Deuteron

Deuteron

Deuteron (d)

Eigenschaften [1]
Ladung e
(+1,602 · 10−19 C)
Masse 2,013 553 212 745(40) u
3,343 583 719(41) · 10−27 kg
3670,482 967 85(13) · me
1875,612 928(12) MeV/c2
magnetisches Moment 0,433 073 5040(36) · 10−26 J / T
g-Faktor 0,857 438 2311(48)
SpinParität 1+
Isospin 0 (z-Komponente 0)
mittlere Lebensdauer stabil

Als Deuteron (von altgriechisch δεύτερος deúteros „der Zweite“) wird der Atomkern des Deuteriums („Schweren Wasserstoffs“) bezeichnet. Sein Symbol ist d oder auch 2H+. Es besteht aus einem Proton und einem Neutron.

Deuteronen spielen eine Rolle bei Kernfusionsreaktionen in Sternen. Sie treten als Zwischenprodukt bei der Proton-Proton-Reaktion auf:

$ \mathrm{p + p \rightarrow d + e^+ + \nu_e + 0{,}42\,MeV} $
Zwei Protonen fusionieren zu einem Deuteron. Dabei werden ein Positron, ein Elektron-Neutrino und Energie freigesetzt.

Auch als Brennstoff zukünftiger Fusionsreaktoren werden Deuteronen benötigt.

Eine gemeinsame Bezeichnung für die Kationen der Wasserstoffisotope (Proton, Deuteron und Triton) ist Hydron.

Kernphysikalische Eigenschaften

Die Bindungsenergie des Deuterons beträgt 2,225 MeV. Da das Deuteron das einfachste gebundene Nukleonensystem ist, wird es gerne zur Analyse der Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung verwendet. Sein Kernspin lässt sich aus Hyperfeinstrukturbeobachtungen zu 1 bestimmen und seine Parität ist positiv. Es hat ein von Null verschiedenes Quadrupolmoment. Demnach kann der Kern nicht sphärisch, also kein reiner S-Zustand mit Bahndrehimpuls $ l $ = 0 sein. Da mit positiver Parität nur geradzahlige Bahndrehimpulse möglich sind (die Parität entspricht $ (-1)^l $), andererseits der Spin 1 beträgt, muss ein D-Zustand mit $ l $ = 2 beigemischt sein. Die Wellenfunktion des Deuterons lässt sich dementsprechend darstellen als:[2]

$ |\psi_d\rangle = 0{,}98\cdot|^3S_1\rangle + 0{,}20\cdot|^3D_1\rangle. $

Mittels Kernspinresonanz wurde das magnetische Moment zu µ = 0,8574µN bestimmt; µN ist das Kernmagneton.

Beschleunigte Deuteronen

Die durchschnittliche Bindungsenergie eines Nukleons in einem Atomkern beträgt etwa 8 MeV. Die genannte Bindungsenergie des Deuterons ist im Vergleich dazu relativ klein. Das erklärt, warum sich mit Deuteronen, die in einem Teilchenbeschleuniger auf eine kinetische Energie von z. B. einigen MeV gebracht wurden, leicht Kernreaktionen der Typen (d,n) und (d,p) (Strippingreaktionen) sowie (d,np) (Deuteronen„aufbruch“) auslösen lassen. Darauf beruhen verschiedene Neutronenquellen, beispielsweise auch die geplante hochintensive Quelle IFMIF.

Literatur

Einzelnachweise

  1. Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus der Veröffentlichung der CODATA Task Group on Fundamental Constants: CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 25. Juli 2015 (englisch). Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes. Diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
  2. Klaus Bethge, Gertrud Walter, Bernhard Wiedemann: Kernphysik: Eine Einführung. Springer, 2007, ISBN 978-3-540-74566-2, S. 282 (google.com [abgerufen am 15. März 2011]).

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