Als Massendefekt bezeichnet man in der Kernphysik den Masseunterschied zwischen der tatsächlichen Masse eines Atomkerns und der stets größeren Summe der Massen der in ihm enthaltenen Nukleonen (Protonen und Neutronen).

Der Massendefekt stellt scheinbar eine Verletzung des klassischen Massenerhaltungssatzes dar, lässt sich aber durch die von Albert Einstein erkannte Äquivalenz von Masse und Energie E = mc² erklären. Der Massendefekt ist demnach identisch mit der Kernbindungsenergie der Nukleonen, die durch die so genannte starke Wechselwirkung beschrieben wird. Je höher in einem Atomkern der Massendefekt, also die Kernbindungsenergie pro Nukleon ist, desto stabiler ist der Atomkern, da umso mehr Energie zu seiner Zerlegung aufgewendet werden muss.

Das Maximum des Massendefekts pro Nukleon liegt im Periodensystem bei Atomen, deren Atomkern aus 56 Nukleonen besteht. Die dort angesiedelten Isotope lassen sich also nicht ohne Energiezufuhr spalten oder fusionieren.

Elemente, deren Massendefekte unterhalb dieses Maximums liegen, lassen sich zur Energiegewinnung durch Kernfusion (Kernverschmelzung) oder Kernspaltung ausnutzen. Die Energie lässt sich dabei immer „in Richtung des Maximums“, also mit ansteigender Kurve gewinnen, da die Energiedifferenz zur Energiegewinnung positiv sein muss. Links des Maximums sind Elemente geringerer Massenzahl wie zum Beispiel Wasserstoff vertreten, was Kernfusion möglich macht. Rechts des Maximums, also mit Elementen höherer Massenzahl wie zum Beispiel Uran, ist hingegen die Kernspaltung energiebringend. Da die Kurve links des Maximums weitaus steiler ansteigt, lässt sich durch Kernfusion mehr Energie freisetzen als durch Kernspaltung.

Berechnung des Massendefekts

Der Massendefekt eines Nuklids ergibt sich aus der Differenz der Masse seiner Protonen (Protonenanzahl Z) und Neutronen (Neutronenanzahl N) und seiner tatsächlichen Kernmasse m_k:

$\backslash Delta\; m\; =\; (Z\; m\_\backslash mathrm\{p\}\; +\; N\; m\_\backslash mathrm\{n\})\; -\; m\_\backslash mathrm\{k\}$

Beispiel zum Massendefekt

Die Masse eines Protons beträgt 1,007276 u, die eines Neutrons 1,008665 u. Der Kern des Heliumisotops ⁴He besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Diese wiegen zusammen 4,03188 u, der ⁴He-Kern jedoch nur 4,00151 u, d. h., dass der Massendefekt hier etwa 0,8% der Ausgangsmasse beträgt.

Siehe auch

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• Atommasse
• Bindungsenergie
• Massenspektroskop
• Tröpfchenmodell
• Bethe-Weizsäcker-Formel

Weblinks

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• http://www.roro-seiten.de/physik/kerne/bindungsenergie_pro_nukleon.html -- Diagramm der Bindungsenergie pro Nukleon

Kernphysik

Mass defect | 質量欠損