Neutronenexzess

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

Übersicht aller bekannten Elemente

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 zeigt, wie sich das Verhältnis von Neutronen- zu Protonenzahl auf die Stabilität eines Atomkerns auswirkt:

• Die stabilen, nicht-radioaktiven Elemente sind als schwarze Quadrate eingezeichnet. Startpunkt ist Wasserstoff (H) links unten; Endpunkt ist Wismut (Bi) deutlich vor dem Ende rechts oben. Die Orte dieser Elemente bilden eine schwach gekrümmte „Banane“ mit zwei Lücken bei Z=43 (Technetium) und Z=61 (Promethium).
• Rechts davon - im violetten Gebiet - findet man die Atomkerne mit einem Überschuss an Neutronen. Dieser wird meist durch ß^--Zerfall abgebaut, die entsprechenden Kerne sind radioaktiv.
• Links davon - im blauen Gebiet - herrscht Mangel an Neutronen. Hier gibt es ß⁺-Zerfall oder Elektroneneinfang, gefolgt von natürlicher Röntgenstrahlung.
• Enthält der Kern mehr als 83 Protonen, ist er unabhängig von der Anzahl der Neutronen instabil.
• Bei der Kernspaltung schwerer Elemente wie Uran liegen die Zerfallsprodukte 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 Isotop ergibt sich also ein Neutronenüberschuss von 23. Das radioaktive ¹³⁷Cs hat gegenüber dem stabilen ¹³³Cs somit einen relativen Neutronenüberschuss von 4.