Atombau 3

Das Kern-Hülle-Modell

Rutherfords Idee		England - irgendwann um 1910. Ein Forscher namens RUTHERFORD langweilt sich. Daher kommt er auf die Idee: "Ist das Rosinenkuchenmodell meines Physik-Lehrers THOMSON eigentlich richtig? Wie könnte man das beweisen?" Wenn Atome so ähnlich aufgebaut sind, wie das Rosinenkuchenmodell vorhersagt, dann müssten kleinste Teilchen, wenn man sie mit hoher Geschwindigkeit auf eine Schicht solcher Atome schießt, zum größten Teil reflektiert werden. So gut wie keine Teilchen dürften diese Atomschicht durchdringen. Also entsann RUTHERFORD seinen genialen Versuch. Er verwendete eine Goldfolie, die so dünn war, dass sie nur aus 400 Atomschichten bestand. Gold ist übrigens das einzige Metall, das man so dünn auswalzen kann. Jetzt brauchte RUTHERFORD nur noch irgendwelche kleinsten Teilchen, die er mit hoher Geschwindigkeit auf die Goldatome schießen konnte. Er entschied sich für die Alpha-Strahlen, die man gerade entdeckt hatte. Alpha-Strahlen bestehen aus kleinsten, positiv geladenen Heliumionen, und zudem ist alpha-Strahlung radioaktiv und hinterlässt schwarze Flecken auf einem photographischen Film und helle Flecken auf einem Leuchtschirm. Damit konnte man sie also sehr leicht nachweisen. RUTHERFORD baute dann seine Versuchsapparatur zusammen: links ein hohler Bleiwürfel mit einem Stück Radium drin. Durch ein kleines Loch in einer Würfelwand konnte die Radioaktivität entweichen. Die Strahlung bestand aus alpha, beta- und gamma-Strahlen. RUTHERFORD konnte aber nur die alpha-Strahlung gebrauchen, also filterte er sie heraus. Wie er das machte? Ganz einfach, mit Hilfe eines elektrischen Feldes. Die alpha-Strahlung wurde vom Minuspol angezogen, die beta-Strahlung vom Pluspol, und die gamma-Strahlung gar nicht. Dann positionierte er die Goldfolie so, dass sie der alpha-Strahlung ausgesetzt war. Hinter die Goldfolie und auch drumherum platzierte er einen photographischen Film, damit er später nachschauen konnte, wo denn die Strahlung überall einschlug. Was erwartete RUTHERFORD nun von dem Versuch? Wenn ein Atom so aufgebaut ist, wie von THOMSON postuliert, denn müsste der größte Teil der Strahlung von den Atomen reflektiert werden. Und wie sah das Versuchsergebnis aus? Abbildung 3: Der Rutherfordsche Streuversuch, schematisch dargestellt. Völlig anderes, allerdings nicht gerade unerwartet, denn eigentlich hatte RUTHERFORD damit gerechnet, dass die Atome nicht so aufgebaut sind wie Rosinenkuchen. Der größte Teil der Alpha-Strahlung durchdrang die immerhin 400 Schichten dicke Goldfolie. Direkt gegenüber dem Alpha-Strahler konnte RUTHERFORD die meisten Einschläge in den photographischen Film zählen. Links und rechts daneben auch einige wenige. Folgerung: die Alpha-Strahlung ging durch die 400 Atomschichten wie eine Bleikugel durch weiche Butter (nicht gerade sehr wissenschaftlich formuliert!). Weitere Folgerung: Die Atome waren innen ziemlich hohl. Sie bestanden quasi aus nichts. Ein paar wenige Alpha-Teilchen wurden aber abgelenkt, und ein noch kleinerer Teil wurde sogar direkt reflektiert. Das heißt, irgendwo musste etwas in dem Atom sein, was in der Lage ist, positive Teilchen abzulenken oder sogar zu reflektieren. Fakt war aber auch, dass Atome positive und negative Ladungen enthalten - da hatte THOMSON schon ganz recht. Wie konnte man nun die neuen Beobachtungen mit THOMSONs Atommodell in Einklang bringen? Nach RUTHERFORDs Vorstellungen befand sich die gesamte positive Ladung des Atoms in einem extrem winzigen Atomkern konzentriert. Die negative Ladung - in Form von Elektronen - schwirrte dagegen in der Atomhülle herum. Daher sprach man auch vom Kern-Hülle-Modell. Genauere Messungen ergaben dann, dass der Atomkern 10.000 mal kleiner ist als das gesamte Atom. Das muss man sich mal vorstellen! Wenn der Atomkern also durch einen Kirschkern dargestellt würde (Durchmesser vielleicht 5 mm), so müsste das entsprechende Atom 50 Meter Durchmesser haben! Die Versuchsergebnisse des RUTHERFORDschen Streuversuchs (wie der Versuch jetzt auch genannt wird) lassen sich so ganz einfach erklären. Die meisten alpha-Teilchen flogen einfach durch das große Atom durch, ohne dem winzigen Atomkern auch nur nahe zu kommen. Einige wenige alpha-Teilchen kamen doch in die Nähe des Atomkerns und wurden mehr oder weniger stark abgelenkt. Und nur ein paar alpha-Teilchen trafen genau auf den Atomkern und wurden reflektiert.		Abbildung 1: Ernest Rutherford (1871 - 1937) Abbildung 2: Joseph John Thomson (1856 - 1940)
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