How big is Chlorkern?

Ein Chlorkern ist das Zentrum eines Chloratoms. Er enthält 17 Protonen und – je nachdem, um welche der beiden Sorten des natürlich vorkommenden Chlors es sich handelt – entweder 18 oder 20 Neutronen. Der Kern der häufigeren Sorte, Chlor-35, hat einen Durchmesser von etwa 6,7 Femtometern, das Doppelte seines Ladungsradius. Ein Femtometer ist ein Millionstel eines Milliardstels eines Meters (10⁻¹⁵ Meter).

Größe

Ein Atomkern hat keine feste Grenze, daher wird seine Größe als Ladungsradius angegeben, der mittlere Radius seiner elektrischen Ladung. Für Chlor-35 nennt eine von der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO) geführte Tabelle der Kernradien 3,365 Femtometer. Eine genauere Messung, über die 2026 berichtet wurde und bei der ein schwereres Teilchen namens Myon an die Stelle eines Elektrons tritt, ergab 3,333 Femtometer. Beide Werte ergeben einen Kerndurchmesser von etwa 6,7 Femtometern.

Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Neutronenzahl werden Isotope genannt. Chlor-37 hat zwei Neutronen mehr als Chlor-35, doch sein Kern ist weniger als 1 % breiter. Etwa drei Viertel des Chlors auf der Erde ist Chlor-35.

Wie die meisten Atomkerne mit mehr als 15 Protonen hat auch der Kern von Chlor mehr Neutronen als Protonen. Protonen stoßen einander durch ihre elektrische Ladung ab, und die zusätzlichen Neutronen helfen der starken Kernkraft, den Kern zusammenzuhalten.

Größenvergleiche

Ein Chlor-35-Kern ist etwa viermal so breit wie ein einzelnes Proton, das einen Durchmesser von etwa 1,7 Femtometern hat.
Er ist etwa doppelt so breit wie ein Heliumkern, der einen Durchmesser von etwa 3,4 Femtometern hat.
Ein Urankern enthält 6,8-mal so viele Protonen und Neutronen, ist aber weniger als doppelt so breit.
In einem Molekül aus Chlorgas sind die Kerne der beiden Atome 0,199 Nanometer voneinander entfernt, etwa das 30.000-Fache der Breite eines der beiden Kerne. Ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters.
Wären diese beiden Kerne auf die Größe von Basketbällen vergrößert, wären sie etwa 7 Kilometer voneinander entfernt.

Sonnenneutrinos einfangen

Chlor-37-Kerne wurden verwendet, um Neutrinos von der Sonne nachzuweisen – Teilchen, die fast jede Materie durchdringen. Sehr selten wandelt ein Neutrino, das auf einen Chlor-37-Kern trifft, eines seiner Neutronen in ein Proton um. Der Kern wird dadurch zu Argon-37, das radioaktiv ist und eine Halbwertszeit von 35 Tagen hat – die Zeit, in der die Hälfte davon zerfällt.

In den 1960er-Jahren stellte Raymond Davis Jr. einen Tank mit 615 Tonnen Tetrachlorethylen, einer gängigen Reinigungsflüssigkeit, in einer Goldmine im US-Bundesstaat South Dakota auf. Er enthielt etwa 2 × 10³⁰ Chlor-37-Atome, eine 2 gefolgt von 30 Nullen. Bis 1994 hatte er etwa 2.000 Argonatome gewonnen, weniger als erwartet. Davis teilte sich dafür 2002 den Nobelpreis für Physik.