Kernmasse

Kernmasse ist die Ruhemasse eines Atomkerns mit der Massenzahl A und der Ordnungszahl Z. Sie ist die intrinsische Masse des Kerns und gehört zu den fundamentalen Eigenschaften eines Elements. Die Kernmasse unterscheidet sich von der Summe der Masse der einzelnen Kernbausteine (Protonen und Neutronen) aufgrund der Bindungsenergie, die den Kern zusammenhält. Diese Differenz wird als Massendefekt bezeichnet und steht in direktem Zusammenhang mit der Bindungsenergie über die Gleichung E = mc².

Die Kernmasse wird meist in Einheiten der Atommasseu (u) oder in Energieeinheiten (MeV/c²) angegeben. 1 u entspricht etwa 931,494 MeV/c². Die Beziehung zwischen Kernmasse M(A,Z), den Massen der Protonen und Neutronen sowie der Bindungsenergie B lautet: M(A,Z) c² = Z m_p c² + N m_n c² − B(A,Z), wobei N = A − Z die Neutronenzahl ist. Der Massendefekt Δm = B/c² entspricht der Differenz zwischen der Summe der Nukleonenmassen und der Kernmasse.

Messmethoden und Anwendungen: Die Kernmasse wird durch Massenspektrometrie von Atom- oder Ionenproben bestimmt, häufig mittels Penning-Falentransport oder FT-ICR-Techniken. Kernmassen sind zentral für die Bestimmung von Reaktionsenergie (Q-Werte) in Kernprozessen wie Spaltung, Fusion und Zerfall. Die Bindungsenergie pro Nukleon liegt im Bereich von etwa 7 bis 8 MeV, mit besonderen Spitzen bei Leicht- und Heliumkernen. Theoretisch lässt sich die Bindungsenergie annähern durch die Bethe-Weizsäcker-Masseformel, die Volumen-, Oberflächen-, Coulomb-, Asymmetrie- und Paarungsanteile berücksichtigt.