Einführung in die Kernphysik
1. Auflage Juni 2014
494 Seiten, Softcover
19 Tabellen
Lehrbuch
ISBN:
978-3-527-41248-8
Wiley-VCH, Berlin
InhaltProbekapitelIndexDozentenmaterialDigitale Lehrbuchpakete
Kurzbeschreibung
Der Autor liefert eine umfangreiche Darstellung der Kernphysik. Es werden sowohl experimentelle als auch theoretische Aspekte in historischer Abfolge beleuchtet und auch Anwendungen wie Kernspaltung, Kernfusion, medizinische Anwendungen und Strahlenschutz ausführlich behandelt.
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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.
1 Entdeckung der Radioaktivität, natürliche Radioaktivität
1.1 Entdeckung
1.2 Natürliche Radioaktivität
1.3 Die kosmische Strahlung
1.4 Strahlenarten und natürliche Zerfallsreihen
1.5 Zerfallsgesetze, radioaktives Gleichgewicht
1.6 Die Entdeckung des Atomkerns (Rutherford-Streuung)
1.7 Wirkungsquerschnitt und Massenbelegung
2 Die statistische Natur des radioaktiven Zerfalls
3 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie
3.1 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie
3.1.1 Wechselwirkung schwerer, geladener Teilchen mit Materie
3.1.2 Wechselwirkung von Elektronen mit Materie
3.1.3 Wechselwirkung von Positronen mit Materie
3.2 Wechselwirkung von Neutronen mit Materie
3.3 Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie
3.3.1 Compton-Streuung
3.3.2 Photoeffekt
3.3.3 Paarbildung
3.3.4 Totaler Absorptionsquerschnitt
3.4 Sekundärprozesse
4 Strahlungsdetektoren
4.1 Prinzipien
4.1.1 Kalorimeter
4.1.2 Gas-Ionisationsdetektoren
4.1.2.1 Stromkammer
4.1.2.2 Impulsionisationskammer
4.1.2.3 Proportionalzähler
4.1.2.4 Geiger-Müller-Zähler
4.1.3 Festkörper-Ionisationsdetektoren
4.1.4 Szintillationsdetektoren
4.1.4.1 Anorganische Szintillatoren
4.1.4.2 Organische Szintillatoren
4.1.5 Cerenkov-Detektor
4.1.6 Teilchenspurdetektoren
4.1.6.1 Nebelkammer (Cloud chamber) und Diffusionskammer
4.1.6.2 Blasenkammer (Bubble chamber)
4.1.6.3 Photographische Methode ? Kernspuremulsion
4.1.6.4 Vieldrahtkammern (Multi-wire chambers)
4.1.7 Thermolumineszenzdetektoren
4.1.8 Spezialdetektoren
4.2 Elektronische Impulsverarbeitung
5 Neue Teilchen und künstliche Radioaktivität
5.1 Isotope
5.2 Die Entdeckung des Neutrons
5.3 Die Entdeckung des Positrons
5.4 Künstliche Radioaktivität
6 Aufbau der Atomkerne
6.1 Kernmassen
6.1.1 Statische elektrische und magnetische Felder
6.1.2 Massenspektrometer
6.1.3 Massenbestimmung über Kernumwandlungen
6.2 Die Größe des Atomkerns
7 Das Tröpfchenmodell des Atomkerns
7.1 Isotopentafel
7.2 Das Tröpfchenmodell
7.3 Stabilität gegen ß-Zerfall
7.4 Stabilität gegen Nukleonenemission
7.5 Stabilität gegen Spaltung
8 Die quantenmechanische Behandlung des Atomkerns
8.1 Grundlagen
8.2 Zur Lösung der Schrödinger-Gleichung
8.3 Das Schalenmodell, Einzelteilchenniveaus
8.4 Kollektive Anregungen
8.5 Kernmomente
8.5.1 Elektrische Momente
8.5.2 Magnetische Momente
8.6 Experimentelle Bestimmung von Kernspin und -momenten
8.6.1 Kernspin
8.6.2 Kernmomente
8.7 Niveauübergänge
9 Der Mößbauer-Effekt
9.1 Nukleare Resonanzabsorption
9.2 Natürliche Linienbreiten
9.3 Anwendungen der Mößbauer-Spektrometrie
