Um es gleich vorwegzunehmen: Auch wenn der Begriff "Kernspin" etwas Gefährliches oder gar einen Zusammenhang mit Kernenergie und Radioaktivität vermuten lässt, besteht dieser in keinem Fall.
Kernspin - das Grundwissen erklärt
- Atome sind - im Gegensatz zur Vermutung der alten Griechen - nicht unteilbar, sondern besteht aus einem Atomkern, der positiv geladen ist und nahezu die gesamte Masse des Kerns hat, sowie den negativ geladenen Elektronen, die diesen Atomkern auf speziellen Bahnen umkreisen. Soweit jedenfalls das klassische Modell.
- Allerdings haben Atomkern und Elektronen außer ihrer Ladung noch eine weitere interessante Eigenschaft: Sie haben nämlich einen Spin.
- Das Wort "Spin" ist hierbei aus dem Englischen entlehnt, dort bedeutet "to spin" so viel, wie "sich um sich selbst drehen".
- Atomkern und auch jedes Elektron drehen sich also um sich selbst.
- Dementsprechend haben Elektronen einen Elektronenspin und Atomkerne einen Kernspin.
- Im klassischen Bild erzeugt eine rotierende Ladung, egal, ob Elektron oder Atomkern, ein (kleines) Magnetfeld. Jedes Elektron mit Spin und jeder Atomkern mit Kernspin verhält sich also wie ein kleiner Magnet und lässt sich durch äußere Magnetfelder beeinflussen.
Positronen sind die Antiteilchen zu den gewöhnlichen Elektronen. Positronenstrahlung lässt sich …
Kernspin und Elektronenspin - die Anwendungen
- Gerade die letzte Eigenschaft, nämlich sich wie ein kleiner Magnet zu verhalten, wird im Anwendungsbereich vielfältig genutzt.
- Elektronen und auch Atomkerne lassen sich - bedingt durch ihren Spin - in äußeren Magnetfeldern ausrichten.
- Bei der Kernspintomographie beispielsweise werden die Atomkerne des Wasserstoffs aufgrund ihres Kernspins bzw. magnetischen Verhaltens in einem äußeren (starken) Magnetfeld ausgerichtet.
- Ein gezielter Energieschub durch elektromagnetische Strahlung klappt diese Ausrichtung um. Das Zurückspringen in die ursprüngliche Ausrichtung wird vom Atomkern als Signal gesendet und für die Bildgebung ausgewertet.
- Soweit jedenfalls ein sehr einfaches Bild zu dieser Untersuchungsform, die mit radioaktiver Belastung rein gar nichts zu tun hat. Auch dies mag ein Grund sein, warum diese bildgebende Untersuchung nun Magnetresonanztomographie genannt wird.
- Auch der Elektronenspin könnte zu interessanten Anwendungen führen, nämlich bei der Datenverarbeitung und -speicherung. So könnten die beiden Zustände "gegen" und "mit" einem äußeren Feld die Zustände "1" und "0" repräsentieren. Vorteil sind enorm kleine Schaltzeiten.
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