Astronomie II (online-kurs)

KAPITEL 2. AUFBAU UND ENTWICKLUNG DER STERNE 18
1. Einheiten und Größen
typische Längeneinheit 1 fm = 10 −15 m = 1 Fermi
typische Energieeinheit 1 eV = 1.602 × 10 −19 J
atomare Masseneinheit 1 u = 1.66 × 10 −24 g = 913.5 MeV/c 2
Elementarladung e 2 = 1.44 MeV · fm
Boltzmannkonstante k B = 1 eV/110605 K
¯h 2 /m p 41.36 MeV · fm 2
2. Kernbausteine
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Elementarteilchen, die bei den uns interessierenden
Reaktionen von Bedeutung sind:
Teilchen
Antiteilchen
n p e − ν e ¯n ¯p e + ¯ν e
Masse Mev 939.6 938.3 0.511 0 939.6 938.3 0.511 0
c 2
Ladung [in e] 0 1 -1 0 0 -1 1 0
Spin [in ¯h] 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2
Baryonenzahl 0 0 1 1 0 0 -1 -1
Man beachte: Bei Kernreaktionen sind Energie und Drehimpuls und für unsere Anwendungen
auch die Baryonen- und Leptonenzahl Erhaltungsgrößen.
3. Kernaufbau: Bezeichnungen, Bindungsenergien
Atomkerne bestehen aus A Nukleonen, Z Protonen und N=A+Z Neutronen.
Dabei ist A die Massenzahl eines Atomkerns und Z seine Ladung. Man benutzt folgende Notation:
Insbesondere benutzt man
A
Z X N
1
1H = p
3
1H = t
2
1H = d
4
2He = α.
Atomkerne mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl werden als Isotope
bezeichnet. Viele Eigenschaften von Isotopen der Elemente lassen sich aus Nuklidkarten ablesen.
Eine wesentliche Größe zum Verständnis von Ketterreaktionen ist die Bindungsenergie. Das
ist die Energie, die aufgewendet werden muss, um einen Atomkern in seine Bestandteile zu
zerlegen. Über die Einsteinsche Energie-Masse-Äquivalenz kann die Bindungsenergie durch eine
Massendifferenz ausgedrückt werden
wobei
B(Z,N) = (Z mH + N mN − m(Z,N))c 2 ,
m H
m n
m(Z,N)
Masse des neutralen Wasserstoffs
Masse des Neutrons
Masse des zugehörigen Atoms.