Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 6 KERNREAKTIONEN
Derzeit: Sonne besteht zu ≈ 73% aus H(p), zu ≈ 25% aus He, brennt vermutlich weitere 5 · 10 9 a.
Energiequelle? Chemisch? T 10 7 K im inneren. Gravitation? Bei der Bildung der Sonne aus
Gaswolke freigesetzte Gravitationsenergie: ≈ 4 · 10 41 J
Brennzyklen: (Hans Bethe, Nobelpreis 1967)
Temperatur sinkt von innen (r=0, T≈ 2 · 10 7 K) nach außen (Oberfläche ≈ 6000K) → Kugelförmige
Bereiche, in denen gewisse Prozesse möglich sind.
(i) Die p-p-Kette: Stufe 1: Fusion zu d.
p + p → d + e + + ν e (langsam) + 11,9 MeV zu 99,75% , E ν = 0, 4MeV
p + p + e − → d + ν e (schnell) zu 0,25%, E ν = 1, 44MeV
Stufe 2: Fusion zu 3 He
p + d → 3 2 He + γ
Stufe 3: Fusion zu 4 He
3
2He + 3 2 He → 4 2 He + 2p zu 91%
3
2He + 4 2 He → 7 4 Be zu 9%
7
4Be + e − → 7 3 Li + ν e (2 diskrete Energien der ν e : 0,78 MeV, 0,34 MeV
7
3Li + e − → 2 × 4 2He
3
2He + 4 2 He → 7 4Be zu ≈ 0,1%
7
4Be + p → 8 9B
8
5B → 8 4Be + e + + ν e (E ∈ [0,6 MeV, 20 MeV])
8
5B → 2 × 4 2He
→ Idee: Messe das Spektrum der Solarneutrinos auf der Erde,
Freigesetzte Energie E pro Zyklus 26,2 MeV ⇒≈ 10 38 1/s
→ Flussdichte der Solarneutrinos auf Erde
Messungen
(1) R.Davies (1964) Chlor-Tank 600t, C 2 Cl 4 in Goldmine, 1000m unter Oberfläche
Reaktion: 37 Cl + ν e → 37 Ar + e −
Ar (gasförmig) wird extrahiert: Zählrate: ein ν e / 3 Tage = 30% der erwarteten Detektionsrate
(Nobelpreis 2002)
(2) Gallex Im Gran-Sasso Tunnel (Italien) 1991 - 1997, 30t GaCl 3 , Reaktion:
71 Ga + ν e → 71 Ge + e − , E ν ≥ 0, 71 MeV, Germanium wird aus Detektor extrahiert
Zählrate: 0,75 ν e / Tag ≈ 0,65 % der erwarteten Zählrate
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