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Einführung in die Kernphysik


Einführung in die Kernphysik


1. Aufl.

von: Harry Friedmann

39,99 €

Verlag: Wiley-VCH
Format: PDF
Veröffentl.: 16.07.2014
ISBN/EAN: 9783527677405
Sprache: deutsch
Anzahl Seiten: 494

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Beschreibungen

Das Buch deckt einen sehr großen Bereich der Kernphysik ab, d.h. es werden sowohl experimentelle als auch theoretische Aspekte beleuchtet sowie Anwendungen (Kernspaltung, Kernfusion, medizinischen Anwendungen, Strahlenschutz) ausführlich behandelt. Der Aufbau folgt der historischen Entwicklung. Schließlich wird auch Basiswissen aus der Teilchenphysik kurz angesprochen.<br> <br>
Vorwort XI <p>1 Entdeckung der Radioaktivität, natürliche Radioaktivität 1</p> <p>1.1 Entdeckung 1</p> <p>1.2 Natürliche Radioaktivität 2</p> <p>1.3 Die kosmische Strahlung 3</p> <p>1.4 Strahlenarten und natürliche Zerfallsreihen 5</p> <p>1.5 Zerfallsgesetze, radioaktives Gleichgewicht 10</p> <p>1.6 Die Entdeckung des Atomkerns (Rutherford-Streuung) 14</p> <p>1.7 Wirkungsquerschnitt und Massenbelegung 17</p> <p>1.8 Übungsaufgaben 19</p> <p>2 Die statistische Natur des radioaktiven Zerfalls 21</p> <p>2.1 Übungsaufgaben 25</p> <p>3 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie 27</p> <p>3.1 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie 27</p> <p>3.1.1 Wechselwirkung schwerer, geladener Teilchen mit Materie 28</p> <p>3.1.2 Wechselwirkung von Elektronen mit Materie 36</p> <p>3.1.3 Wechselwirkung von Positronen mit Materie 41</p> <p>3.2 Wechselwirkung von Neutronen mit Materie 42</p> <p>3.3 Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie 44</p> <p>3.3.1 Compton-Streuung 45</p> <p>3.3.2 Photoeffekt 48</p> <p>3.3.3 Paarbildung 50</p> <p>3.3.4 Totaler Absorptionsquerschnitt 51</p> <p>3.4 Sekundärprozesse 54</p> <p>3.5 Übungsaufgaben 54</p> <p>4 Strahlungsdetektoren 57</p> <p>4.1 Prinzipien 57</p> <p>4.1.1 Kalorimeter 57</p> <p>4.1.2 Gas-Ionisationsdetektoren 58</p> <p>4.1.3 Festkörper-Ionisationsdetektoren 66</p> <p>4.1.4 Szintillationsdetektoren 69</p> <p>4.1.5 Cerenkov-Detektor 72</p> <p>4.1.6 Teilchenspurdetektoren 73</p> <p>4.1.7 Thermolumineszenzdetektoren 76</p> <p>4.1.8 Spezialdetektoren 77</p> <p>4.2 Elektronische Impulsverarbeitung 78</p> <p>4.3 Übungsaufgaben 81</p> <p>5 Neue Teilchen und künstliche Radioaktivität 85</p> <p>5.1 Isotope 85</p> <p>5.2 Die Entdeckung des Neutrons 86</p> <p>5.3 Die Entdeckung des Positrons 86</p> <p>5.4 Künstliche Radioaktivität 88</p> <p>5.5 Übungsaufgaben 89</p> <p>6 AufbauderAtomkerne91</p> <p>6.1 Kernmassen 91</p> <p>6.1.1 Statische elektrische undmagnetische Felder 91</p> <p>6.1.2 