Neutronenüberschuss

Neutronenüberschuss nennt man in der Kernphysik die Differenz zwischen Neutronenzahl und Protonenzahl eines Atomkerns.

Nuklidkarte

Der Neutronenüberschuss stabiler Atomkerne ist bis auf wenige Ausnahmen meist größer als Null und steigt mit wachsender Kernmasse. Gelegentlich bezeichnet man auch eine entsprechende Abweichung von der Stabilitätslinie als Neutronenüberschuss – besser ist hier die Bezeichnung „Relativer Neutronenüberschuss“.

Das Bild (eine Nuklidkarte) zeigt, wie sich das Verhältnis von Neutronen- zu Protonenzahl auf die Stabilität eines Atomkerns auswirkt:

• Die stabilen, nicht radioaktiven Nuklide sind als schwarze Felder eingezeichnet. Startpunkt ist Wasserstoff (¹H) links unten; Endpunkt ist Blei (²⁰⁸Pb) deutlich vor dem Ende rechts oben. Die Orte dieser Nuklide bilden eine schwach gekrümmte „Banane“ mit mehreren Lücken bei bestimmten Protonen- oder Neutronenzahlen. Beispielsweise gibt es keine stabilen Kerne mit Protonenzahl Z=43 (Technetium) oder Z=61 (Promethium).
• Rechts davon – im violetten Gebiet – findet man die Atomkerne mit relativ hohem Neutronenüberschuss. Dieser wird meist durch β^--Zerfall abgebaut, die entsprechenden Kerne sind radioaktiv.
• Links davon – im blauen Gebiet – herrscht Mangel an Neutronen. Auch diese Atomkerne sind radioaktiv, sie unterliegen dem β⁺-Zerfall oder Elektroneneinfang.
• Enthält der Kern mehr als 82 Protonen, ist er in jedem Fall instabil.
• Bei der Kernspaltung schwerer Elemente wie Uran liegen die Bruchstücke (Spaltfragmente) wegen der Krümmung der „Banane“ immer im violetten Gebiet.

Beispiel

Das radioaktive ¹³⁷Cs besitzt 82 Neutronen und 55 Protonen. Es ergibt sich ein Neutronenüberschuss von 27. Das stabile ¹³³Cs besitzt auch 55 Protonen, aber nur 78 Neutronen. Für dieses Nuklid ergibt sich also ein Neutronenüberschuss von 23. Das radioaktive ¹³⁷Cs hat gegenüber dem stabilen ¹³³Cs somit einen relativen Neutronenüberschuss von 4.