Kernaufbau

• Kernbestandteile:
  • Proton
    • positiv geladen
    • Masse m_p ≈ 1836 m_e
    • hat Spin 1/2 und magnetisches Moment
  • Neutron
    • elektrisch neutral
    • Masse m_n ≈ m_p
    • hat Spin 1/2 und magnetisches Moment
    • zerfällt in Proton, Elektron und (Anti-)Neutrino
    • Halbwertszeit 15 min
  • gemeinsame Bezeichnung: Nukleonen
• Nuklide:
  • natürliche oder künstliche Kerne
  • zusammengesetzt aus Z Protonen und N Neutronen
  • Massenzahl
    • A = Z + N
  • Bezeichnungsweise
    • ^AX, X Elementsymbol
    • z.B. ¹H, ¹²C, ¹⁹⁷Au
  • Kerne mit gleichem Z (Isotope)
    • als neutrales Atom gleiche Zahl von Elektronen
    • gleiche chemische Eigenschaften
    • gleiches chemisches Element
    • verschiedene Massen , z.B. ¹H, ²H = ²D (Deuterium)
  • viele Kerne instabil
    
• Masse der Kerne:
  • näherungsweise Massenzahl
  • genauer: bezogen auf atomare Masseneinheit m_u
    • m_u = (Masse von ¹²C)/12 = 1.661 · 10^-27 kg
• Kerngröße:
  • Radius näherungsweise
    • R = R₀ A^1/3   mit R₀ = 1.2 · 10^-15 m
  • einige Kerne elliptisch
  • keine feste Oberfläche
• Bindungsenergie:
  • Bindungsenergie =
          Kernmasse - Summe der Nukleonenmassen  (gemäß E = mc² )
  • Energie pro Nukleon
    
  • Energiegewinnung durch Verschmelzen leichter Kerne
  • Energiegewinnung durch Spalten schwerer Kerne
  • stabilster Kern: ⁵⁶Fe
• Kernkräfte:
  • bewirken Bindung der Nukleonen
  • sehr stark, überwinden elektrische Abstoßung der Protonen
  • sehr kurze Reichweite (~ 1 fm)
  • komplizierte Restkräfte der Quark-Wechselwirkung
• Aufgaben:
  • Aufgabe 18