Buch, Deutsch, 494 Seiten, Format (B × H): 172 mm x 241 mm, Gewicht: 1077 g
ISBN: 978-3-527-41248-8
Verlag: Wiley-VCH GmbH
Autoren/Hrsg.
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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
Vorwort xi
1 Entdeckung der Radioaktivität, natürliche Radioaktivität 1
1.1 Entdeckung 1
1.2 Natürliche Radioaktivität 2
1.3 Die kosmische Strahlung 3
1.4 Strahlenarten und natürliche Zerfallsreihen 5
1.5 Zerfallsgesetze, radioaktives Gleichgewicht 10
1.6 Die Entdeckung des Atomkerns (Rutherford-Streuung) 14
1.7 Wirkungsquerschnitt und Massenbelegung 17
1.8 Übungsaufgaben 19
2 Die statistische Natur des radioaktiven Zerfalls 21
2.1 Übungsaufgaben 25
3 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie 27
3.1 Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie 27
3.1.1 Wechselwirkung schwerer, geladener Teilchen mit Materie 28
3.1.2 Wechselwirkung von Elektronen mit Materie 36
3.1.3 Wechselwirkung von Positronen mit Materie 41
3.2 Wechselwirkung von Neutronen mit Materie 42
3.3 Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie 44
3.3.1 Compton-Streuung 45
3.3.2 Photoeffekt 48
3.3.3 Paarbildung 50
3.3.4 Totaler Absorptionsquerschnitt 51
3.4 Sekundärprozesse 54
3.5 Übungsaufgaben 54
4 Strahlungsdetektoren 57
4.1 Prinzipien 57
4.1.1 Kalorimeter 57
4.1.2 Gas-Ionisationsdetektoren 58
4.1.3 Festkörper-Ionisationsdetektoren 66
4.1.4 Szintillationsdetektoren 69
4.1.5 Cerenkov-Detektor 72
4.1.6 Teilchenspurdetektoren 73
4.1.7 Thermolumineszenzdetektoren 76
4.1.8 Spezialdetektoren 77
4.2 Elektronische Impulsverarbeitung 78
4.3 Übungsaufgaben 81
5 Neue Teilchen und künstliche Radioaktivität 85
5.1 Isotope 85
5.2 Die Entdeckung des Neutrons 86
5.3 Die Entdeckung des Positrons 86
5.4 Künstliche Radioaktivität 88
5.5 Übungsaufgaben 89
6 AufbauderAtomkerne 91
6.1 Kernmassen 91
6.1.1 Statische elektrische undmagnetischeFelder 91
6.1.2 Massenspektrometer 94
6.1.3 Massenbestimmung über Kernumwandlungen 96
6.2 Die Größe des Atomkerns 99
6.3 Übungsaufgaben 105
7 Das Tröpfchenmodell des Atomkerns 107
7.1 Isotopentafel 107
7.2 Das Tröpfchenmodell 109
7.3 Stabilität gegen ß-Zerfall 113
7.4 Stabilität gegen Nukleonenemission 115
7.5 Stabilität gegen Spaltung 115
7.6 Übungsaufgaben 117
8 Die quantenmechanische Behandlung des Atomkerns 119
8.1 Grundlagen 119
8.2 Zur Lösung der Schrödinger-Gleichung 122
8.3 Das Schalenmodell, Einzelteilchenniveaus 125
8.4 Kollektive Anregungen 130
8.5 Kernmomente 132
8.5.1 Elektrische Momente 132
8.5.2 Magnetische Momente 135
8.6 Experimentelle Bestimmung von Kernspin und -momenten 138
8.6.1 Kernspin 138
8.6.2 Kernmomente 139
8.7 Niveauübergänge 142
8.8 Übungsaufgaben 149
9 Der Mößbauer-Effekt 153
9.1 Nukleare Resonanzabsorption 153
9.2 Natürliche Linienbreiten 157
9.3 Anwendungen der Mößbauer-Spektrometrie 158
9.4 Übungsaufgaben 161
10 Die Theorie des a-Zerfalls 163
10.1 Modell des a-Teilchens im Potential des Restkerns 163
10.2 Ergänzende Bemerkungen zum a-Zerfall 165
10.3 Übungsaufgaben 167
11 Der ß-Zerfall 169
11.1 Das ß-Spektrum 169
11.2 Fermis Theorie des ß-Zerfalls 171
11.3 Der experimentelle Nachweis des Neutrinos 176
11.4 Die Neutrinomassen 177
11.5 Die schwache Wechselwirkung 180
