>\mathrm{{}^{198}_{\ 79}Au}</math> in einem zunächst [[angeregter Zustand|hochangeregten Zustand]], der unter Aussendung eines [[Gammastrahlung|γ-Quants]] in den Grundzustand übergeht. <math>\mathrm{{}^{198}_{\ 79}Au}</math> ist ein [[Beta-Minus-Strahler]] und wandel sich durch Abstrahlung eines [[Elektron]]s und eines [[Antineutrino]]s aus dem Kern zu dem [[Quecksilber]]isotop <math>\mathrm{{}^{198}_{\ 80}Hg}</math> um. Dabei bleibt die Massenzahl konstant und die Ordnungszahl erhöht sich um 1:
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| ::<math>\mathrm{{}^{197}_{\ 79}Au + n\rightarrow {}^{198}_{\ 79}Au} + \gamma</math>
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| ::<math>\mathrm{{}^{198}_{\ 79}Au \rightarrow {}^{198}_{\ 80}Hg}} + e^- + \overline\nu_{e}}</math>
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| === Protoneneinfang ===
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| Beim '''Protoneneinfang''' (auch: '''Protonenanlagerung'''), kurz <math>(\mathrm{p},\gamma)</math>, werden [[Proton]]en vom Kern aufgenommen und ein energiereiches [[Gammastrahlung|γ-Quant]] abgestrahlt. Die [[Massenzahl]] und die [[Ordnungszahl]] werden dabei zugleich um 1 erhöht. Da die Protonen und der Kern beide positiv elektrisch geladen sind, sind dabei starke Abstoßungskräfte zu überwinden. Der Protoneneinfang ist insbesondere für die [[Astrophysik]] bedeutsam. Beim [[Wasserstoffbrennen]] spielt der Protoneneinfang sowohl in der [[Proton-Proton-Kette]] als auch im [[CNO-Zyklus]] eine wichtige Rolle.
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| == Kernreaktionsrate ==
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| Die ''Anzahl der Kernreaktionen pro Sekunde'' wird als '''Kernreaktionsrate''' oder kurz '''Reaktionsrate''' <math>R</math> bezeichnet. Mit dem gegebenen [[Volumen]] des Reaktors ergibt sich daraus die '''Kernreaktionsratendichte''' <math>r = R / V</math>.
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| == Siehe auch ==
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| * {{WikipediaDE|Kernreaktion}}
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| == Einzelnachweise ==
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| <references />
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| [[Kategorie:Kernphysik]]
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| [[Kategorie:Atomphysik]]
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| {{Wikipedia}}
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