Deuteron


Deuteron

Deuteron (d)

Eigenschaften
Ladung e
(+1,602 · 10−19 C)
Masse 2,013 553 212 724(78) u
3,343 583 20(17)·10-27 kg
3670,482 9654(16) · me
1875,612 793(47) MeV/c2
magnetisches Moment 0,433 073 465(11)·10-26 J / T
g-Faktor 0,857 438 2308(72)
SpinParität 1+
Isospin 0 (z-Komponente 0)
mittlere Lebensdauer stabil

Als Deuteron (von griechisch δεύτερος deúteros „der Zweite“) wird der Atomkern, also das einfach positiv geladene Kation, des schweren Wasserstoff-Isotops Deuterium 2H bezeichnet. Sein Symbol ist d oder auch 2H+. Das Deuteron besteht aus einem Neutron und einem Proton.

Deuteronen spielen eine Rolle bei Kernfusionsreaktionen, wie sie in Sternen und auch in zukünftigen Fusionsreaktoren ablaufen. Sie entstehen als Zwischenprodukt bei der Proton-Proton-Reaktion:

$ \mathrm{p + p \rightarrow d + e^+ + \nu_e + 0{,}42\,MeV} $
Zwei Protonen fusionieren zu einem Deuteron. Dabei entstehen ein Positron, ein Elektron-Neutrino und Energie.

Die Atomkerne der anderen wichtigen Wasserstoff-Isotope 1H (Protium) und 3H (Tritium) nennt man Proton bzw. Triton, die Sammelbezeichnung für die Kationen ungeachtet ihrer Kernmasse ist Hydron.

Kernphysikalische Betrachtung

Die Bindungsenergie des Deuterons beträgt 2,225 MeV. Da das Deuteron das einfachste gebundene Nukleonensystem ist, wird es gerne zur Analyse der Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung verwendet. Sein Spin lässt sich aus Hyperfeinstrukturbeobachtungen zu 1 bestimmen und seine Parität ist positiv. Da sein Quadrupolmoment nicht verschwindet, kann der Kern nicht rund sein, also kein reiner S-Zustand mit Bahndrehimpuls l = 0. Da aus Paritätsgründen (Parität geht mit (-1)l) nur geradzahlige Bahndrehimpulse erlaubt sind, andererseits aus Kernspin-Messungen jedoch I = 1 bekannt ist, muss folglich ein D-Zustand mit l = 2 beigemischt sein. Die Wellenfunktion des Deuterons lässt sich also darstellen als:[1]

$ |\psi_d\rangle=0,98\cdot|^3S_1\rangle + 0,20\cdot|^3D_1\rangle. $

Mittels Kernspinresonanz lässt sich zudem das magnetische Moment zu µ = 0,8574µN bestimmen; dabei ist µN das Kernmagneton.

Literatur

  • Theo Mayer-Kuckuk: Kernphysik. Eine Einführung. Teubner, Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden ISBN 3-519-13223-0
  • Bogdan Povh et al.: Teilchen und Kerne. Springer, Berlin Heidelberg 2006, ISBN 9783540366850 .

Weblinks

Einzelnachweise

  1.  Klaus Bethge, Gertrud Walter, Bernhard Wiedemann: Kernphysik: Eine Einführung. Springer, 2007, ISBN 978-3540745662, S. 282 (http://books.google.com/books?id=1U-OEqsOYykC&lpg=PA282&ots=h5EzplJIm_&pg=PA282#v=onepage&q&f=false, abgerufen am 15. März 2011).