9  Bindungsenergie

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Die Bindungsenergie ist wie die Energie des Photon eine faszinierende Eigenschaft, welcher zu wenig Bedeutung beigemessen wird. Ich glaube es liegt daran, dass in beiden Fällen die Erkenntnis wie es zu rechnen ist, gute 100 Jahre auf den Buckel hat. Bei der Bindungsenergie kommt noch dazu, dass diese einem uralten physikalischen Prinzip folgt. System mit weniger Energie sind stabiler. Daher verwundert es keinen Physiker, wenn sich mehrere Teilkomponenten zu einem System verbinden und Energie loswerden müssen um ein stabilen Zustand zu erreichen. Was mich daran fasziniert und warum gerade die Bindungsenergie ein gutes Beispiel für die Unbestimmtheit ist schauen wir uns mal genauer an. Bindungsenergie gibt es in alle Farben und Formen. Wir konzentrieren uns auf die zwei Beispiele im Atomkern und der Atomhülle.

Atomkern

In der Sonne wird Wasserstoff zu Helium fusioniert. Bei diesen Prozess wird Bindungsenergie freigesetzt. Die klassische Sichtweise ist, dass der Heliumkern eine stabileren Zustand darstellt und dieser immer mit einer niedrigeren Energie verbunden ist. Dabei wollen wir hier nicht die volle Komplexität des Prozesses beachten. Es geht uns nur darum, dass Energie abgegeben werden muss. Die Energiedifferenz wird in Form von Strahlung oder Teilchen abgegeben. In welcher Form die Energieabgabe erfolgt blenden wir hier auch aus.

Der bemerkenswerte Umstand dabei ist, dass es vorher 2 Protonen und 2 Neutronen waren und danach auch wieder sind und trotzdem haben diese 4 Bestandteile nach der Fusion weniger Energie als die gleichen Bestandteile vor der Fusion. Die Teilchen sind in allen Ihren Eigenschaften gleich. Es sind immer noch die identischen Teilchen wie vor der Fusion. Nur die Masse als Äquivalent der Energie ist im Verbund geringer. Wenn die Starke Kernkraft die Bauteile einfängt und einen Helium-Kern bildet gibt es eigentlich keinen Grund warum Energie abgegeben werden muss.

Aus der Unbestimmtheit wissen wir, das ein Teilchen und damit auch Proton und Neutron keine exakte räumliche Ausdehnung haben. Die übliche Darstellung als Kugel ist nur ein Bereich mit hoher Wahrscheinlichkeit für den Aufenthaltsort. Das Proton/Neutron kann mit wenigen Amplituden in einem kleinem Volumen oder mit mehr Amplituden in einen großen Volumen die gleiche Dichte/Energie haben. Die Darstellung ist nicht eindeutig. Wenn die Teilchen im Kern durch die Fusion dauerhaft eng aneinander liegen, überschneiden sich die Volumenbereiche. Bei gleicher Anzahl an Amplituden hat das Gesamtsystem weniger Volumen. Damit wird die DRD für den Atomkern erhöht. Aus Sicht der DP muss das Gesamtsystem Energie abgeben um auf den gleichen Energieniveau zu bleiben. Mit diese Sichtweise ergibt sich ein Grund für die Abgabe der Energie. Das System als Ganzes und die einzelnen Neutronen und Protonen wollen die Energie beibehalten. Die Schnittmenge der Einzelteile mindert das Volumen. Bei gleicher Anzahl an Amplituden aber weniger Volumen ergibt sich eine höhere Energie. Diese höhere DRD muss weg.
Wenn der Kern nun „zerlegt“ werden soll, so muss diese Energie wieder eingebracht werden, da sonst die einzelne Bestandteile wie Neutron und Proton zu wenig Energie haben.

Für die DP wird kein Energie abgegeben um ein niedrigeres und stabileres Niveau zu erreichen. Es wird Energie abgegeben um auf dem gleichen Niveau zu bleiben. Die Bindungsenergie steigt daher bei der Nukleonenzahl am Anfang stark an und flacht bei immer mehr Nukleonen ab. Sehen wir uns die folgende Grafik an.