10 Die Theorie des a-Zerfalls
10.1 Modell des a-Teilchens im Potential des Restkerns
10.2 Ergänzende Bemerkungen zum a-Zerfall
11 Der ß-Zerfall
11.1 Das ß-Spektrum
11.2 Fermis Theorie des ß-Zerfalls
11.3 Der experimentelle Nachweis des Neutrinos
11.4 Die Neutrinomassen
11.5 Die schwache Wechselwirkung
11.6 Erlaubte und verbotene Übergänge
11.7 Die Paritätsverletzung
12 Kernreaktionen
12.1 Grundlagen
12.2 Erhaltungssätze und Kinematik
12.3 Qualitativer Verlauf von Anregungsfunktionen
12.4 Die quantenmechanische Behandlung der Streuung
12.5 Kernpotentiale und das optische Modell
12.6 Die R-Matrix-Theorie
12.7 Reaktionsmodelle
12.7.1 Compoundkernreaktionen
12.7.2 Direkte Kernreaktionen
13 Kernspaltung
13.1 Zur Geschichte der Kernspaltung
13.2 Physikalische Grundlagen, Kettenreaktion
13.3 Die Atombombe
13.4 Physik der Kernreaktoren
13.5 Typen von Kernreaktoren
13.5.1 Leichtwasserreaktor: Siedewasserreaktor (BWR - Boiling Water Reactor), Druckwasserreaktor (PWR - Pressurized Water Reactor)
13.5.2 Natururanreaktor (CANDU-Reaktor)
13.5.3 Graphitmoderierte Reaktoren
13.5.4 Schneller Brüter
13.6 Sicherheitsbewertung und Risiko
13.7 Kernreaktorunfälle
13.8 Beitrag der Kernenergie zur weltweiten Energiegewinnung
13.9 Ein natürlicher Kernreaktor
14 Kernfusion
14.1 Physikalische Grundlagen
14.2 Die Fusionsbombe
14.3 Fusionsreaktoren
14.3.1 Trägheitseinschluss
14.3.2 Magnetfeldeinschluss
14.3.3 Probleme und Auswirkungen von Fusionsreaktoren
15 Elementsynthese
16 Dosimetrie und die biologische Wirkung von Strahlung
16.1 Das Dosiskonzept
16.1.1 Grundlagen und grundlegende Größen
16.1.2 Angewandte Dosiskonzepte und Dosisgrößen
16.2 Die biologische Wirkung der Strahlung
16.2.1 Wirkung radioaktiver Strahlung
16.2.2 Deterministische Schäden
16.2.3 Stochastische Schäden
16.2.4 Individuelle Unterschiede der Strahlenempfindlichkeit
16.2.5 Hormesis
16.3 Die Strahlenbelastung des Menschen
16.3.1 Externe Strahlenbelastung
16.3.2 Interne Strahlenbelastung
16.3.3 Belastung durch Radon
16.4 Strahlentherapie
17 Beschleuniger
17.1 Elektrostatische Beschleuniger
17.1.1 Cockcroft-Walton-Beschleuniger
17.1.2 Van de Graaf Beschleuniger
17.1.3 Tandembeschleuniger
17.2 Elektrodynamische Beschleuniger
17.2.1 Linearbeschleuniger
17.2.2 Ringbeschleuniger
17.2.2.1 Betatron
17.2.2.2 Zyklotron
17.2.2.3 Stabilität und Fokussierung bei Ringbeschleunigern
17.2.2.4 Isochronzyklotron (Thomas-Zyklotron)
17.2.2.5 Synchrotron (Synchro-Zyklotron)
17.2.2.6 Zusatzeinrichtungen
18 Elementarteilchen
18.1.Die Idee der Elementarteilchen
18.1 Entdeckungen der Hochenergiephysik
18.2 Austauschkräfte und Wechselwirkungsteilchen
18.3 Das Standardmodell
18.3.1 Hadronen
18.3.2 Leptonen
18.3.3 Erhaltungssätze
18.4 Vereinheitlichte Theorien
Anhang A - Wellen und ihre mathematische Darstellung
Anhang B - Die delta-Distribution (Diracsche delta-Funktion)
Anhang C - Vektoren und Differentialoperatoren
Anhang D - Einige formale Grundzüge der Quantenmechanik
Anhang E - Störungsrechnung und Fermis Goldene Regel
Anhang F - Die Bornschen Näherungen
Anhang G - Feynman-Diagramme
Sachverzeichnis
Personenverzeichnis
1.1 Entdeckung
1.2 Natürliche Radioaktivität
1.3 Die kosmische Strahlung
