Kernphysik: eine Einführung
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Berlin [u.a.]
Springer
2008
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| Series: | Springer-Lehrbuch
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Kästen zur Vertiefung....................................... xix
Glossar der Symbole......................................... xxi
1. Einleitung............................................... 1
1.1 Was ist Kernphysik?................................... 1
1.2 Ziele der kernphysikalischen Forschung................... 2
1.3 Historischer Überblick.................................. 5
1.4 Begriffe und Nomenklatur.............................. 27
2. Äußere Eigenschaften der Atomkerne.................... 33
2.1 Ladung der Atomkerne................................. 33
2.2 Masse der Atomkerne.................................. 33
2.3 Größe, Ladungsverteilung, Massenverteilung.............. 37
2.4 Übungen............................................. 45
3. Innere Eigenschaften von Atomkernen................... 47
3.1 Bindungsenergien - Tröpfchenmodell..................... 47
3.2 Spins................................................ 52
3.3 Elektrische und magnetische Momente................... 57
3.3.1 Magnetisches Dipolmoment....................... 59
3.3.2 Elektrisches Quadrupolmoment ................... 64
3.3.3 Experimentelle Methoden........................ 65
3.3.4 Die Spins und magnetischen
Alómente
von Proton und Neutron......................... 68
3.4 Parität............................................... 70
3.5 Anregungsenergien .................................... 71
3.6 Isospin............................................... 72
3.7 Übungen............................................. 74
4. Kernmodelle............................................. 77
4.1 Thomas-Fermi-Modell.................................. 78
4.2 Einzelteilchenmodell - Schalenmodell der Atomkerne....... 84
4.2.1 Einzelteilchenmodell in sphärischen Koordinaten .... 85
xvi Inhaltsverzeichnis
4.2.2 Einzelteilchenmodell in deformierten Potentialen .... 95
4.2.3 Teilchenkorrelationen............................ 95
4.3 Kollektive Kernmodelle ................................ 100
4.3.1 Kernrotationen.................................. 102
4.3.2 Kernvibrationen................................. 108
4.3.3 Kopplung von Einzelteilchen an die Kollektivbewegung 109
4.3.4 Riesenresonanzen................................ 109
4.4 Exotische Kerne....................................... 111
4.5 Übungen............................................. 114
5. Experimentelle Verfahren der Kernphysik............... 117
5.1 Energieverlust von Strahlung beim Durchgang durch Materie 117
5.1.1 Wechselwirkung geladener Teilchen................ 118
5.1.2 Elektromagnetische Strahlung in Materie........... 127
5.2 Messung kernphysikalischer Bestimmungsgrößen........... 134
5.2.1 Impulsmessung.................................. 135
5.2.2 Energiemessung................................. 140
5.2.3 Zeitmessung.................................... 149
5.3 Detektorsysteme ...................................... 153
5.4 Beschleuniger......................................... 156
5.4.1 Kaskadenbeschleuniger (Kaskadengenerator)........ 156
5.4.2 Bandgenerator.................................. 158
5.4.3 Zyklotron...................................... 159
5.4.4 Synchrotron.................................... 161
5.4.5 Linearbeschleuniger.............................. 163
5.4.6 Hochfrequenz-Quadrupol-Beschleuniger (RFQ)...... 165
5.5 Übungen............................................. 166
6. Streuprozesse und Kernreaktionen....................... 169
6.1 Erhaltungssätze....................................... 169
6.2 Wirkungsquerschnitt................................... 175
6.3 Wechselwirkungen zwischen Atomkernen................. 182
