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2025-11-24T23:00:04Z

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'''Kernphotoeffekt''' (Bezeichnung in der [[Strahlenphysik]]) oder '''Photodesintegration''' (Bezeichnung in der [[Astrophysik]]) sind durch Stoß eines [[Photon]]s ausgelöste [[Kernreaktion]]en, bei denen aus dem [[Target (Physik)|Targetkern]] ein oder einige wenige Bestandteile „herausgeschlagen“ werden, z. B. ein oder zwei [[Neutron]]en, ein [[Proton]] oder auch ein [[Alphastrahlung|Alphateilchen]] (d. h. ein [[Helium]]-4-[[Atomkern]]). Die Bezeichnung wurde wegen der begrifflichen Ähnlichkeit mit der [[Photoelektrischer Effekt#Photoionisation|Photoionisation]] in der [[Atomhülle]] gewählt; letztere wird in der Fachsprache der Kernphysik meistens einfach „Photoeffekt“ genannt.

In der für Kernreaktionen üblichen kurzen Schreibweise handelt es sich also um <math>~(\gamma,\mathrm{n})</math>-, <math>~(\gamma,\mathrm{2n})</math>-, <math>~(\gamma,\mathrm{p})</math>- oder <math>~(\gamma,\alpha)</math>-Reaktionen.

Die Energie des Photons muss mindestens der [[Bindungsenergie]] des am schwächsten gebundenen [[Nukleon]]s im Kern entsprechen, damit der Effekt stattfindet. Die notwendige Energie für eine <math>~(\gamma,n)</math>-Reaktion mit [[Deuterium]] <math>(^2\mathrm{H}) </math> beträgt 2,225 [[Elektronenvolt#Dezimale Vielfache|MeV]], was ein eher geringer Wert ist. Die Gammastrahlung aus dem Zerfall einiger Radionuklide reicht aus, diesen Schwellenwert – oder den noch niedrigeren in <sup>9</sup>Be – zu überschreiten, was man sich in Gamma-[[Neutronenquelle]]n zunutze macht.

== Medizinischer Strahlenschutz ==
Der Kernphotoeffekt tritt im Energiebereich oberhalb 2,18 MeV auf und spielt im [[Strahlenschutz]] in der Medizin eine bedeutende Rolle.
In der klassischen Photonen-[[Strahlentherapie]] arbeitet man mit Energien bis zu 18 MeV. Zwischen [[Target (Physik)#Strahlentherapeutische Targets|Strahlenquelle]] und Patient befindet sich Raumluft, die durch den Kernphotoeffekt [[Radioaktivität|radioaktiv]] wird. Hierbei handelt es sich um kurzlebige [[Radionuklid]]e. Um das [[Medizinisch-technischer Assistent#Radiologie|medizinische und technische Personal]] vor dieser Strahlung zu schützen, werden Luftabsaugeinrichtungen verwendet, welche von außen zu überwachen sind. Da die [[Halbwertszeit]] der Radionuklide gering ist, betrifft diese [[Strahlenexposition]] Personen nach dem Verlassen des Strahlenschutzbunkers nicht mehr.<ref>Hanno Krieger: ''Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes.'' 4. Aufl., ISBN 3834818151</ref>

== Astrophysik ==
Die Photodesintegration bewirkte kurz nach dem [[Urknall]] die Zerstörung von gerade erst entstandenen [[Deuterium]]kernen (siehe [[Nukleosynthese]]). Sie spielt aber auch laufend eine Rolle in [[Stern]]en von mehr als acht [[Sonnenmasse]]n, die die Phase des [[Neonbrennen]]s erreicht haben:<ref>{{Literatur | Autor=W. Rapp, J. Görres, M. Wiescher, H. Schatz, F. Käppeler | Titel=Sensitivity of p-Process Nucleosynthesis to Nuclear Reaction Rates in a 25 M☉ Supernova Model | Sammelwerk=[[The Astrophysical Journal]] | Band=653 | Jahr=2006 | Seiten=474–489 | DOI=10.1086/508402}}</ref>

:<math>^{20}\mathrm{Ne} + \gamma \rightarrow\, ^{16}\mathrm{O} +\, ^{4}\mathrm{He}</math>

Beim [[Siliciumbrennen|Siliziumbrennen]], der letzten Brennphase eines Sterns, sind folgende Photodesintegrationen möglich:

:<math>^{28}\mathrm{Si} + \gamma \rightarrow\, ^{27}\mathrm{Al} +\,\mathrm{p} </math>

:<math>^{28}\mathrm{Si} + \gamma \rightarrow\, ^{24}\mathrm{Mg} +\, ^{4}\mathrm{He}</math>

== Kernreaktoren ==
Da in Kernreaktoren sowohl große Mengen Gammastrahlung als auch entsprechend geeignete Atomkerne (hauptsächlich [[Deuterium]]) vorhanden sind, spielt Photodesintegration eine gewisse Rolle bei der Erzeugung von [[verzögerte Neutronen|verzögerten Neutronen]]. Bei herkömmlichen [[Leichtwasserreaktor]]en ist dieser Effekt begrenzt, beim [[CANDU]] aufgrund der Verwendung von schwerem Wasser als Kühlmittel und Moderator jedoch ein wichtiges Designelement.<ref>https://www.nuclear-power.com/nuclear-power/fission/delayed-neutrons/photoneutrons/</ref> Da in Kühlwasser von Leichtwasserreaktoren durch [[Neutroneneinfang]] der Anteil an Deuterium nach und nach steigt, liefert „altes“ Kühlwasser mehr Photoneutronen als „neues“.

== Photon-induzierte Kernspaltung ==

Ein verwandter Effekt ist die durch ein Photon ausgelöste [[Kernspaltung]]. Man spricht von [[Photospaltung]] (engl. ''photofission'').

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Kernphysik]]
[[Kategorie:Astrophysik]]

Kernphotoeffekt - Versionsgeschichte

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