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Einführung in die Kernphysik

Autor	Harry Friedmann
Verlag	Wiley-VCH
Erscheinungsjahr	2014
Seitenanzahl	494 Seiten
ISBN	9783527677405
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	40,99 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 Kernphysik	1
Inhaltsverzeichnis	7
Vorwort	13
1 Entdeckung der Radioaktivität, natürliche Radioaktivität	15
1.1 Entdeckung	15
1.2 Natürliche Radioaktivität	16
1.3 Die kosmische Strahlung	17
1.4 Strahlenarten und natürliche Zerfallsreihen	19
1.5 Zerfallsgesetze, radioaktives Gleichgewicht	24
1.6 Die Entdeckung des Atomkerns (Rutherford-Streuung)	28
1.7 Wirkungsquerschnitt und Massenbelegung	31
1.8 Übungsaufgaben	33
2 Die statistische Natur des radioaktiven Zerfalls	35
2.1 Übungsaufgaben	39
3 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie	41
3.1 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie	41
3.1.1 Wechselwirkung schwerer, geladener Teilchen mit Materie	42
3.1.2 Wechselwirkung von Elektronen mit Materie	50
3.1.3 Wechselwirkung von Positronen mit Materie	55
3.2 Wechselwirkung von Neutronen mit Materie	56
3.3 Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie	58
3.3.1 Compton-Streuung	59
3.3.2 Photoeffekt	62
3.3.3 Paarbildung	64
3.3.4 Totaler Absorptionsquerschnitt	65
3.4 Sekundärprozesse	68
3.5 Übungsaufgaben	68
4 Strahlungsdetektoren	71
4.1 Prinzipien	71
4.1.1 Kalorimeter	71
4.1.2 Gas-Ionisationsdetektoren	72
4.1.3 Festkörper-Ionisationsdetektoren	80
4.1.4 Szintillationsdetektoren	83
4.1.5 Cerenkov-Detektor	86
4.1.6 Teilchenspurdetektoren	87
4.1.7 Thermolumineszenzdetektoren	90
4.1.8 Spezialdetektoren	91
4.2 Elektronische Impulsverarbeitung	92
4.3 Übungsaufgaben	95
5 Neue Teilchen und künstliche Radioaktivität	99
5.1 Isotope	99
5.2 Die Entdeckung des Neutrons	100
5.3 Die Entdeckung des Positrons	100
5.4 Künstliche Radioaktivität	102
5.5 Übungsaufgaben	103
6 Aufbau der Atomkerne	105
6.1 Kernmassen	105
6.1.1 Statische elektrische und magnetische Felder	105
6.1.2 Massenspektrometer	108
6.1.3 Massenbestimmung über Kernumwandlungen	110
6.2 Die Größe des Atomkerns	113
6.3 Übungsaufgaben	119
7 Das Tröpfchenmodell des Atomkerns	121
7.1 Isotopentafel	121
7.2 Das Tröpfchenmodell	123
7.3 Stabilität gegen -Zerfall	127
7.4 Stabilität gegen Nukleonenemission	129
7.5 Stabilität gegen Spaltung	129
7.6 Übungsaufgaben	131
8 Die quantenmechanische Behandlung des Atomkerns	133
8.1 Grundlagen	133
8.2 Zur Lösung der Schrödinger-Gleichung	136
8.3 Das Schalenmodell, Einzelteilchenniveaus	139
8.4 Kollektive Anregungen	144
8.5 Kernmomente	146
8.5.1 Elektrische Momente	146
8.5.2 Magnetische Momente	149
8.6 Experimentelle Bestimmung von Kernspin und -momenten	152
8.6.1 Kernspin	152
8.6.2 Kernmomente	153
8.7 Niveauübergänge	156
8.8 Übungsaufgaben	163
9 Der Mößbauer-Effekt	167
9.1 Nukleare Resonanzabsorption	167
9.2 Natürliche Linienbreiten	171
9.3 Anwendungen der Mößbauer-Spektrometrie	172
9.4 Übungsaufgaben	175
10 Die Theorie des -Zerfalls	177
10.1 Modell des -Teilchens im Potential des Restkerns	177
10.2 Ergänzende Bemerkungen zum -Zerfall	179
10.3 Übungsaufgaben	181
11 Der -Zerfall	183
11.1 Das -Spektrum	183
11.2 Fermis Theorie des -Zerfalls	185
