Einführung in die Kernphysik

Das Buch deckt einen sehr großen Bereich der Kernphysik ab, d.h. es werden sowohl experimentelle als auch theoretische Aspekte beleuchtet sowie Anwendungen (Kernspaltung, Kernfusion, medizinischen Anwendungen, Strahlenschutz) ausführlich behandelt. Der Aufbau folgt der historischen Entwicklung. Schließlich wird auch Basiswissen aus der Teilchenphysik kurz angesprochen.

Autorentext
Harry Friedmann ist Gruppensprecher der Gruppe Kernphysik an der Fakultät für Physik der Universität Wien. Während und nach seinem Studium beschäftige er sich mit neutroneninduzierten Kernreaktionen sowie der Messung von Radiokohlenstoff. Außerdem führte er Rechnungen nach dem statistischen Modell durch. Später wandte er sich der Umweltradioaktivität zu und arbeitete an der Erdbebenprognoseforschung auf Basis von Radonmessungen in Luft und Wasserproben. Er konzipierte und leitete das Österreichische Nationale Radonprojekt. Daneben entwickelte er Spektroskopie-Software und arbeitet an Untersuchungen von Schwerionenreaktionen nahe und unter der Coulombbarriere. Er ist Autor zahlreicher Publikationen in wissenschaftlichen Zeitschriften sowie eines Buches über natürliche Radioaktivität.

