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SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift by: Christian Krause, Matr. 1956616 6 KERNREAKTIONEN z.B.: d + d ∗∗ → 4 2He ∗ → 3 2He + n + 235 MeV oder 4 2He ∗ → 4 2He ∗ → 3 1H + p4.0 MeV **: Reaktionsschwelle wird überschritten 6.2 Erhaltungssätze Erhalten sind: • Energie • Impuls • Gesamt-Drehimpuls ⃗ J = ⃗ L + ⃗ I • Nukleonenzahl • Ladung Parität: P: = Verhalten der Wellenfunktion unter Punktspiegelung am Ursprung Ψ(r, Θ, ϕ) = Ψ(r, π − Θ, ϕ + π) = (±1) · Ψ(r, Θ, ϕ) mit (±1) = Parität P Starke WW, Coulomb-WW erhält die Parität → Auswirkung auf Auswahlregeln. (Schwache WW erhält die Parität nicht!) Bsp: Kugelsymm. Potential Ψ(r, Θ, ϕ) = R(r) · Y lm (Θ, ϕ) P (Y lm ) = (−1) l R ist symmetrisch unter Punktspiegelung → P (R) = 1 Paritätserhaltung: ∆l gerade. → Spin-Flips in Kernen sind verboten: ∆I = ±1 J = L ⃗ + I ⃗ ⇒ ∆j = 0 } {{ } ⇒ ∆l = gerade ⇒ Widerspruch! Drehimpulserhaltung ∆l = ±1 bei Spin-Flips. 6.3 Beispiele für stossinduzierte Reaktionen 1. (α, p)-Reaktion, α-Teilchen = a, p=b, erste künstliche Kernumwandlung, Rutherford/Blackelt 1924 α + 14 7 N → 17 8 O + p Damit möglich: Reaktions-Spektroskopie: α + 27 13Al → 31 15P ∗ → 30 14Si + p Photonen werden mit zwei Energien emittiert. Ekin 1 ≈ 2, 26 MeV, E2 kin ≈ 1, 1 MeV, ∆E kin =Anregungszustand Seite 52
SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift by: Christian Krause, Matr. 1956616 6 KERNREAKTIONEN 2. Die (α,n)-Reaktion z.B.: α + 9 4Be → 13 6 C ∗ → 12 6 C + n mit charakteristischem E kin Spektrum des Neutron 6.4 Stossinduzierte Radioaktivität = nach Reaktion: Y wirkt als β ± - oder γ-Strahler. Entdeckung: Irène Curie, F. Juliot (Nobelpreis 1935) α + 10 5 B → 14 7 N ∗ → 13 7 N + n 13 7 N τ=10min → 13 6 C + β + + ν e α + 27 13Al → 13 15P ∗ → 30 15P + n 30 15P τ=2,5min −→ 30 14Si + β + + ν e “Künstliche Radioaktivität“: Nuklide, die in der Natur nicht verkommen, können erzeugt werden. Heute: n als Projektil, da Coulomb-Barriere nicht überwunden werden muss. z.B: 23 11Na + n σtot≈53fm2 −→ 24 11Na ∗ γ −→ 24 11Na β− −→ 24 12Mg ∗ γ −→ 24 12Mg 59 27Co + thermisch σ tot≈3700fm n −→ 2 60 27Co 11min,γ −→ 60 27Co 5,3a;β− −→ 60 28Ni ∗ γ;Eγ 1 =1,33MeV,Eγ 2 −→ =1,18MeV 60 28Ni Meist: Neutronen aus Kernreaktor, Gelegentlich: p + X → Y + n-Reaktion Auch: Schwelle n können nötig sein. z.B: 35 17Cl + 1MeV n 35 16S ∗ τ=88d,β− −→ 35 17Cl σtot=8fm2 −→ 35 16S ∗ + p Auch Elementsynthese: Compound-Kern emittiert keine Teilchen: α + 7 3Li → 11 5 B + γ (stabil) 6.5 Kernspaltung Spontan und induziert möglich. = Zerfall eines großen Kerns (A >> 56) in 2 ≈ gleich große Fragmente. Meist: Zusätzlich freie n entstehen. Mechanismus: (Lise Meitner, Otto Frisch, 1939) Rotation/Vibration: Kern deformiert sich Seite 53
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