11.6 ß-Übergänge: Drehimpulse, Matrixelemente, Kopplungskonstante 181
11.7 Die Paritätsverletzung 183
11.8 Übungsaufgaben 189
12 Kernreaktionen 191
12.1 Grundlagen 191
12.2 Erhaltungssätze und Kinematik 194
12.3 Qualitativer Verlauf von Anregungsfunktionen 198
12.4 Die quantenmechanische Behandlung der Streuung 200
12.5 Kernpotentiale und das optische Modell 209
12.6 Die R-Matrix-Theorie 211
12.7 Reaktionsmodelle 215
12.7.1 Compoundkernreaktionen 216
12.7.2 Direkte Kernreaktionen 222
12.8 Übungsaufgaben 225
13 Kernspaltung 227
13.1 Zur Geschichte der Kernspaltung 227
13.2 Physikalische Grundlagen, Kettenreaktion 229
13.3 Die Atombombe 233
13.4 Physik der Kernreaktoren 244
13.5 Typen von Kernreaktoren 248
13.5.1 Leichtwasserreaktor: Siedewasserreaktor (BWR – Boiling Water Reactor), Druckwasserreaktor (PWR – Pressurized Water Reactor) 249
13.5.2 Natururanreaktor (CANDU-Reaktor) 253
13.5.3 Graphitmoderierte Reaktoren 254
13.5.4 Schneller Brüter 257
13.6 Sicherheitsbewertung und Risiko 258
13.7 Reaktorunfälle 262
13.8 Beitrag der Kernenergie zur weltweiten Energiegewinnung 266
13.9 Ein natürlicher Kernreaktor 267
13.10 Übungsaufgaben 271
14 Kernfusion 273
14.1 Physikalische Grundlagen 273
14.2 Die Fusionsbombe 278
14.3 Fusionsreaktoren 281
14.3.1 Trägheitseinschluss 282
14.3.2 Magnetfeldeinschluss 287
14.3.3 Probleme und potentielle Gefahren von Fusionsreaktoren 298
14.4 Übungsaufgaben 302
15 Elementsynthese 303
15.1 Übungsaufgaben 309
16 Dosimetrie und die biologische Wirkung von Strahlung 311
16.1 Das Dosiskonzept 311
16.1.1 Grundlagen und grundlegende Größen 311
16.1.2 Angewandte Dosiskonzepte und Dosisgrößen 317
16.2 Die biologische Wirkung der Strahlung 318
16.2.1 Wirkung radioaktiver Strahlung 318
16.2.2 Deterministische Schäden 321
16.2.3 Stochastische Schäden 323
16.2.4 Individuelle Unterschiede der Strahlenempfindlichkeit 325
16.2.5 Hormesis 329
16.3 Die Strahlenbelastung des Menschen 331
16.3.1 Externe Strahlenbelastung 332
16.3.2 Interne Strahlenbelastung 335
16.3.3 Belastung durch Radon 338
16.4 Strahlentherapie 341
16.5 Übungsaufgaben 346
17 Beschleuniger 347
17.1 Elektrostatische Beschleuniger 347
17.1.1 Cockcroft-Walton-Beschleuniger 348
17.1.2 Van de Graaff-Beschleuniger 349
17.1.3 Tandembeschleuniger 350
17.2 Elektrodynamische Beschleuniger 351
17.2.1 Linearbeschleuniger [200] 352
17.2.2 Ringbeschleuniger 357
17.3 Übungsaufgaben 374
18 Elementarteilchen 377
18.1 Die Idee der Elementarteilchen 377
18.2 Entdeckungen der Hochenergiephysik 378
18.3 Austauschkräfte und Wechselwirkungsteilchen 382
18.4 Der Weg zum Standardmodell 384
18.5 Das Standardmodell 388
18.5.1 Erhaltungssätze und Symmetrie 389
18.5.2 Leptonen 392
18.5.3 Hadronen 397
18.5.4 Der Higgs-Mechanismus 400
18.6 Vereinheitlichte Theorie 403
18.7 Übungsaufgaben 407
Anhang A Wellen und ihre mathematische Darstellung 409
Anhang B Die d-Distribution (Dirac’sche d-Funktion) 413
Anhang C Vektoren und Differentialoperatoren 415
Anhang D Einige formale Grundlagen der Quantenmechanik 425
Anhang E Störungsrechnung und Fermis Goldene Regel 435
Anhang F Die Born’schen Näherungen 439
Anhang G Feynman-Diagramme 443
Literaturverzeichnis 447
Personenverzeichnis 459
Sachverzeichnis 467