Inhalt
1 Entdeckung der Radioaktivität, natürliche Radioaktivität 1.1 Entdeckung 1.2 Natürliche Radioaktivität 1.3 Die kosmische Strahlung 1.4 Strahlenarten und natürliche Zerfallsreihen 1.5 Zerfallsgesetze, radioaktives Gleichgewicht 1.6 Die Entdeckung des Atomkerns (Rutherford-Streuung) 1.7 Wirkungsquerschnitt und Massenbelegung 2 Die statistische Natur des radioaktiven Zerfalls 3 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie 3.1 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie 3.1.1 Wechselwirkung schwerer, geladener Teilchen mit Materie 3.1.2 Wechselwirkung von Elektronen mit Materie 3.1.3 Wechselwirkung von Positronen mit Materie 3.2 Wechselwirkung von Neutronen mit Materie 3.3 Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie 3.3.1 Compton-Streuung 3.3.2 Photoeffekt 3.3.3 Paarbildung 3.3.4 Totaler Absorptionsquerschnitt 3.4 Sekundärprozesse 4 Strahlungsdetektoren 4.1 Prinzipien 4.1.1 Kalorimeter 4.1.2 Gas-Ionisationsdetektoren 4.1.2.1 Stromkammer 4.1.2.2 Impulsionisationskammer 4.1.2.3 Proportionalzähler 4.1.2.4 Geiger-Müller-Zähler 4.1.3 Festkörper-Ionisationsdetektoren 4.1.4 Szintillationsdetektoren 4.1.4.1 Anorganische Szintillatoren 4.1.4.2 Organische Szintillatoren 4.1.5 Cerenkov-Detektor 4.1.6 Teilchenspurdetektoren 4.1.6.1 Nebelkammer (Cloud chamber) und Diffusionskammer 4.1.6.2 Blasenkammer (Bubble chamber) 4.1.6.3 Photographische Methode ? Kernspuremulsion 4.1.6.4 Vieldrahtkammern (Multi-wire chambers) 4.1.7 Thermolumineszenzdetektoren 4.1.8 Spezialdetektoren 4.2 Elektronische Impulsverarbeitung 5 Neue Teilchen und künstliche Radioaktivität 5.1 Isotope 5.2 Die Entdeckung des Neutrons 5.3 Die Entdeckung des Positrons 5.4 Künstliche Radioaktivität 6 Aufbau der Atomkerne 6.1 Kernmassen 6.1.1 Statische elektrische und magnetische Felder 6.1.2 Massenspektrometer 6.1.3 Massenbestimmung über Kernumwandlungen 6.2 Die Größe des Atomkerns 7 Das Tröpfchenmodell des Atomkerns 7.1 Isotopentafel 7.2 Das Tröpfchenmodell 7.3 Stabilität gegen ß-Zerfall 7.4 Stabilität gegen Nukleonenemission 7.5 Stabilität gegen Spaltung 8 Die quantenmechanische Behandlung des Atomkerns 8.1 Grundlagen 8.2 Zur Lösung der Schrödinger-Gleichung 8.3 Das Schalenmodell, Einzelteilchenniveaus 8.4 Kollektive Anregungen 8.5 Kernmomente 8.5.1 Elektrische Momente 8.5.2 Magnetische Momente 8.6 Experimentelle Bestimmung von Kernspin und -momenten 8.6.1 Kernspin 8.6.2 Kernmomente 8.7 Niveauübergänge 9 Der Mößbauer-Effekt 9.1 Nukleare Resonanzabsorption 9.2 Natürliche Linienbreiten 9.3 Anwendungen der Mößbauer-Spektrometrie 10 Die Theorie des a-Zerfalls 10.1 Modell des a-Teilchens im Potential des Restkerns 10.2 Ergänzende Bemerkungen zum a-Zerfall 11 Der ß-Zerfall 11.1 Das ß-Spektrum 11.2 Fermis Theorie des ß-Zerfalls 11.3 Der experimentelle Nachweis des Neutrinos 11.4 Die Neutrinomassen 11.5 Die schwache Wechselwirkung 11.6 Erlaubte und verbotene Übergänge 11.7 Die Paritätsverletzung 12 Kernreaktionen 12.1 Grundlagen 12.2 Erhaltungssätze und Kinematik 12.3 Qualitativer Verlauf von Anregungsfunktionen 12.4 Die quantenmechanische Behandlung der Streuung 12.5 Kernpotentiale und das optische Modell 12.6 Die R-Matrix-Theorie 12.7 Reaktionsmodelle 12.7.1 Compoundkernreaktionen 12.7.2 Direkte Kernreaktionen 13 Kernspaltung 13.1 Zur Geschichte der Kernspaltung 13.2 Physikalische Grundlagen, Kettenreaktion 13.3 Die Atombombe 13.4 Physik der Kernreaktoren 13.5 Typen von Kernreaktoren 13.5.1 Leichtwasserreaktor: Siedewasserreaktor (BWR - Boiling Water Reactor), Druckwasserreaktor (PWR - Pressurized Water Reactor) 13.5.2 Natururanreaktor (CANDU-Reaktor) 13.5.3 Graphitmoderierte Reaktoren 13.5.4 Schneller Brüter 13.6 Sicherheitsbewertung und Risiko 13.7 Kernreaktorunfälle 13.8 Beitrag der Kernenergie zur weltweiten Energiegewinnung 13.9 Ein natürlicher Kernreaktor 14 Kernfusion 14.1 Physikalische Grundlagen 14.2 Die Fusionsbombe 14.3 Fusionsreaktoren 14.3.1 Trägheitseinschluss 14.3.2 Magnetfeldeinschluss 14.3.3 Probleme und Auswirkungen von Fusionsreaktoren 15 Elementsynthese 16 Dosimetrie und die biologische Wirkung von Strahlung 16.1 Das Dosiskonzept 16.1.1 Grundlagen und grundlegende Größen 16.1.2 Angewandte Dosiskonzepte und Dosisgrößen 16.2 Die biologische Wirkung der Strahlung 16.2.1 Wirkung radioaktiver Strahlung 16.2.2 Deterministische Schäden 16.2.3 Stochastische Schäden 16.2.4 Individuelle Unterschiede der Strahlenempfindlichkeit 16.2.5 Hormesis 16.3 Die Strahlenbelastung des Menschen 16.3.1 Externe Strahlenbelastung 16.3.2 Interne Strahlenbelastung 16.3.3 Belastung durch Radon 16.4 Strahlentherapie 17 Beschleuniger 17.1 Elektrostatische Beschleuniger 17.1.1 Cockcroft-Walton-Beschleuniger 17.1.2 Van de Graaf Beschleuniger 17.1.3 Tandembeschleuniger 17.2 Elektrodynamische Beschleuniger 17.2.1 Linearbeschleuniger 17.2.2 Ringbeschleuniger 17.2.2.1 Betatron 17.2.2.2 Zyklotron 17.2.2.3 Stabilität und Fokussierung bei Ringbeschleunigern 17.2.2.4 Isochronzyklotron (Thomas-Zyklotron) 17.2.2.5 Synchrotron (Synchro-Zyklotron) 17.2.2.6 Zusatzeinrichtungen 18 Elementarteilchen 18.1.Die Idee der Elementarteilchen 18.1 Entdeckungen der Hochenergiephysik 18.2 Austauschkräfte und Wechselwirkungsteilchen 18.3 Das Standardmodell 18.3.1 Hadronen 18.3.2 Leptonen 18.3.3 Erhaltungssätze 18.4 Vereinheitlichte Theorien Anhang A - Wellen und ihre mathematische Darstellung Anhang B - Die delta-Distribution (Diracsche delta-Funktion) Anhang C - Vektoren und Differentialoperatoren Anhang D - Einige formale Grundzüge der Quantenmechanik Anhang E - Störungsrechnung und Fermis Goldene Regel Anhang F - Die Bornschen Näherungen Anhang G - Feynman-Diagramme Sachverzeichnis Personenverzeichnis

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