Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616
Inhaltsverzeichnis
5.1 Das Deuteron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.2 Proton-Neutron-Streuung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.3 π-Mesonen (Pionen): Austauschteilchen der Nukleon-Nukleon-WW . . . . . . . . . . . 48
5.4 Anmerkungen zu Kernmodellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6 Kernreaktionen 51
6.1 Einfache Beispiele für Kernreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.2 Erhaltungssätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.3 Beispiele für stossinduzierte Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.4 Stossinduzierte Radioaktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.5 Kernspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.6 Kernspaltungs-Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.7 Kernfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.7.1 Kernfusion in der Sonne und in anderen Sternen . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.7.2 Entstehung der Elemente mit A > 56 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.8 Kontrollierte Kernfusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.8.1 Anforderungen an Fusionsreaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.8.2 Fusionsreaktoren mit magnet. Einschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
7 Grundlagen der Elementarteilchenphysik 66
7.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
7.2 Quarks und Gluonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
7.3 Leptonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
7.4 Anmerkungen zur schwachen Wechselwirkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
7.5 “Standardmodell“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
8 Offene Fragen 71
A Tutorium 72
A.1 Anmerkung zur Streutheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
A.1.1 Θ(b) Für kugelsymm. Potentiale V (⃗r) = V (r) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
A.1.2 Anwendung auf Coulomb-Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
A.1.3 Anmerkung zum Thomson-Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
A.2 Fermi-Dirac-Statistik, Fermi-Funktion, Zustandsdichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
A.2.1 Teilchen-Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
A.3 Kernspin-Resonanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
A.4 Kernspin-Resonanz-Spektroskopie (NMR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
A.5 Altersbestimmung und andere Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
A.5.1 Altersbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
A.6 Nuklearmedizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
A.7 Dosimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
A.7.1 Dosimetrische Kenngrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
A.8 Die natürlichen Spaltungsreaktoren von Oklo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
A.9 Energieversorgung: Vergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
A.9.1 Wasserkraftwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
A.9.2 Kernspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
A.9.3 Windkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
A.9.4 Solarenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
A.9.5 Biomasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
A.9.6 Geothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
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