Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 3 KERNZERFÄLLE UND INSTABILITÄTEN, RADIOAKTIVITÄT
• α-Zerfall wird nur bei Nukliden mit A 150 beobachtet
• τ ∈ [10ms, 10 17 a]
• kinetische Energie weist charakteristische Verteilung auf.
Bsp: Zerfall von 208
85 At Astatium: H(E kin (α)) weist 4 Peaks auf. (mit H: Häufigkeit)
Können mit Anregungszuständen des Tochterkern erklärt werden.
• Typische kinetische Energie der emittierten α’s ≈ 5MeV
• Tochterkern + α evtl. γ-Strahlung erfüllen gemeinsam alle Erhaltungssätze (E, p, ⃗ L, ⃗s, q)
α-Zerfall:
E kin (α) = (M x − M Yx − m α ) · c 2
Welche Kerne zerfallen durch α?
Sichtbar anhand Stabilitätskurve: E b (A)? Ja, bedingt.
E B (α) = 28, 3MeV Bedenke: E b ist mittlere Bindungsenergie / Nukleon
A∑
E b (A) ≡ 1 A
i=1
E i b
Bilde α aus den je zwei obersten p und n im Potentialtopfmodell ⇒≈ 4E min
b
4E b > E B ( 4 2He) Widerspruch!
E min
b
=?, A=200 ≈ 100 Nukleonen mit E i b < E b = 25 gefüllten E-Niveaus
Typischer E-Niveau-Abstand ≈ 100 keV ⇒ E min
b
≈ 5, 5MeV − 6MeV
∆E α ≡ Energiegewinn durch Bildung eines α-Teilchens =
E B (α) − 4 · E min
b = 28, 3MeV − (22 − 24)MeV ⇒ ∆E α ≈ 4 − 6MeV möglich!
< 4.E b
Bei sinkendem A: E b (A) und damit E min
b
steigen an → ∆E α sinkt.
→ Abschätzung: Bildung von α-Teilchen bei ∆E α > 0 ist möglich für A 150
Bildung anderer Einheiten als α? z.B. 12
6 C-Kern
α-Teilchen wird emittiert. E- und Impulserhaltung: Mutterkern ruht
M y · vy 2 = m α vα
2 }
Ekin α M y · v y = m α v =
α
M y
M y>>m α
∆E α ≈ ∆E α
M y + m α
klassische Erwartung: falls ∆E α > E Coulomb−Barriere ⇒ α wird emittiert
bzw. ∆E α < E C.B : α bleibt im Kern
Seite 22