Massendefekt

Massendefekt bezeichnet in der Kernphysik die Differenz zwischen der Summe der Massen der einzelnen Nukleonen (Protonen und Neutronen) im Kern und der tatsächlichen Kernmasse. Der Massendefekt Δm ergibt sich aus Δm = Z m_p + N m_n − M(Z,N), wobei Z die Ordnungszahl, N die Zahl der Neutronen, m_p und m_n die Massen der Protonen bzw. Neutronen und M(Z,N) die Masse des Kerns. Die Differenz wandelt sich bei der Kernbindung in Energie um: B = Δm c^2, der Bindungsenergie des Kerns. Entsprechend ist der Kern schwerer oder leichter, als die Summe seiner Nukleonen; der Kern besitzt immer eine geringere Masse als die Summe seiner Bestandteile (Δm > 0).

Der Massendefekt erklärt die Stabilität von Kernen und die Energie, die freigesetzt wird, wenn Kerne gespalten oder fusioniert werden. Die Bindungsenergie pro Nukleon steigt bis zum Mittelgewicht Iron-56 und liegt bei etwa 8,7–8,8 MeV; damit ist Fe-56 besonders stabil. Totale Bindungsenergien liegen je nach Kern in Hunderten von MeV, das entspricht einem Massendefekt von rund 0,5 u bei größeren Kernen, entsprechend großen Energieäquivalenten.

Messung und Bedeutung: Der Massendefekt wird durch präzise Kern- bzw. Atommassebestimmungen erfasst, oft mithilfe von Massenspektrometrie oder Penning-Feld-Massenspektrometern. In der Praxis wird der Kernmassewert mit dem Massensystem der Atommasseeinheit u ausgedrückt; der Zusammenhang zwischen Δm und B ermöglicht die Bestimmung der Bindungsenergie. Das Konzept ist grundlegend für Kernreaktionen, Kernfusion, Spaltung und Nukleosynthese.