Soweit ich weiß, ist die Anzahl der Protonen in einem Kern begrenzt, da die Coulomb-Kräfte mit der Anzahl der Protonen schneller wachsen als die Kernkraft. Alpha/Cluster-Zerfall begrenzt also in diesem Fall die Größe.
Aber warum können wir keine Nuklide mit sehr vielen Neutronen haben? Ist dies durch den Beta-Minus-Zerfall begrenzt?
Ein einfacher neutronenhaltiger Kern könnte ein einzelnes Neutron sein. Aber Neutronen sind nicht stabil (allein zerfallen sie zu Proton + Elektron, 'Beta-Zerfall', mit einer Halbwertszeit von etwa 10 Minuten). Daher kann auch erwartet werden, dass ein neutronenreicher Kern instabil ist und nach einem Beta-Zerfall einen Kern mit einem zusätzlichen Proton hervorbringen würde.
Kohlenstoff-14 zum Beispiel zerfällt nach einigen tausend Jahren durch Beta-Zerfall zu Stickstoff-14.
Innerhalb eines Kerns ist der Zerfall eines Neutrons jedoch weniger wahrscheinlich, da dieses Neutron in die gemischten Wellenfunktionen der anderen Protonen und Neutronen eingebaut wird. Deshalb ist die Zerfallsrate von Kohlenstoff-14 etwas langsamer als die eines einzelnen Neutrons.
Wenn es eine nukleare Protonenzahlgrenze gibt, folgt daraus, dass sich Neutronen (um in das Kernschalenmodell zu passen) mit einer bestimmten Anzahl von Protonen assoziieren, um stabil zu bleiben. Auf einer Shell-by-Shell-Basis wird das Protonenkomplement schließlich aufgebraucht, und die nächste Schale nur aus Neutronen wird zerfallen.
Die Antwort sind die Kräfte. Die Kernkraft, die starke Restkraft, hält die Neutronen und Protonen im Kern zusammen. Jetzt ist die starke Kraft kurzreichweitig. Tatsächlich wird es auf einer sehr kurzen Skala abstoßend (das hält die Neutronen auseinander) und nach einer bestimmten Entfernung wird es anziehend (das hält sie in einem Kern immer noch dicht beieinander).
Wenn Sie nun anfangen, mehr und mehr Neutronen zu haben, werden sie dazu neigen, in Protonen zu zerfallen, weil sie ziemlich instabil sind. Ihr neutronenreicher Kern muss also auch Protonen haben. Dies ist etwas komplizierter, da sich der Isospin des Neutrons und des Protons ergänzen und eine zusätzliche Kraft hinzufügen, um den Kern zusammenzuhalten.
Es gibt also drei Kräfte im Kern, die ihn zusammenhalten:
starke Restkraft, die die Neutronen und Protonen zusammenhält
Isospin-Kopplung macht Kern mit Neutronen und Protonen stabiler (dann nur Neutronen)
EM-Kraft hält Protonen auseinander
Nun hängt die Stabilität Ihres Kerns von diesen Kräften ab, solange sie sich ausgleichen, wird er stabil sein.
Das Problem ist die Reichweite dieser Kräfte. Die EM-Kraft ist zwischen den Protonen abstoßend und hält sie auseinander, aber die starke Kraft hat eine relativ kurze Reichweite.
Wenn Sie immer mehr Neutronen hinzufügen, werden Sie größer. Dies liegt daran, dass die starke Kraft auf sehr kurzen Skalen abstoßend ist. Das hält die Neutronen und Protonen auch auseinander. Und die EM-Kraft hält die Protonen auch auseinander.
Wenn Sie also größer werden, wird der Kern größer, und die verbleibende starke Kraft wird nach einer Weile nicht mehr in der Lage sein, die EM-Abstoßung auszugleichen. Nachdem Sie mehr als 118 bis 150 Neutronen (und die aufgrund des Isospins erforderlichen Protonen) hinzugefügt haben, fällt der Kern auseinander.
Bill N
dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen
Benutzer1583209
Benutzer4552