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Einführung in die Kernphysik von Friedmann, Harry (eBook)

  • Erscheinungsdatum: 22.01.2015
  • Verlag: Wiley-VCH
eBook (ePUB)
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Einführung in die Kernphysik

Das Buch deckt einen sehr großen Bereich der Kernphysik ab,d.h. es werden sowohl experimentelle als auch theoretische Aspektebeleuchtet sowie Anwendungen (Kernspaltung, Kernfusion,medizinischen Anwendungen, Strahlenschutz) ausführlichbehandelt. Der Aufbau folgt der historischen Entwicklung.Schließlich wird auch Basiswissen aus der Teilchenphysik kurzangesprochen. Harry Friedmann ist Gruppensprecher der Gruppe Kernphysik an derFakultät für Physik der Universität Wien.Während und nach seinem Studium beschäftige er sich mitneutroneninduzierten Kernreaktionen sowie der Messung vonRadiokohlenstoff. Außerdem führte er Rechnungen nach demstatistischen Modell durch. Später wandte er sich derUmweltradioaktivität zu und arbeitete an derErdbebenprognoseforschung auf Basis von Radonmessungen in Luft undWasserproben. Er konzipierte und leitete das ÖsterreichischeNationale Radonprojekt. Daneben entwickelte erSpektroskopie-Software und arbeitet an Untersuchungen vonSchwerionenreaktionen nahe und unter der Coulombbarriere. Er istAutor zahlreicher Publikationen in wissenschaftlichen Zeitschriftensowie eines Buches über natürliche Radioaktivität.

Produktinformationen

    Format: ePUB
    Kopierschutz: AdobeDRM
    Seitenzahl: 400
    Erscheinungsdatum: 22.01.2015
    Sprache: Deutsch
    ISBN: 9783527677412
    Verlag: Wiley-VCH
    Größe: 16299 kBytes
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Einführung in die Kernphysik

1

Entdeckung der Radioaktivität, natürliche Radioaktivität

1.1 Entdeckung

Die Entdeckung der natürlichen Radioaktivität erfolgte 1896 durch Henri Becquerel, als er im Anschluss an die von Röntgen entdeckte Strahlung, bei der von Poincaré als Ausgangspunkt der Strahlung fälschlicherweise der grüne Phosphoreszenzfleck der Geißlerröhre vermutet wurde, Untersuchungen an phosphoreszierenden Stoffen durchführte. Als glücklicher Umstand erwies sich, dass er im Besitz von (phosphoreszierenden) Uransalzen war und sehr bald feststellen konnte, dass diese Substanzen durch Papier und Aluminium hindurch fotografische Platten schwärzen konnten. Die ersten Ergebnisse wurden am 24. Februar 1896 veröffentlicht (Sitzung der franz. Akademie d. Wissenschaften), aber schon am 5. März 1896 erkannte er, dass keine Vorbelichtung der verwendeten Uransalze notwendig war, um die fotografische Wirkung zu erzielen. Außerdem konnte er zeigen, dass andere phosphoreszierende Substanzen diese Wirkung nicht besaßen. Schließlich folgerte er, dass die Strahlung eine Eigenschaft des Uranatoms war und in keinem Zusammenhang mit der Phosphoreszenz der ursprünglich untersuchten Substanzen stand. Die ausgesandten Strahlen hatten große Ähnlichkeit mit Röntgenstrahlen und wurden später als Becquerel-Strahlen bezeichnet.

Wir wissen heute, dass neben Uran noch viele andere Elemente radioaktive Strahlung emittieren, ohne dass dem eine durch den Menschen verursachte Aktivierung (Kernumwandlung) vorangeht. Man bezeichnet solche, ohne menschliches Zutun bestehende, Radioaktivität als natürliche Radioaktivität. Durch Messung, z. B. mittels eines Geigerzählers, kann man sich leicht überzeugen, dass dies kein selten auftretendes Phänomen ist, sondern vielmehr als allgegenwärtig angesehen werden kann. So ist Uran in Spurenelementen nahezu überall in der anorganischen Natur vorhanden, und auch in der Biosphäre werden verschiedene radioaktive Substanzen in alle Körper eingebaut, so dass es keine Lebewesen gibt, die nicht auch von sich aus radioaktiv sind.

Schon sehr früh erkannte man, dass mit der Radioaktivität eine Elementumwandlung verbunden ist, wobei sich die Menge des Ausgangselements (und auch die Strahlenintensität) exponentiell verringert. Es waren der neuseeländische Physiker Ernest Rutherford (Nobelpreis für Chemie 1908) und der englische Chemiker Frederick Soddy, die an der McGill Universität in Montreal die Theorie der Elementumwandlung entwickelten [1-6]. Der Nachweis erfolgte durch chemisches Abtrennen der Elemente. Für die Intensität I der Strahlung oder die Anzahl N der Atome eines Elementes ergab sich als Funktion der Zeit t folgendes Verhalten:

(1.1)

mit I o der Intensität, N o der Atomzahl zum Zeitpunkt t = 0 und , einer für das untersuchte Element charakteristischen Konstante. Man bezeichnet als Zerfallskonstante und - wie man leicht einsieht - T 1/2 = ln(2)/ als Halbwertszeit und = 1/ als mittlere Lebensdauer. Aufgrund von Ablenkungsversuchen im Magnetfeld konnten verschiedene Strahlenarten und Energien nachgewiesen werden, die schließlich durch Ernest Rutherford [7, 8] in drei Arten von Strahlung eingeteilt wurden, und zwar die -Strahlung, die, wie man heute weiß, aus Heliumkernen besteht, die beta -Strahlung, die aus Elektronen besteht, und die Gamma -Strahlung, die hochenergetische, elektromagnetische Strahlung ist.
1.2 Natürliche Radioaktivität

Aus der Tatsache, dass die Radioaktivität exponentiell abnimmt, sollte man schließen können, dass nach genügend langer Zeit keine Radioaktivität mehr vorhanden sein dürfte. Es stellt sich also die Frage, wieso eine natürliche Radioaktivität überhaupt nachweisbar ist bzw. wie sie entstanden ist. Zwei Mechanismen der Entstehung radioaktiver Substanzen sind denkbar, und beide tragen zur

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