11.3 Der experimentelle Nachweis des Neutrinos	190
11.4 Die Neutrinomassen	191
11.5 Die schwache Wechselwirkung	194
11.6 -Übergänge: Drehimpulse, Matrixelemente, Kopplungskonstante	195
11.7 Die Paritätsverletzung	197
11.8 Übungsaufgaben	203
12 Kernreaktionen	205
12.1 Grundlagen	205
12.2 Erhaltungssätze und Kinematik	208
12.3 Qualitativer Verlauf von Anregungsfunktionen	212
12.4 Die quantenmechanische Behandlung der Streuung	214
12.5 Kernpotentiale und das optische Modell	223
12.6 Die R-Matrix-Theorie	225
12.7 Reaktionsmodelle	229
12.7.1 Compoundkernreaktionen	230
12.7.2 Direkte Kernreaktionen	236
12.8 Übungsaufgaben	239
13 Kernspaltung	241
13.1 Zur Geschichte der Kernspaltung	241
13.2 Physikalische Grundlagen, Kettenreaktion	243
13.3 Die Atombombe	247
13.4 Physik der Kernreaktoren	258
13.5 Typen von Kernreaktoren	262
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 Reaktoren	268
13.5.4 Schneller Brüter	271
13.6 Sicherheitsbewertung und Risiko	272
13.7 Reaktorunfälle	276
13.8 Beitrag der Kernenergie zur weltweiten Energiegewinnung	280
13.9 Ein natürlicher Kernreaktor	281
13.10 Übungsaufgaben	285
14 Kernfusion	287
14.1 Physikalische Grundlagen	287
14.2 Die Fusionsbombe	292
14.3 Fusionsreaktoren	295
14.3.1 Trägheitseinschluss	296
14.3.2 Magnetfeldeinschluss	301
14.3.3 Probleme und potentielle Gefahren von Fusionsreaktoren	312
14.4 Übungsaufgaben	316
15 Elementsynthese	317
15.1 Übungsaufgaben	323
16 Dosimetrie und die biologische Wirkung von Strahlung	325
16.1 Das Dosiskonzept	325
16.1.1 Grundlagen und grundlegende Größen	325
16.1.2 Angewandte Dosiskonzepte und Dosisgrößen	331
16.2 Die biologische Wirkung der Strahlung	332
16.2.1 Wirkung radioaktiver Strahlung	332
16.2.2 Deterministische Schäden	335
16.2.3 Stochastische Schäden	337
16.2.4 Individuelle Unterschiede der Strahlenempfindlichkeit	339
16.2.5 Hormesis	343
16.3 Die Strahlenbelastung des Menschen	345
16.3.1 Externe Strahlenbelastung	346
16.3.2 Interne Strahlenbelastung	349
16.3.3 Belastung durch Radon	352
16.4 Strahlentherapie	355
16.5 Übungsaufgaben	360
17 Beschleuniger	361
17.1 Elektrostatische Beschleuniger	361
17.1.1 Cockcroft-Walton-Beschleuniger	362
17.1.2 Van de Graaff-Beschleuniger	363
17.1.3 Tandembeschleuniger	364
17.2 Elektrodynamische Beschleuniger	365
17.2.1 Linearbeschleuniger [200]	366
17.2.2 Ringbeschleuniger	371
17.3 Übungsaufgaben	388
18 Elementarteilchen	391
18.1 Die Idee der Elementarteilchen	391
18.2 Entdeckungen der Hochenergiephysik	392
18.3 Austauschkräfte und Wechselwirkungsteilchen	396
18.4 Der Weg zum Standardmodell	398
18.5 Das Standardmodell	402
18.5.1 Erhaltungssätze und Symmetrie	403
18.5.2 Leptonen	406
18.5.3 Hadronen	411
18.5.4 Der Higgs-Mechanismus	414
18.6 Vereinheitlichte Theorie	417
18.7 Übungsaufgaben	421
Anhang A Wellen und ihre mathematische Darstellung	423
Anhang B Die delta-Distribution (Dirac'sche delta-Funktion)	427
Anhang C Vektoren und Differentialoperatoren	429
Anhang D Einige formale Grundlagen der Quantenmechanik	439
Anhang E Störungsrechnung und Fermis Goldene Regel	449
Anhang F Die Born'schen Näherungen	453
Anhang G Feynman-Diagramme	457
Literaturverzeichnis	461
Personenverzeichnis	473
Sachverzeichnis	481

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