Kernphysik
Grundlagen
Rutherford-Experiment
Rutherford schoss mithilfe eines Alphastrahlers (Radium) Alphateilchen auf eine Goldfolie. Nur wenige Teilchen wurden abgelenkt/reflektiert → der Atomkern ist sehr klein; der Kern ist positiv, die Hülle negativ.
Atombau
Der Atomkern besteht aus Nukleonen (Kernbausteinen), also Protonen und Neutronen. Positiv geladene Protonen haben eine Masse von 1,673 ⋅ 10-27 kg, Neutronen eine Masse von 1,67 ⋅ 10-27 kg und negativ geladene Elektronen eine Masse von 9,11 ⋅ 10-31 kg. Der Atomkern ist somit deutlich schwerer als die Hülle.
Periodensystem
Anzahl der Nukleonen/Massezahl (N) = Anzahl der Protonen p+ (Z) + Anzahl der Neutronen n (N)
Es gibt gleich viele Protonen wie Elektronen (neutral geladen).
Nuklidkarte
In der Nuklidkarte stehen Protonen- und Neutronenzahl, Stabilität, Halbwertszeit und Zerfallsart → "Periodensystem des Kernphysikers"
Kernkraft
Kernkraft = starke Wechselwirkung = Kraft, die im Atomkern Nukleonen untereinander anzieht
Zu großer Neutronenüberschuss → instabiler Kern → zerfällt
Die Kernkraft
- wirkt nur über kleine Distanzen
- wirkt nur bei Nukleonen
- ist sehr stark → Kern hält zusammen trotz sich abstoßender Protonen
- ist teil der vier Grundkräfte der Physik
Die Grundkräfte der Physik:
- Starke Wechselwirkung (Kernkraft)
- Schwache Wechselwirkung
- Elektromagnetische Wechselwirkung
- Gravitationswechselwirkung
Bindungsenergie im Kern
Semiempirische Bethe-Weizsäcker-Formel aus fünf Beiträgen:
Volumenterm
Starke Wechselwirkung (gilt nur für direkte Nachbarn)
+ für Bindungsenergie
Oberflächenterm
Gleicht Fehler des Volumenterms aus (an der Oberfläche keine direkten Bindungspartner)
- für Bindungsenergie
Coulombterm
Elektrostatische Abstoßung der Protonen
- für Bindungsenergie
Asymmetrieterm
Stark unterschiedliche Protonen-/Neutronenzahl → geringere Stabilität; Term verschwindet bei Protonenzahl = Neutronenzahl
- für Bindungsenergie
Paarungsterm
Die Bildung von Proton-Proton-Paaren und Neutron-Neutron-Paaren ist positiv für die Bindungsenergie. Bei gerader Protonen- und Neutronenzahl ist der Term positiv für die Bindungsenergie, bei gerader Protonen- und ungerader Neutronenzahl (und umgekehrt) neutral und bei ungerader Protonen- und Neutronenzahl negativ.
Massendefekt
Einzelne Nukleonen sind schwerer als gebundene Nukleonen (in einem Atomkern)