Massenspektrometer 94</p> <p>6.1.3 Massenbestimmung über Kernumwandlungen 96</p> <p>6.2 Die Größe des Atomkerns 99</p> <p>6.3 Übungsaufgaben 105</p> <p>7 Das Tröpfchenmodell des Atomkerns 107</p> <p>7.1 Isotopentafel 107</p> <p>7.2 Das Tröpfchenmodell 109</p> <p>7.3 Stabilität gegen -Zerfall 113</p> <p>7.4 Stabilität gegen Nukleonenemission 115</p> <p>7.5 Stabilität gegen Spaltung 115</p> <p>7.6 Übungsaufgaben 117</p> <p>8 Die quantenmechanische Behandlung des Atomkerns 119</p> <p>8.1 Grundlagen 119</p> <p>8.2 Zur Lösung der Schrödinger-Gleichung 122</p> <p>8.3 Das Schalenmodell, Einzelteilchenniveaus 125</p> <p>8.4 Kollektive Anregungen 130</p> <p>8.5 Kernmomente 132</p> <p>8.5.1 Elektrische Momente 132</p> <p>8.5.2 Magnetische Momente 135</p> <p>8.6 Experimentelle Bestimmung von Kernspin und -momenten 138</p> <p>8.6.1 Kernspin 138</p> <p>8.6.2 Kernmomente 139</p> <p>8.7 Niveauübergänge 142</p> <p>8.8 Übungsaufgaben 149</p> <p>9 Der Mößbauer-Effekt 153</p> <p>9.1 Nukleare Resonanzabsorption 153</p> <p>9.2 Natürliche Linienbreiten 157</p> <p>9.3 Anwendungen der Mößbauer-Spektrometrie 158</p> <p>9.4 Übungsaufgaben 161</p> <p>10 Die Theorie des α-Zerfalls 163</p> <p>10.1 Modell des α-Teilchens im Potential des Restkerns 163</p> <p>10.2 Ergänzende Bemerkungen zum α-Zerfall 165</p> <p>10.3 Übungsaufgaben 167</p> <p>11 Der -Zerfall 169</p> <p>11.1 Das -Spektrum 169</p> <p>11.2 Fermis Theorie des -Zerfalls 171</p> <p>11.3 Der experimentelle Nachweis des Neutrinos 176</p> <p>11.4 Die Neutrinomassen 177</p> <p>11.5 Die schwache Wechselwirkung 180</p> <p>11.6 -Übergänge: Drehimpulse, Matrixelemente, Kopplungskonstante 181</p> <p>11.7 Die Paritätsverletzung 183</p> <p>11.8 Übungsaufgaben 189</p> <p>12 Kernreaktionen 191</p> <p>12.1 Grundlagen 191</p> <p>12.2 Erhaltungssätze und Kinematik 194</p> <p>12.3 Qualitativer Verlauf von Anregungsfunktionen 198</p> <p>12.4 Die quantenmechanische Behandlung der Streuung 200</p> <p>12.5 Kernpotentiale und das optische Modell 209</p> <p>12.6 Die R-Matrix-Theorie 211</p> <p>12.7 Reaktionsmodelle 215</p> <p>12.7.1 Compoundkernreaktionen 216</p> <p>12.7.2 Direkte Kernreaktionen 222</p> <p>12.8 Übungsaufgaben 225</p> <p>13 Kernspaltung 227</p> <p>13.1 Zur Geschichte der Kernspaltung 227</p> <p>13.2 Physikalische Grundlagen, Kettenreaktion 229</p> <p>13.3 Die Atombombe 233</p> <p>13.4 Physik der Kernreaktoren 244</p> <p>13.5 Typen von Kernreaktoren 248</p> <p>13.5.1 Leichtwasserreaktor: Siedewasserreaktor (BWR – BoilingWater Reactor), Druckwasserreaktor (PWR – Pressurized Water Reactor) 249</p> <p>13.5.2 Natururanreaktor (CANDU-Reaktor) 253</p> <p>13.5.3 Graphitmoderierte Reaktoren 254</p> <p>13.5.4 Schneller Brüter 257</p> <p>13.6 Sicherheitsbewertung