Ebenso wie der Aufbau der Atome durch verschiedene Atommodelle beschrieben werden kann, kann man den Atomkern mit verschiedenen Kernmodellen beschreiben und verstehen. Da man den Aufbau von Atomkernen auch heute noch nicht vollständig verstanden hat, kann keines dieser Modelle beanspruchen das heutige Wissen über den Atomkern oder gar die wirklichen Verhältnisse vollständig widerzugeben.
Untersucht man die Ausdehnung von Atomkernen in Abhängigkeit von ihrer Massenzahl so stellt man fest, dass das Volumen pro Nukleon (Kernteilchen) beinahe konstant ist, Kernmaterie hat also eine nahezu konstante Dichte. Die Eigenschaft eine konstante Dichte zu haben kennt man in der klassischen Physik von Flüssigkeiten. Man kann sich den Kern also als einen winzigen Tropfen aus Kernmaterie vorstellen.
Das Tröpfchenmodell ist für sehr große Kerne am besten geeignet. In diesen spielt ein einzelnes Nukleon keine große Rolle. Die Kerne können wie Tropfen zu Schwingungen angeregt werden und bei starken Schwingungen zerbrechen. Für kleine Kerne mit nur wenigen Nukleonen ist das Tröpfchenmodell dagegen zu grob. Hier spielen die quantenmechanischen Interaktionen zwischen den einzelnen Teilchen eine große Rolle.
Das Tröpfchenmodell beschreibt auch sehr gut die Tatsache, dass die Nukleonen im Kern keine festen Plätze einnehmen sondern sich recht frei bewegen können. Der Kern ist also kein festes Stück Materie, er ist ein dynamisches Gebilde.
Möchte man der Tatsache gerecht werden, dass Nukleonen keine klassischen Teilchen sondern Quantenobjekte sind, dann muss man ihre quantenmechanischen Eigenschaften in Betracht ziehen. Nukleonen haben einen halbzahligen Spin und sind damit Fermionen. Man erhält deshalb genauere Vorstellung vom Atomkern, wenn man ihn sich als ein quantenmechanisches Fermigas vorstellt. Ein Fermigas zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass nicht alle Teilchen in Ruhe sein können. Die Nukleonen haben zum Teil sehr hohe Bewegungsenergien, die für die Gesamtenergie der Kerns eine wichtige Rolle spielen.
Misst man die Stabilität von Atomkernen mit verschiedener Protonenanzahl oder Neutronenanzahl, dann fällt auf, dass es bestimmte Zahlen gibt, für die der Kern besonders Stabil wird. So sind Atomkerne mit 2, 8, 20, 28, 50, 82 oder 126 Neutronen oder Protonen deutlich stabiler als solche, die etwas mehr oder weniger Nukleonen haben. Diese Zahlen heißen in der Kernphysik auch magische Zahlen.
Die Beobachtung magischer Zahlen erinnert stark an die Stabilität der Elektronenhülle der Edelgase. Sowie man sich die Elektronen in Schalen um den Atomkern vorstellen kann, so scheinen auch die Nukleonen im Kern eine Schalenstruktur zu besitzen. Das kernphysikalische Schalenmodell ist also mit dem atomphysikalischen Schalenmodell verwandt.
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Letzte Änderung: 11.09.2004