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E-Book

Einführung in die Kernphysik

AutorHarry Friedmann
VerlagWiley-VCH
Erscheinungsjahr2014
Seitenanzahl494 Seiten
ISBN9783527677405
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis40,99 EUR
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.

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Inhaltsverzeichnis
Einführung in die Kernphysik1
Inhaltsverzeichnis7
Vorwort13
1 Entdeckung der Radioaktivität, natürliche Radioaktivität15
1.1 Entdeckung15
1.2 Natürliche Radioaktivität16
1.3 Die kosmische Strahlung17
1.4 Strahlenarten und natürliche Zerfallsreihen19
1.5 Zerfallsgesetze, radioaktives Gleichgewicht24
1.6 Die Entdeckung des Atomkerns (Rutherford-Streuung)28
1.7 Wirkungsquerschnitt und Massenbelegung31
1.8 Übungsaufgaben33
2 Die statistische Natur des radioaktiven Zerfalls35
2.1 Übungsaufgaben39
3 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie41
3.1 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie41
3.1.1 Wechselwirkung schwerer, geladener Teilchen mit Materie42
3.1.2 Wechselwirkung von Elektronen mit Materie50
3.1.3 Wechselwirkung von Positronen mit Materie55
3.2 Wechselwirkung von Neutronen mit Materie56
3.3 Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie58
3.3.1 Compton-Streuung59
3.3.2 Photoeffekt62
3.3.3 Paarbildung64
3.3.4 Totaler Absorptionsquerschnitt65
3.4 Sekundärprozesse68
3.5 Übungsaufgaben68
4 Strahlungsdetektoren71
4.1 Prinzipien71
4.1.1 Kalorimeter71
4.1.2 Gas-Ionisationsdetektoren72
4.1.3 Festkörper-Ionisationsdetektoren80
4.1.4 Szintillationsdetektoren83
4.1.5 Cerenkov-Detektor86
4.1.6 Teilchenspurdetektoren87
4.1.7 Thermolumineszenzdetektoren90
4.1.8 Spezialdetektoren91
4.2 Elektronische Impulsverarbeitung92
4.3 Übungsaufgaben95
5 Neue Teilchen und künstliche Radioaktivität99
5.1 Isotope99
5.2 Die Entdeckung des Neutrons100
5.3 Die Entdeckung des Positrons100
5.4 Künstliche Radioaktivität102
5.5 Übungsaufgaben103
6 Aufbau der Atomkerne105
6.1 Kernmassen105
6.1.1 Statische elektrische und magnetische Felder105
6.1.2 Massenspektrometer108
6.1.3 Massenbestimmung über Kernumwandlungen110
6.2 Die Größe des Atomkerns113
6.3 Übungsaufgaben119
7 Das Tröpfchenmodell des Atomkerns121
7.1 Isotopentafel121
7.2 Das Tröpfchenmodell123
7.3 Stabilität gegen -Zerfall127
7.4 Stabilität gegen Nukleonenemission129
7.5 Stabilität gegen Spaltung129
7.6 Übungsaufgaben131
8 Die quantenmechanische Behandlung des Atomkerns133
8.1 Grundlagen133
8.2 Zur Lösung der Schrödinger-Gleichung136
8.3 Das Schalenmodell, Einzelteilchenniveaus139
8.4 Kollektive Anregungen144
8.5 Kernmomente146
8.5.1 Elektrische Momente146
8.5.2 Magnetische Momente149
8.6 Experimentelle Bestimmung von Kernspin und -momenten152
8.6.1 Kernspin152
8.6.2 Kernmomente153
8.7 Niveauübergänge156
8.8 Übungsaufgaben163
9 Der Mößbauer-Effekt167
9.1 Nukleare Resonanzabsorption167
9.2 Natürliche Linienbreiten171
9.3 Anwendungen der Mößbauer-Spektrometrie172
9.4 Übungsaufgaben175
10 Die Theorie des -Zerfalls177
10.1 Modell des -Teilchens im Potential des Restkerns177
10.2 Ergänzende Bemerkungen zum -Zerfall179
10.3 Übungsaufgaben181
11 Der -Zerfall183
11.1 Das -Spektrum183
11.2 Fermis Theorie des -Zerfalls185
11.3 Der experimentelle Nachweis des Neutrinos190