1.4 Strahlenarten und natürliche Zerfallsreihen
1.5 Zerfallsgesetze, radioaktives Gleichgewicht
1.6 Die Entdeckung des Atomkerns (Rutherford-Streuung)
1.7 Wirkungsquerschnitt und Massenbelegung
2 Die statistische Natur des radioaktiven Zerfalls
3 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie
3.1 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie
3.1.1 Wechselwirkung schwerer, geladener Teilchen mit Materie
3.1.2 Wechselwirkung von Elektronen mit Materie
3.1.3 Wechselwirkung von Positronen mit Materie
3.2 Wechselwirkung von Neutronen mit Materie
3.3 Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie
3.3.1 Compton-Streuung
3.3.2 Photoeffekt
3.3.3 Paarbildung
3.3.4 Totaler Absorptionsquerschnitt
3.4 Sekundärprozesse
4 Strahlungsdetektoren
4.1 Prinzipien
4.1.1 Kalorimeter
4.1.2 Gas-Ionisationsdetektoren
4.1.2.1 Stromkammer
4.1.2.2 Impulsionisationskammer
4.1.2.3 Proportionalzähler
4.1.2.4 Geiger-Müller-Zähler
4.1.3 Festkörper-Ionisationsdetektoren
4.1.4 Szintillationsdetektoren
4.1.4.1 Anorganische Szintillatoren
4.1.4.2 Organische Szintillatoren
4.1.5 Cerenkov-Detektor
4.1.6 Teilchenspurdetektoren
4.1.6.1 Nebelkammer (Cloud chamber) und Diffusionskammer
4.1.6.2 Blasenkammer (Bubble chamber)
4.1.6.3 Photographische Methode ? Kernspuremulsion
4.1.6.4 Vieldrahtkammern (Multi-wire chambers)
4.1.7 Thermolumineszenzdetektoren
4.1.8 Spezialdetektoren
4.2 Elektronische Impulsverarbeitung
5 Neue Teilchen und künstliche Radioaktivität
5.1 Isotope
5.2 Die Entdeckung des Neutrons
5.3 Die Entdeckung des Positrons
5.4 Künstliche Radioaktivität
6 Aufbau der Atomkerne
6.1 Kernmassen
6.1.1 Statische elektrische und magnetische Felder
6.1.2 Massenspektrometer
6.1.3 Massenbestimmung über Kernumwandlungen
6.2 Die Größe des Atomkerns
7 Das Tröpfchenmodell des Atomkerns
7.1 Isotopentafel
7.2 Das Tröpfchenmodell
7.3 Stabilität gegen ß-Zerfall
7.4 Stabilität gegen Nukleonenemission
7.5 Stabilität gegen Spaltung
8 Die quantenmechanische Behandlung des Atomkerns
8.1 Grundlagen
8.2 Zur Lösung der Schrödinger-Gleichung
8.3 Das Schalenmodell, Einzelteilchenniveaus
8.4 Kollektive Anregungen
8.5 Kernmomente
8.5.1 Elektrische Momente
8.5.2 Magnetische Momente
8.6 Experimentelle Bestimmung von Kernspin und -momenten
8.6.1 Kernspin
8.6.2 Kernmomente
8.7 Niveauübergänge
9 Der Mößbauer-Effekt
9.1 Nukleare Resonanzabsorption
9.2 Natürliche Linienbreiten
9.3 Anwendungen der Mößbauer-Spektrometrie
10 Die Theorie des a-Zerfalls
10.1 Modell des a-Teilchens im Potential des Restkerns
10.2 Ergänzende Bemerkungen zum a-Zerfall
11 Der ß-Zerfall
11.1 Das ß-Spektrum
11.2 Fermis Theorie des ß-Zerfalls
11.3 Der experimentelle Nachweis des Neutrinos
11.4 Die Neutrinomassen
11.5 Die schwache Wechselwirkung
11.6 Erlaubte und verbotene Übergänge
11.7 Die Paritätsverletzung
12 Kernreaktionen
12.1 Grundlagen
12.2 Erhaltungssätze und Kinematik
12.3 Qualitativer Verlauf von Anregungsfunktionen
12.4 Die quantenmechanische Behandlung der Streuung
12.5 Kernpotentiale und das optische Modell
12.6 Die R-Matrix-Theorie
12.7 Reaktionsmodelle
12.7.1 Compoundkernreaktionen
12.7.2 Direkte Kernreaktionen
13 Kernspaltung
13.1 Zur Geschichte der Kernspaltung
