koolstofkernen

Koolstofkernen zijn de kernen van koolstofatomen en bestaan uit 6 protonen. Het totale aantal neutronen bepaalt de isotope. De belangrijkste isotopen zijn koolstof-12 (12C) en koolstof-13 (13C), beide stabiel, en koolstof-14 (14C), een radioactieve isotope met een halveringstijd van circa 5730 jaar. In natuurlijke koolstof komen vooral 12C en 13C voor; 14C wordt in veel mindere mate aangetroffen en wordt gebruikt voor radiokoolstofdatering.

Fysische kenmerken van koolstofkernen omvatten een kernlading van 6 en een nucleonental dat varieert per isotope. De bindingsenergie per nucleon ligt voor de belangrijkste isotopen rond de 7,6 MeV. 12C en 13C zijn stabiel; 14C ondergaat β-verval naar stikstof-14. De samenstelling van koolstofkernen heeft invloed op chemische eigenschappen en op hoe koolstof in kernfysische experimenten wordt bestudeerd.

Nucleosynthese en kosmos: in sterren ontstaat koolstof voornamelijk via het drie-α-proces, waarbij drie heliumkernen fuseren tot koolstof-12. Koolstofkernen dienen als bouwstenen voor zwaardere elementen en spelen een cruciale rol in de chemische evolutie van sterren en planeten. In de aardatmosfeer wordt 14C continu gevormd door kosmische straling die stikstof-14 omzet in koolstof-14; deze stof maakt radiokoolstofdatering mogelijk.

Toepassingen en onderzoek: koolstofkernen worden in kernfysica-onderzoek vaak gebruikt als doelwit of projectiel in botsingen. Isotopenanalyse van koolstof (waaronder 12C, 13C en 14C) is belangrijk in geochemie, biologie en archeologie, met radiokoolstofdatering als bekend voorbeeld.