Kurzinfo

Nähert sich ein Proton (immer positiv geladen) einem Atomkern (ebenfalls immer positiv) an, so wirken dabei zunehmend starke abstoßende Kräfte. Sie bilden sozusagen eine schwer durchbringbare, unsichtbare Mauer bei einer weiteren Annäherung. Statt Mauer sagt man auch Wall (wie ein Erdwall) oder Barriere. Erst hin zum Kern, auf der anderen Seite, sind andere, anziehende Kräfte stärker. Das hat weitreichende Folgen.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Im inneren des Atomkerns überwiegen die starken Kernkräfte. Sie wirken auch zwischen Protonen untereinander anziehend. Außerhalb des Kern überwiegen die abstoßenden Coulombkräfte (elektrostatisch). Dieser Bereich der abstoßenden Kräfte nennt man die Coulmbbarriere oder den Coulombwall. © Informatiker (Wikimedia) ☛

Ein Gedankenexperiment

Gleichartige elektrische Ladung stoßen sich gegenseitig ab, und zwar umso sehr viel stärker, je näher sie zueinander sind. Mathematisch beschrieben wird das durch die sogenannte Coulombkraft ↗

Stellen wir uns vor, wir seien ein so kleines Wesen, dass wir einzelne Protonen in die Hand nehmen könnten. Wir halten ein Proton in der linken Hand und ein zweites Proton in der rechten Hand. Dann versuchen wir diese zwei Protonen immer näher aneinander zu bewegen. Dabei nimmt die abstoßende Coulombkraft immer mehr zu. Sind die Protonen noch recht weit voneinander entfernt, braucht man kaum Kraft, sie etwas näher zusammenzurücken. Sind sie aber schon sehr nahe aneinander, dann wird die Kraft so groß, dass wir es - gedanklich - mit unserer Muskelkraft nicht mehr hinbekommen. Das ist spürbar der Coulombwall.

Eine Lösungung wäre es, die beiden Protonen mit viel Schwung aufeinander hin zu bewegen. Wie man mit Schwung zwei musikalische Becken aufeinander klatschen lässt, so kann man die zwei Protonen mit viel Schwung aufeinander zu bewegen. Und plötzlich hat man den Coulombwall überwunden. Sofort beginnen sich die zwei Protonen stark anzuziehen. Sie bilden ab dann einen stabilen Atomkern aus zwei Protonen.

Die Rolle der Kernkräfte

Zwischen Protonen untereinander, aber auch zwischen Neutronen und Protonen wirken die sogenannten Kernkräfte. Diese Kernkräfte wirken stark anziehend - immer. Aber sie verlieren mit der Entfernung sehr schnell an Stärke. Sind zwei Protonen sehr nahe aneinander, gewinnen die Kernkräfte gegenüber der Coulombkraft, die Protonen ziehen sich an. Sind die Protonen aber etwas weiter voneinander entfernt, sind die Kernkräfte deutlich schneller schwächer geworden als die Coulombkräfte. Ab einem gewissen Abstand gewinnen die Coulombkräfte. Sie würden dann die Protonen mit hoher Geschwindigkeit auseinander treiben. Siehe mehr unter Kernkräfte ↗

Die Idee der Kernenergie

Der Coulombwall ist auch Teil des Verständnisses davon, wie man aus einer Spaltung von Atomkernen Energie gewinnen kann. Hier geht man gedanklich zunächst davon aus, dass im Kern viele Protonen versammelt sind. Die Neutronen im Kern sind elektrische neutral und spielen für den Kern des Gedankens keine wesentliche Rolle. Wenn es nun gelingt, Blöcke aus Protonen so weiter voneinander zu entfernen, dass die abstoßende Coulombkraft gegenüber den anziehenden Kernkräften überwiegt, dann würden diese Brocken mit enormer Kraft auseinander getrieben. Sie würden mit riesiger Geschwindigkeit und damit auch mit riesiger Wucht oder kinetischer Energie in die Umgebung fliegen. Und dort könnten sie dann mit ihrer großen kinetischen Energie auch großen Schaden anrichten. Sind es nur wenige Teilchen, so kann der Schaden in der Zerstörung von Molekülbindungen in lebenden Zellen bestehen. Sind es ausreichend viele Teilchen, so kann der Schaden sich als Verbrennung oder Explosion bemerkbar machen. Siehe mehr zu diesem Gedanken im Artikel zur Kernspaltung ↗