Neutronenüberschuss

Neutronenüberschuss bezeichnet die Differenz N − Z zwischen der Zahl der Neutronen und der Zahl der Protonen in einem Atomkern. Er kann auch relativ zum Gesamtteilchenzahl A ausgedrückt werden, etwa als N − Z oder als das Verhältnis N/Z bzw. als der Asymmetrie-Parameter δ = (N − Z)/A. In stabilen Kernen nimmt der N/Z-Wert mit steigender Ordnungszahl zu; leichte Kerne haben nahezu gleich viele Neutronen und Protonen, während schwere Kerne tendenziell mehr Neutronen benötigen, um die Coulombabstoßung zu kompensieren. Ein Überschuss gegenüber der Stabilitätslinie wird als neutronenreich bezeichnet.

Der Neutronenüberschuss beeinflusst die Bindungsenergie eines Kerns erheblich. In der verbreiteten semi-empirischen Massformel B = a_v A − a_s A^{2/3} − a_c Z(Z−1)/A^{1/3} − a_a (N−Z)^2/A + δ wirkt der asymmetrische Term −a_a (N−Z)^2/A der Zersetzung der Bindungsenergie durch Ungleichgewicht von Neutronen und Protonen entgegen. Größere Abweichungen von N = Z vermindern demnach die Stabilität eines Kerns. Entsteht ein Überschuss, treten meist β−-Zerfälle auf, bei denen ein Neutron in ein Proton umgewandelt wird und ein Elektron sowie ein Antineutrino emittiert werden, bis das System stabiler wird.

In der Astrophysik spielt Neutronenüberschuss eine zentrale Rolle bei der Nukleosynthese in neutronenreichen Umgebungen wie explosiven Stellarereignissen oder Neutronensternverschmelzungen (r-Prozess). Hier entstehen stark neutronenreiche Zwischenisotope, die nach Abkühlung und Zerfällen zu schweren Elementen zerfallen. Der Begriff ist eng verbunden mit dem Konzept der Neutronen-Drip-Linie, jenseits derer zusätzliche Neutronen nicht mehr gebunden werden können.