13.2 Physikalische Grundlagen, Kettenreaktion
13.3 Die Atombombe
13.4 Physik der Kernreaktoren
13.5 Typen von Kernreaktoren
13.5.1 Leichtwasserreaktor: Siedewasserreaktor (BWR - Boiling Water Reactor), Druckwasserreaktor (PWR - Pressurized Water Reactor)
13.5.2 Natururanreaktor (CANDU-Reaktor)
13.5.3 Graphitmoderierte Reaktoren
13.5.4 Schneller Brüter
13.6 Sicherheitsbewertung und Risiko
13.7 Kernreaktorunfälle
13.8 Beitrag der Kernenergie zur weltweiten Energiegewinnung
13.9 Ein natürlicher Kernreaktor
14 Kernfusion
14.1 Physikalische Grundlagen
14.2 Die Fusionsbombe
14.3 Fusionsreaktoren
14.3.1 Trägheitseinschluss
14.3.2 Magnetfeldeinschluss
14.3.3 Probleme und Auswirkungen von Fusionsreaktoren
15 Elementsynthese
16 Dosimetrie und die biologische Wirkung von Strahlung
16.1 Das Dosiskonzept
16.1.1 Grundlagen und grundlegende Größen
16.1.2 Angewandte Dosiskonzepte und Dosisgrößen
16.2 Die biologische Wirkung der Strahlung
16.2.1 Wirkung radioaktiver Strahlung
16.2.2 Deterministische Schäden
16.2.3 Stochastische Schäden
16.2.4 Individuelle Unterschiede der Strahlenempfindlichkeit
16.2.5 Hormesis
16.3 Die Strahlenbelastung des Menschen
16.3.1 Externe Strahlenbelastung
16.3.2 Interne Strahlenbelastung
16.3.3 Belastung durch Radon
16.4 Strahlentherapie
17 Beschleuniger
17.1 Elektrostatische Beschleuniger
17.1.1 Cockcroft-Walton-Beschleuniger
17.1.2 Van de Graaf Beschleuniger
17.1.3 Tandembeschleuniger
17.2 Elektrodynamische Beschleuniger
17.2.1 Linearbeschleuniger
17.2.2 Ringbeschleuniger
17.2.2.1 Betatron
17.2.2.2 Zyklotron
17.2.2.3 Stabilität und Fokussierung bei Ringbeschleunigern
17.2.2.4 Isochronzyklotron (Thomas-Zyklotron)
17.2.2.5 Synchrotron (Synchro-Zyklotron)
17.2.2.6 Zusatzeinrichtungen
18 Elementarteilchen
18.1.Die Idee der Elementarteilchen
18.1 Entdeckungen der Hochenergiephysik
18.2 Austauschkräfte und Wechselwirkungsteilchen
18.3 Das Standardmodell
18.3.1 Hadronen
18.3.2 Leptonen
18.3.3 Erhaltungssätze
18.4 Vereinheitlichte Theorien
Anhang A - Wellen und ihre mathematische Darstellung
Anhang B - Die delta-Distribution (Diracsche delta-Funktion)
Anhang C - Vektoren und Differentialoperatoren
Anhang D - Einige formale Grundzüge der Quantenmechanik
Anhang E - Störungsrechnung und Fermis Goldene Regel
Anhang F - Die Bornschen Näherungen
Anhang G - Feynman-Diagramme
Sachverzeichnis
Personenverzeichnis
Harry Friedmann ist Gruppensprecher der Gruppe Kernphysik an der Fakultät für Physik der Universität Wien. Während und nach seinem Studium beschäftige er sich mit neutroneninduzierten Kernreaktionen sowie der Messung von Radiokohlenstoff. Außerdem führte er Rechnungen nach dem statistischen Modell durch. Später wandte er sich der Umweltradioaktivität zu und arbeitete an der Erdbebenprognoseforschung auf Basis von Radonmessungen in Luft und Wasserproben. Er konzipierte und leitete das Österreichische Nationale Radonprojekt. Daneben entwickelte er Spektroskopie-Software und arbeitet an Untersuchungen von Schwerionenreaktionen nahe und unter der Coulombbarriere. Er ist Autor zahlreicher Publikationen in wissenschaftlichen Zeitschriften sowie eines Buches über natürliche Radioaktivität.