6.3.1 Streuprozesse................................... 183
6.3.2 Kernreaktionen................................. 192
6.3.3 Kernreaktionen bei hohen Energien................ 213
6.4 Übungen............................................. 218
7. Kernzerfalle - Radioaktivität............................ 221
7.1 Radioaktives Zerfallsgesetz ............................. 221
7.2 Alpha-Zerfall ......................................... 228
7.2.1 Protonen-Zerfall................................. 236
7.2.2
Cluster-Emission
................................ 238
7.3 Kernspaltung......................................... 239
7.4 Beta-Zerfall........................................... 244
7.4.1 Phänomenologie des Beta-Zerfalls................. 244
Inhaltsverzeichnis xvii
7.4.2 Systematik der Beta-Zerfälle...................... 248
7.4.3 Fermi-Theorie des Beta-Zerfalls................... 250
7.4.4 Neutrinos ...................................... 254
7.4.5 Beta-Zerfall in gebundene Zustände................ 259
7.4.6 Nichterhaltung der Parität im Beta-Zerfall.......... 261
7.5 Gamma-Übergänge, Multipolstrahlung................... 267
7.5.1 Kernisomerie ................................... 271
7.5.2 Konversionsprozesse............................. 272
7.6 Mößbauer-Effekt...................................... 273
7.7 Übungen............................................. 277
8. Kernkräfte .............................................. 281
8.1 Das Deuteron......................................... 281
8.2 Streuzustände......................................... 282
8.2.1 Streuzustände im Zwei-Nukleonensystem........... 282
8.2.2 Streuzustände zur Bestimmung
der Spin-Bahn-Wechselwirkung.................... 284
8.3 Das phänomenologische Kernpotential ................... 285
8.4 Vom Quark zum Kern ................................. 289
8.5 Der Nukleonenspin .................................... 294
8.6 Übungen............................................. 297
9. Anwendungen der Kernphysik........................... 299
9.1 Kernenergie........................................... 299
9.1.1 Kernkraftwerke................................. 300
9.1.2 Energiegewinnung aus Fusionsreaktionen........... 304
9.2 Astrophysik........................................... 310
9.2.1 Energieerzeugungszyklen in Sternen................ 311
9.2.2 Prozesse der Elemententstehung................... 313
9.3 Datierungen.......................................... 315
9.4 Festkörperphysik und Materialforschung.................. 318
9.4.1 Elementanalyse................................. 318
9.4.2 Strukturanalyse................................. 324
9.5 Medizin.............................................. 326
9.5.1 Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz..... 326
9.5.2 Szintigraphie.................................... 332
9.5.3 Tumortherapie.................................. 335
9.5.4 Positronen-Emissionstomographie................. 341
9.5.5 Kernspin-Tomographie
(MRT)
.................... 342
9.6 Übungen............................................. 349
10. Ausblick................................................. 351
A. Physikalische Konstanten................................ 355
xviii Inhaltsverzeichnis
B.
Nützliche Internet-Adressen............................. 357
C.
Lösungen zu den Übungen............................... 361
Literaturverzeichnis ......................................... 383
Originalliteratur........................................... 383
Lehrbücher und weiterführende Literatur ..................... 394
Sachverzeichnis.............................................. 397
Farbige Nuklidtafel.......................................... 411
Die schwersten Elemente und ihre Erzeugung................ 412
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Kästen zur Vertiefung. xix
Glossar der Symbole. xxi
