Kerne als Teilchengitter

Atomkerne bestehen aus leichten Teilchen (geladene Pionen, Kaonen und manchmal auch Myonen), die sich zu einem möglichst symmetrischen Teilchengitter formieren. Da Protonen und Neutronen aus den gleichen Teilchen bestehen, kann man auch sagen, dass sich Protonen und Neutronen im Kern auflösen und ihre Bausteine zu der einheitlichen Kernmaterie verschmelzen. Diese strukturelle Übereinstimmung von Protonen und Neutronen mit Kernen ist auch der Grund, warum sich Protonen und Neutronen von der Kernmaterie ablösen können, beispielsweise wenn der Kern sehr instabil ist. Gleichzeitig ist bei Kernzertümmerungen die Beobachtung der vielen leichten Teilchen plausibel.

10.1 Ein Musterbeispiel der Symmetrie - der Kern des Kohlenstoff-12

Die Abbildung zeigt ein Modell des Kerns 6-C-12. In den Ikosaeder der 12 Masseteilchen können sich die 6 bindenden Teilchen bei vollständiger Spinpaarung ausgezeichnet einordnen. Dieser Kern fällt in Abb. 9.1 (Verlauf der Kernbindungsenerie) durch einen besonders hohen Wert auf. Kohlenstoff 6-C-12 dient als Bremssubstanz (Moderator) und Abschirmung für Neutronen in Spaltreaktoren. Den permanenten Angriff durch die reaktive Neutronen kann nur ein geschlossener (inerter) Kern dauerhaft überstehen. Bekannt ist, dass der Nachbarkern 5-B-11 mit seinem defizitären Kerngitter als Neutronen-"Fresser" in Form von Regelstäben die Kettenreaktion sofort unterbricht.

In fast allen gängigen Darstellungen wird die Tatsache negiert, dass Kern 12 äußerst stabil ist. Er passt nicht in das von den Theoretikern konstruierte Modell der "Kernschalen". Diese "Kernschalen" lassen sich nur insofern nachvollziehen, da es Teilchengitter mit besonders hohen Symmetriewerten gibt. In vielen Fällen stimmen hochsymmetrische Teilchengitter und vermutete Kernschalen überein. Beispielsweise betrifft das den schon beschriebenen Kern 4 und die Kerne O-16 und Pb-208. Auch dies ist ein schönes Beispiel, wie die Realität mit theoretischen Parallelen (oder besser Krücken) beschrieben wird, ohne dass die Realität ursächlich erkannt wurde.

10.2 Die Kerngitter leichter stabiler Kerne

Abb. 10.2: Zusammenhang zwischen Kerngeometrie und Kernbindungsenergie

Für jeden besonders stabilen Kern mit hoher Bindungsenergie kann ein Teilchengitter gefunden werden, welches sich durch hohe Symmetrie und Geschlossenheit auszeichnet. Dabei muss berücksichtigt werden, dass innerhalb des Masseteilchengitters, wie es in der Abb. 10.2 dargestellt ist, auch das Gitter aus bindenden Teilchen symmetrisch perfekt integriert sein muss. So besitzt Kern 10 trotz seines tetraedrischen Gitters keinen lokalen Maximalwert an Bindungsenergie, weil das Bindungsgitter mit 5 Teilchen keine Spinpaarung erlaubt: Der Spin des Kerns ist +3.

10.3 Generelle Aussagen zur Kern-Symmetrie

Die leichten Atomkerne bis Massezahl A=16 müssen in vielen Fällen als ein 'unausgegorener Haufen von Halbwüchsigen' bezeichnet werden, weil sie sehr uneinheitlich sind. Das Erreichen einer hinreichenden Symmetrie ist bei ihnen oft nicht möglich, weil ein einzelnes Masseteilchen große Auswirkung auf Symmetrie und Stabilität eines Kerns hat. Bei den schweren Kernen ist der Einfluss eines einzelnes Masseteilchens sehr viel geringer. Es stehen außerdem mehr Möglichkeiten einer hinreichend stabilen Anordnung zur Verfügung. Die nachfolgenden Abbildungen demonstrieren die symmetrische Ausprägung schwererer Kerne. Die Beschreibung jedes einzelnen Kerns ist hier allerdings nicht möglich.

Beispielhafte Struktur des Kerns 28-Ni-62

Die häufigste Form der Atomkerne zeigt beispielhaft der Kern 28-62. Dieser Kern besitzt nach Kern 34-72 die zweithöchste Bindungsenergie ja Masseteilchen. Geometrisch gesehen sind diese Kernkörperchen von Parallelogrammen begrenzte und an ihren Spitzen meistens abgestumpfte Parallelepipede. Diese Kernform erklärt selbstredend die Quadrupol-Momente der Atomkerne, die mit dem 'Tröpchenmodell' oder von im Kern herumrasenden Teilche nicht vereinbar sind. Eine ausschweifenden, aber im grunde unzutreffenden theoretischen Erklärung ist nicht erforderlich. Die derzeit existierenden fünf(?) widersprüchlichen Kernmodelle können durch ein einziges Modell ersetzt werden, welches hier als "Kerngittermodell" definiert wird.