und Risiko 258</p> <p>13.7 Reaktorunfälle 262</p> <p>13.8 Beitrag der Kernenergie zur weltweiten Energiegewinnung 266</p> <p>13.9 Ein natürlicher Kernreaktor 267</p> <p>13.10 Übungsaufgaben 271</p> <p>14 Kernfusion 273</p> <p>14.1 Physikalische Grundlagen 273</p> <p>14.2 Die Fusionsbombe 278</p> <p>14.3 Fusionsreaktoren 281</p> <p>14.3.1 Trägheitseinschluss 282</p> <p>14.3.2 Magnetfeldeinschluss 287</p> <p>14.3.3 Probleme und potentielle Gefahren von Fusionsreaktoren 298</p> <p>14.4 Übungsaufgaben 302</p> <p>15 Elementsynthese 303</p> <p>15.1 Übungsaufgaben 309</p> <p>16 Dosimetrie und die biologische Wirkung von Strahlung 311</p> <p>16.1 Das Dosiskonzept 311</p> <p>16.1.1 Grundlagen und grundlegende Größen 311</p> <p>16.1.2 Angewandte Dosiskonzepte und Dosisgrößen 317</p> <p>16.2 Die biologischeWirkung der Strahlung 318</p> <p>16.2.1 Wirkung radioaktiver Strahlung 318</p> <p>16.2.2 Deterministische Schäden 321</p> <p>16.2.3 Stochastische Schäden 323</p> <p>16.2.4 Individuelle Unterschiede der Strahlenempfindlichkeit 325</p> <p>16.2.5 Hormesis 329</p> <p>16.3 Die Strahlenbelastung des Menschen 331</p> <p>16.3.1 Externe Strahlenbelastung 332</p> <p>16.3.2 Interne Strahlenbelastung 335</p> <p>16.3.3 Belastung durch Radon 338</p> <p>16.4 Strahlentherapie 341</p> <p>16.5 Übungsaufgaben 346</p> <p>17 Beschleuniger 347</p> <p>17.1 Elektrostatische Beschleuniger 347</p> <p>17.1.1 Cockcroft-Walton-Beschleuniger 348</p> <p>17.1.2 Van de Graaff-Beschleuniger 349</p> <p>17.1.3 Tandembeschleuniger 350</p> <p>17.2 Elektrodynamische Beschleuniger 351</p> <p>17.2.1 Linearbeschleuniger [200] 352</p> <p>17.2.2 Ringbeschleuniger 357</p> <p>17.3 Übungsaufgaben 374</p> <p>18 Elementarteilchen 377</p> <p>18.1 Die Idee der Elementarteilchen 377</p> <p>18.2 Entdeckungen der Hochenergiephysik 378</p> <p>18.3 Austauschkräfte und Wechselwirkungsteilchen 382</p> <p>18.4 Der Weg zum Standardmodell 384</p> <p>18.5 Das Standardmodell 388</p> <p>18.5.1 Erhaltungssätze und Symmetrie 389</p> <p>18.5.2 Leptonen 392</p> <p>18.5.3 Hadronen 397</p> <p>18.5.4 Der Higgs-Mechanismus 400</p> <p>18.6 Vereinheitlichte Theorie 403</p> <p>18.7 Übungsaufgaben 407</p> <p>Anhang A Wellen und ihre mathematische Darstellung 409</p> <p>Anhang B Die δ-Distribution (Dirac’sche δ-Funktion) 413</p> <p>Anhang C Vektoren und Differentialoperatoren 415</p> <p>Anhang D Einige formale Grundlagen der Quantenmechanik 425</p> <p>Anhang E Störungsrechnung und Fermis Goldene Regel 435</p> <p>Anhang F Die Born’schen Näherungen 439</p> <p>Anhang G Feynman-Diagramme 443</p> <p>Literaturverzeichnis 447</p> <p>Personenverzeichnis 459</p> <p>Sachverzeichnis 467</p>

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