Neutronenüberschuss
# Neutronenüberschuss

Neutronenüberschuss nennt man in der Kernphysik die Differenz zwischen Neutronenzahl N und Protonenzahl Z eines Atomkerns:

    $NUe=N-Z$

Da für die Massenzahl A gilt $A=N+Z\Leftrightarrow N=A-Z$, wird der Neutronenüberschuss gleichbedeutend auch definiert als:

    $\Rightarrow NUe=A-2Z$

Der Neutronenüberschuss stabiler Atomkerne ist bis auf 15 Ausnahmen größer als Null und steigt mit wachsender Massenzahl A.

Gelegentlich bezeichnet man auch die jeweilige Abweichung von der Winkelhalbierenden $N=Z\Leftrightarrow {\frac {N}{Z}}=1$ der Nuklidkarte, nämlich die Zahl ${\frac {NUe}{Z}}={\frac {N}{Z}}-1={\frac {A}{Z}}-2$, als Neutronenüberschuss – besser ist hier die Bezeichnung „Relativer Neutronenüberschuss“.

## Auswirkung auf die Stabilität von Atomkernen

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

* Die stabilen, also nicht radioaktiven Nuklide sind als schwarze Felder eingezeichnet. Sie reichen von Wasserstoff $(^1H)$ links unten bis zum Blei $(^{208}Pb)$ 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 Nuklide mit relativ hohem Neutronenüberschuss. Sie sind radioaktiv, der Überschuss wird meist durch $β^−-Zerfall$ abgebaut.
* Links davon – im blauen Gebiet – herrscht Mangel an Neutronen (statt als Neutronenmangel kann man das auch als Protonenüberschuss bezeichnen). Auch diese Nuklide sind radioaktiv, sie unterliegen dem $β^+-Zerfall$ oder dem Elektroneneinfang.
* Enthält der Kern mehr als 82 Protonen, so ist er in jedem Fall instabil.
* Rot : Relativer Neutronenüberschuss stabiler Nuklide. Er steigt etwa linear mit der Ordnungszahl an. Grün : Relativer Neutronenüberschuss schwererer, radioaktiver, „relativ stabiler“ Nuklide. Hier fällt der relative Neutronenüberschuss wieder etwas ab.
* Gestreckte Darstellung des Bereichs von A/Z − 2 = 0,0 bis 0,7

## Auswirkung bei der Kernspaltung

Die Massenabhängigkeit des relativen Neutronenüberschusses erklärt, warum Spaltprodukte in der Regel Beta-minus-Strahler sind. Der hohe Neutronenüberschuss eines Kerns wie etwa U-235 findet sich nach der Kernspaltung in seinen Bruchstücken (den Spaltfragmenten) wieder; diese enthalten daher für ihre Kernmasse zu viele Neutronen. Der Überschuss wird stufenweise durch drei Prozesse abgebaut:

* direkte Emission prompter Neutronen innerhalb von $10^{−14}$ Sekunden nach dem Zerfall;
* verzögerte Neutronenemission der dann immer noch neutronenreichen Spaltprodukte in Millisekunden bis Sekunden. Die Existenz dieser verzögerten Neutronen ermöglicht überhaupt erst die Steuerbarkeit kritischer Kernreaktoren;
* Beta-minus-Zerfälle, also Umwandlung von Neutronen in Protonen.

## Extremwerte

Den größten absoluten Neutronenüberschuss von bisher hergestellten Isotopen haben Hassium-278 und Darmstadtium-282 mit 62.

## Einzelnachweis

* ↑ Karl Heinrich Lieser: Nuclear and Radiochemistry. 2nd, revised edition, Wiley-VCH 2001, ISBN 3-527-30317-0, Seite 9