11.4 Die Neutrinomassen191
11.5 Die schwache Wechselwirkung194
11.6 -Übergänge: Drehimpulse, Matrixelemente, Kopplungskonstante195
11.7 Die Paritätsverletzung197
11.8 Übungsaufgaben203
12 Kernreaktionen205
12.1 Grundlagen205
12.2 Erhaltungssätze und Kinematik208
12.3 Qualitativer Verlauf von Anregungsfunktionen212
12.4 Die quantenmechanische Behandlung der Streuung214
12.5 Kernpotentiale und das optische Modell223
12.6 Die R-Matrix-Theorie225
12.7 Reaktionsmodelle229
12.7.1 Compoundkernreaktionen230
12.7.2 Direkte Kernreaktionen236
12.8 Übungsaufgaben239
13 Kernspaltung241
13.1 Zur Geschichte der Kernspaltung241
13.2 Physikalische Grundlagen, Kettenreaktion243
13.3 Die Atombombe247
13.4 Physik der Kernreaktoren258
13.5 Typen von Kernreaktoren262
13.5.1 Leichtwasserreaktor: Siedewasserreaktor (BWR – Boiling Water Reactor), Druckwasserreaktor (PWR – Pressurized Water Reactor)263
13.5.2 Natururanreaktor (CANDU-Reaktor)267
13.5.3 Graphitmoderierte Reaktoren268
13.5.4 Schneller Brüter271
13.6 Sicherheitsbewertung und Risiko272
13.7 Reaktorunfälle276
13.8 Beitrag der Kernenergie zur weltweiten Energiegewinnung280
13.9 Ein natürlicher Kernreaktor281
13.10 Übungsaufgaben285
14 Kernfusion287
14.1 Physikalische Grundlagen287
14.2 Die Fusionsbombe292
14.3 Fusionsreaktoren295
14.3.1 Trägheitseinschluss296
14.3.2 Magnetfeldeinschluss301
14.3.3 Probleme und potentielle Gefahren von Fusionsreaktoren312
14.4 Übungsaufgaben316
15 Elementsynthese317
15.1 Übungsaufgaben323
16 Dosimetrie und die biologische Wirkung von Strahlung325
16.1 Das Dosiskonzept325
16.1.1 Grundlagen und grundlegende Größen325
16.1.2 Angewandte Dosiskonzepte und Dosisgrößen331
16.2 Die biologische Wirkung der Strahlung332
16.2.1 Wirkung radioaktiver Strahlung332
16.2.2 Deterministische Schäden335
16.2.3 Stochastische Schäden337
16.2.4 Individuelle Unterschiede der Strahlenempfindlichkeit339
16.2.5 Hormesis343
16.3 Die Strahlenbelastung des Menschen345
16.3.1 Externe Strahlenbelastung346
16.3.2 Interne Strahlenbelastung349
16.3.3 Belastung durch Radon352
16.4 Strahlentherapie355
16.5 Übungsaufgaben360
17 Beschleuniger361
17.1 Elektrostatische Beschleuniger361
17.1.1 Cockcroft-Walton-Beschleuniger362
17.1.2 Van de Graaff-Beschleuniger363
17.1.3 Tandembeschleuniger364
17.2 Elektrodynamische Beschleuniger365
17.2.1 Linearbeschleuniger [200]366
17.2.2 Ringbeschleuniger371
17.3 Übungsaufgaben388
18 Elementarteilchen391
18.1 Die Idee der Elementarteilchen391
18.2 Entdeckungen der Hochenergiephysik392
18.3 Austauschkräfte und Wechselwirkungsteilchen396
18.4 Der Weg zum Standardmodell398
18.5 Das Standardmodell402
18.5.1 Erhaltungssätze und Symmetrie403
18.5.2 Leptonen406
18.5.3 Hadronen411
18.5.4 Der Higgs-Mechanismus414
18.6 Vereinheitlichte Theorie417
18.7 Übungsaufgaben421
Anhang A Wellen und ihre mathematische Darstellung423
Anhang B Die delta-Distribution (Dirac'sche delta-Funktion)427
Anhang C Vektoren und Differentialoperatoren429
Anhang D Einige formale Grundlagen der Quantenmechanik439
Anhang E Störungsrechnung und Fermis Goldene Regel449
Anhang F Die Born'schen Näherungen453
Anhang G Feynman-Diagramme457
Literaturverzeichnis461
Personenverzeichnis473
Sachverzeichnis481

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