Neutron

Bild: © iStockphoto.com/ sironpeNeutronen zählen zu den elektrisch neutralen Teilchen. Zusammen mit den Protonen sind sie Bestandteil des Atomkerns und sorgen dafür, dass dieser stabil bleibt. Hierbei ist das Verhältnis von positiv geladenen Protonen zu neutral geladenen Neutronen von großer Bedeutung, da ein Atomkern allein aus Protonen u.a. aufgrund deren positiver Ladung instabil wäre.

Anzahl von Neutronen in einem Atomkern
Wie viele Neutronen ein Atom besitzt, lässt sich relativ leicht berechnen. Jedes Element des Periodensystems besitzt eine sogenannte Massezahl. Diese gibt Aufschluss über die Gesamtzahl von Protonen und Neutronen im Atomkern. Die Anzahl der Protonen im Atomkern wird durch die Ordnungszahl angegeben. Zieht man also von der Massezahl die Ordnungszahl ab, erhält man die Anzahl der Neutronen (Beispiel Uran: Uran-235 – Ordnungszahl 92 = 143 Neutronen).

Freie Neutronen
Ist ein Neutron nicht Bestandteil eines Atomkerns, bezeichnet man es als „freies Neutron“. Freie Neutronen sind instabil und zerfallen – bei einer Halbwertszeit von ca. 10 Minuten – in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. Diese Art des Zerfalls bezeichnet man als „Beta-Zerfall“.
Der Beta-Zerfall tritt jedoch nicht nur bei freien Neutronen, sondern auch bei in Atomkernen gebundenen Neutronen auf. Dies ist aber nur dann möglich, wenn die Neutronenzahl im Kern so groß ist, dass seine Stabilität durch die Umwandlung des Neutrons in ein Proton gefestigt wird. Freie Neutronen lassen sich z.B. durch Kernspaltung gewinnen.

Gezielter Einsatz von Neutronen
Neutronen können verschiedenartig eingesetzt werden. Hier zwei Beispiele:

1. Kernenergie
In der Kernenergie werden Neutronen gezielt eingesetzt, um Atomkerne zu spalten. Die bei der Spaltung freigesetzte Energie wird im Kernkraftwerk in elektrischen Strom umgewandelt.

2. Materialforschung
In der Materialforschung wird Neutronenstrahlung aus Forschungsreaktoren zur zerstörungsfreien Untersuchung von Werkstoffen oder Gegenständen genutzt. Der Einsatz von Neutronenstrahlung erlaubt dabei einen Einblick tief in das Innere der Objekte, ihre Beschaffenheit und Herstellung. Diese zerstörungsfreie Untersuchung wird beispielsweise in der Industrie oder der Archäologie eingesetzt.

Auswirkung von Neutronenstrahlung
Neutronenstrahlung hat Auswirkungen auf Mensch und Materie. Die Bestrahlung eines Menschen kann sich z.B. schädlich auf dessen Gesundheit auswirken. Neutronenstrahlung beeinflusst aber auch die Materialeigenschaften von Stoffen (z.B. Metall). In Kernkraftwerken kann die bei der Spaltung anfallende Neutronenstrahlung je nach Bau- und Betriebsart bei sehr langen Betriebszeiten zu einer Materialalterung des Reaktordruckbehälters führen.