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How big is Urankern?

12 femtometers!

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Urankern

Ein Urankern ist das Zentrum eines Uran-Atoms. Er enthält 92 Protonen und im häufigsten Isotop, Uran-238, 146 Neutronen. Er hat einen Durchmesser von etwa 12 Femtometern, gemessen als das Doppelte seines Ladungsradius, des mittleren Radius seiner elektrischen Ladung. Ein Femtometer ist ein Millionstel eines Milliardstels eines Meters (10−15 Meter).

Größe

Ein Kern hat keinen scharfen Rand, daher wird seine Größe als Ladungsradius angegeben. Für Uran-238 gibt eine von der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO) geführte Tabelle der Kernradien einen Wert von 5,857 Femtometern an, der auf besser als 0,1 % genau bekannt ist. Damit hat der Kern einen Durchmesser von 11,7 Femtometern. Uran-235, das drei Neutronen weniger besitzt, ist geringfügig kleiner: 11,67 Femtometer im Durchmesser.

Ein Urankern enthält weit mehr Neutronen als Protonen. Protonen stoßen sich durch ihre elektrische Ladung gegenseitig ab, während alle Protonen und Neutronen ihre nächsten Nachbarn durch die starke Kernkraft anziehen. In einem schweren Kern sind die zusätzlichen Neutronen nötig, damit die elektrische Abstoßung ihn nicht auseinanderreißt.

Größenvergleiche

  • Ein Uran-238-Kern ist etwa 7-mal so breit wie ein einzelnes Proton, das etwa 1,7 Femtometer groß ist, obwohl er 238 Protonen und Neutronen enthält.
  • Er ist etwa 3,5-mal so breit wie ein Heliumkern, der etwa 3,4 Femtometer groß ist; er enthält aber etwa 60-mal so viele Teilchen.
  • Wäre ein Urankern auf die Größe eines Basketballs vergrößert, wäre ein Proton im gleichen Maßstab etwa 3,4 Zentimeter groß, etwa halb so breit wie ein Tennisball.
  • Ein Wasserstoffatom, etwa 0,1 Nanometer groß, ist etwa 9.000-mal so breit wie ein Urankern. Ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters.

Ein sehr langsamer Zerfall

Uran-238 ist radioaktiv, zerfällt aber äußerst langsam. Seine Halbwertszeit, die Zeit, in der die Hälfte einer Probe zerfällt, beträgt 4,47 Milliarden Jahre. Die Erde ist etwa 4,54 Milliarden Jahre alt, sodass etwa die Hälfte des Uran-238, mit dem die Erde einst entstand, noch heute vorhanden ist.

Uran-238 zerfällt, indem es ein Alphateilchen aussendet, das einem Heliumkern entspricht. Darauf folgt eine Kette weiterer Zerfälle, die bei Blei-206 endet. Geologen nutzen diese Zerfallskette sowie eine ähnliche, die bei Uran-235 beginnt, um das Alter von Gestein und der Erde selbst zu bestimmen.

Die Spaltung von Uran

Uran-235 macht etwa 0,72 % des natürlichen Urans aus. Seine Kerne spalten sich leicht, wenn sie von einem Neutron getroffen werden. Jede Spaltung setzt Energie und weitere Neutronen frei, die dann in einer Kettenreaktion weitere Kerne spalten können. Kernkraftwerke in den Vereinigten Staaten kontrollieren diese Reaktion, um mit Brennstoff, der auf 3–5 % Uran-235 angereichert ist, Wärme für die Stromerzeugung zu erzeugen.

Quellen

Scale of the Universe > Urankern
Chlorkern
Der Chlor-Atomkern hat 17 Protonen. Üblicherweise sind dort auch noch 18 oder 20 Neutronen! Nur selten sind es 19 Neutronen. Allerdings bin ich nicht sicher, wieso. Weißt du warum? Sag’s mir, wenn du’s weißt.
Elektron (klassisch)
Elektronen sind so klein, dass ihre Größe nicht genau gemessen werden kann. Die Größe eines Elektrons variiert und hängt von der Art und Weise ab wie sie gemessen wird. Entweder basiert sie auf dem Quantenmodell oder auf dem klassischen Modell der Physik.
Heliumkern
Ein Helium-Kern ist tausendmal kleiner als das Atom, wie eine Murmel auf einem Fußballfeld. Der einzige Grund, warum sich Materie so fest anfühlt ist, dass Atome sich abstoßen. Würden sie das nicht tun, würde alles durcheinander hindurchfallen!
Wellenlänge von Gammastrahlung
Gammastrahlen haben eine sehr hohe Frequenz. Sie können bei radioaktivem Zerfall auftreten. Oh, und nebenbei gesagt, sie sind in Wirklichkeit nicht hellblau, so wie sie links zu sehen ist.
Das kleinste mit einem Elektronenmikroskop sichtbare Objekt
Mit Elektronenmikroskopen können wir sehr kleine Dinge sehen (Atome zum Beispiel), die sonst unsichtbar wären, weil sie kleiner als die Wellenlänge von sichtbarem Licht sind.
Helium-Atom
H-Atome sind größer als He-Atome, weil sie mehr Protonen im Kern haben, und diese ziehen die Elektronen dichter heran. Jedenfalls, die größere Anzahl Schalen sorgt für die eigentliche Größe. P. S.: Das größte Atom hat die meisten Schalen mit den wenigsten Elektronen.

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