Kernphysik: eine Einführung ; mit einer farbigen Klapptafel, 25 Tabellen, 100 Übungen mit ausführlichen Lösungen sowie Kästen zur Erläuterung und einem historischen Überblick über die Entwicklung der Kern- und Elementarteilchenphysik
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2001
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| Ausgabe: | 2., aktualisierte und erw. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Springer-Lehrbuch
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Kästen zur Vertiefung.......................................
Glossar der Symbole.........................................
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, Ladungsverteihmg, Massenverteilung.............. 35
2.4 Übungen............................................. 43
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 Quadrupolmomeiit ................... 64
3.3.3 Experimentelle Methoden ........................ 65
3.3.4 Die Spins und magnetischen Momente
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
XIV
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................................. 107
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................ 212
6.4 Übungen............................................. 217
7. Kernzerfälle - Radioaktivität............................ 219
7.1 Radioaktives Zerfallsgesetz ............................. 219
7.2 Alpha-Zerfall ......................................... 226
7.2.1 Protonen-Zerfall................................. 234
7.2.2
7.3 Kernspaltung......................................... 237
7.4 Beta-Zerfall........................................... 242
7.4.1 Phänomenologie des Beta-Zerfalls................. 242
Inhaltsverzeichnis
7.4.2 Systematik der Beta-Zerfälle...................... 246
7.4.3 Fermi-Theorie des Beta-Zerfalls................... 248
7.4.4 Neutrinos ...................................... 252
7.4.5 Beta-Zerfall in gebundene Zustände................ 257
7.4.6 Nichterhaltung der Parität im Beta-Zerfall.......... 259
7.5 Gamma-Übergänge, Multipolstrahlung................... 265
7.5.1 Kernisomerie ................................... 269
7.5.2 Konversionsprozesse............................. 270
7.6 Mößbauer-Effekt ...................................... 271
7.7 Übungen............................................. 275
8. Kernkräfte .............................................. 279
8.1 Das Deuteron......................................... 279
8.2 Streuzustände......................................... 280
8.2.1 Streuzustände im Zwei-Nukleonensystem........... 280
8.2.2 Streuzustände zur Bestimmung
der Spin-Bahn-Wechselwirkung.................... 282
8.3 Das phänomenologische Kernpotential ................... 283
8.4 Vom Quark zum Kern ................................. 287
8.5 Der Nukleonenspin.................................... 292
8.6 Übungen............................................. 295
9. Anwendungen der Kernphysik........................... 297
9.1 Kernenergie........................................... 297
9.1.1 Kernkraftwerke ................................. 298
9.1.2 Energiegewinnung aus Fusionsreaktionen........... 302
9.2 Astrophysik........................................... 308
9.2.1 Energieerzeugungszyklen in Sternen................ 309
9.2.2 Prozesse der Elemententstehung................... 311
9.3 Datierungen.......................................... 313
9.4 Festkörperphysik und Materialforschung.................. 316
9.4.1 Elementanalyse................................. 316
9.4.2 Strukturanalyse................................. 322
9.5 Medizin.............................................. 324
9.5.1 Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz..... 324
9.5.2 Szintigraphie.................................... 330
9.5.3 Tumortherapie.................................. 333
9.5.4 Positronen-Emissionstomographie................. 339
9.5.5 Kernspin-Tomographie (MRT).................... 340
9.6 Übungen.............................................. 347
10. Ausblick................................................. 349
A. Physikalische Konstanten................................ 353
XVI
B. Nützliche Internet-Adressen............................. 355
C. Lösungen zu den Übungen............................... 359
Literaturverzeichnis ......................................... 381
Originalliteratur........................................... 381
Lehrbücher und weiterführende Literatur ..................... 391
Sachverzeichnis.............................................. 395
Farbige Nuklidtafel.......................................... 403
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