Atọmkern

der elektrisch positiv geladene Zentralkörper des Atoms, der fast die ganze Masse des Atoms in sich vereint. Der Atomkern ist zusammengesetzt aus elektrisch neutralen Neutronen und positiv geladenen Protonen. Die Ordnungszahl oder Kernladungszahl gibt die Zahl der Protonen im Atomkern an und damit seine Ladung. Die Massenzahl gibt die Zahl der Protonen und Neutronen an. Diese beiden Kernteilchen, zusammenfassend Nukleonen genannt, sind etwa gleich schwer und rund 1836-mal schwerer als die Elektronen. Im Atomkern werden sie durch die sehr kurzreichweitigen, aber sehr starken Kernkräfte zusammengehalten, denen nur die elektrische Abstoßung der Protonen untereinander entgegenwirkt. Jedes Nukleon ist im Atomkern mit rund 8MeV (Megaelektronenvolt) Energie gebunden. Wegen der Äquivalenz von Energie und Masse nach der Einstein’schen Beziehung E = m · c² verursachen diese Bindungsenergien einen Massendefekt, d. h. die Masse eines Atomkerns ist nicht exakt gleich der Summe der Massen aller seiner Nukleonen, sondern um etwa 1% kleiner. Zur Beschreibung der physikalischen Eigenschaften der Atomkerne sind verschiedene Kernmodelle entwickelt worden (Kernphysik).

Atomkerne gleicher Protonen-, aber verschiedener Neutronenzahl heißen Isotope; die zugehörige Elektronenhülle hat gleiche Struktur, daher zeigen Isotope das gleiche chemische Verhalten. Zu jeder Protonenzahl bis zu 83 gibt es einige wenige stabile sowie mehrere instabile, radioaktive Isotope, die unter Aussendung von Elektronen, Positronen, Neutronen oder Alphateilchen (Heliumatomkernen) und unter Abgabe von Energie in andere Atomkerne übergehen. Alle Elemente, deren Ordnungszahl größer als 83 ist, sind radioaktiv (Periodensystem der Elemente). Vom Wasserstoff (Ordnungszahl 1) gibt es zwei stabile Isotope: der (leichte) Wasserstoff, dessen Atomkern aus einem Proton allein besteht, und der schwere Wasserstoff (Deuterium), dessen Atomkern, das Deuteron, aus einem Proton und einem Neutron aufgebaut ist. Radioaktiv ist ein drittes Isotop, Tritium, mit einem Proton und zwei Neutronen im Atomkern, das mit einer Halbwertszeit von rund 12,3 Jahren unter Elektronenaussendung zerfällt und sich in ein Heliumisotop mit zwei Protonen und einem Neutron umwandelt.

Jeder Atomkern hat – wie auch das Atom – verschiedene Energiezustände, jedoch sind die Energiedifferenzen zwischen den Zuständen beim Kern größer. Der Übergang von einem höheren in einen tieferen Zustand ist mit der Aussendung eines Gammaquants verbunden. Umwandlungen von Atomkernen sind in großer Zahl erzielt worden, insbesondere bei der Bestrahlung mit (langsamen) Neutronen. Dabei werden häufig Neutronen vom Atomkern eingefangen, und es entstehen künstliche radioaktive Elemente. Einige schwere Atomkerne werden durch Neutronen gespalten in zwei etwa gleich große radioaktive Teile (Kernspaltung); diese Kernreaktion ist heute von großer technischer Bedeutung (Kernenergie, Kernreaktor). Umgekehrt können bei Kernreaktionen aber auch schwere Atomkerne aus leichteren aufgebaut werden.