1. Einleitung. 1
1.1 Was ist Kernphysik?. 1
1.2 Ziele der kernphysikalischen Forschung. 2
1.3 Historischer Überblick. 5
1.4 Begriffe und Nomenklatur. 27
2. Äußere Eigenschaften der Atomkerne. 33
2.1 Ladung der Atomkerne. 33
2.2 Masse der Atomkerne. 33
2.3 Größe, Ladungsverteilung, Massenverteilung. 37
2.4 Übungen. 45
3. Innere Eigenschaften von Atomkernen. 47
3.1 Bindungsenergien - Tröpfchenmodell. 47
3.2 Spins. 52
3.3 Elektrische und magnetische Momente. 57
3.3.1 Magnetisches Dipolmoment. 59
3.3.2 Elektrisches Quadrupolmoment . 64
3.3.3 Experimentelle Methoden. 65
3.3.4 Die Spins und magnetischen
Alómente
von Proton und Neutron. 68
3.4 Parität. 70
3.5 Anregungsenergien . 71
3.6 Isospin. 72
3.7 Übungen. 74
4. Kernmodelle. 77
4.1 Thomas-Fermi-Modell. 78
4.2 Einzelteilchenmodell - Schalenmodell der Atomkerne. 84
4.2.1 Einzelteilchenmodell in sphärischen Koordinaten . 85
xvi Inhaltsverzeichnis
4.2.2 Einzelteilchenmodell in deformierten Potentialen . 95
4.2.3 Teilchenkorrelationen. 95
4.3 Kollektive Kernmodelle . 100
4.3.1 Kernrotationen. 102
4.3.2 Kernvibrationen. 108
4.3.3 Kopplung von Einzelteilchen an die Kollektivbewegung 109
4.3.4 Riesenresonanzen. 109
4.4 Exotische Kerne. 111
4.5 Übungen. 114
5. Experimentelle Verfahren der Kernphysik. 117
5.1 Energieverlust von Strahlung beim Durchgang durch Materie 117
5.1.1 Wechselwirkung geladener Teilchen. 118
5.1.2 Elektromagnetische Strahlung in Materie. 127
5.2 Messung kernphysikalischer Bestimmungsgrößen. 134
5.2.1 Impulsmessung. 135
5.2.2 Energiemessung. 140
5.2.3 Zeitmessung. 149
5.3 Detektorsysteme . 153
5.4 Beschleuniger. 156
5.4.1 Kaskadenbeschleuniger (Kaskadengenerator). 156
5.4.2 Bandgenerator. 158
5.4.3 Zyklotron. 159
5.4.4 Synchrotron. 161
5.4.5 Linearbeschleuniger. 163
5.4.6 Hochfrequenz-Quadrupol-Beschleuniger (RFQ). 165
5.5 Übungen. 166
6. Streuprozesse und Kernreaktionen. 169
6.1 Erhaltungssätze. 169
6.2 Wirkungsquerschnitt. 175
6.3 Wechselwirkungen zwischen Atomkernen. 182
6.3.1 Streuprozesse. 183
6.3.2 Kernreaktionen. 192
6.3.3 Kernreaktionen bei hohen Energien. 213
6.4 Übungen. 218
7. Kernzerfalle - Radioaktivität. 221
7.1 Radioaktives Zerfallsgesetz . 221
7.2 Alpha-Zerfall . 228
7.2.1 Protonen-Zerfall. 236
7.2.2
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. 238
7.3 Kernspaltung. 239
7.4 Beta-Zerfall. 244
7.4.1 Phänomenologie des Beta-Zerfalls. 244
Inhaltsverzeichnis xvii
7.4.2 Systematik der Beta-Zerfälle. 248
7.4.3 Fermi-Theorie des Beta-Zerfalls. 250
7.4.4 Neutrinos . 254
7.4.5 Beta-Zerfall in gebundene Zustände. 259
7.4.6 Nichterhaltung der Parität im Beta-Zerfall. 261
7.5 Gamma-Übergänge, Multipolstrahlung. 267
7.5.1 Kernisomerie . 271
7.5.2 Konversionsprozesse. 272
7.6 Mößbauer-Effekt. 273
7.7 Übungen. 277
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8.1 Das Deuteron. 281
8.2 Streuzustände. 282
8.2.1 Streuzustände im Zwei-Nukleonensystem. 282
8.2.2 Streuzustände zur Bestimmung
der Spin-Bahn-Wechselwirkung. 284
8.3 Das phänomenologische Kernpotential . 285
8.4 Vom Quark zum Kern . 289
8.5 Der Nukleonenspin . 294
8.6 Übungen. 297
9. Anwendungen der Kernphysik. 299
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9.1.2 Energiegewinnung aus Fusionsreaktionen. 304
9.2 Astrophysik. 310
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9.2.2 Prozesse der Elemententstehung. 313
9.3 Datierungen. 315
9.4 Festkörperphysik und Materialforschung. 318
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9.5.1 Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz. 326
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9.5.4 Positronen-Emissionstomographie. 341
9.5.5 Kernspin-Tomographie
(MRT)
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9.6 Übungen. 349
10. Ausblick. 351
A. Physikalische Konstanten. 355
xviii Inhaltsverzeichnis
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