Kernphysik - Walko.de
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Atommo<strong>de</strong>lle<br />
• 1913 (Bohr):<br />
Ergänzung <strong>de</strong>s Rutherfordschen Atommo<strong>de</strong>lls durch zwei Postulate:<br />
1. Quantenbedingung:<br />
Die Elektronen bewegen sich auf strahlungsfreien Bahnen. Diese<br />
Bahn wird durch die Quantenzahl n bestimmt. Auf je<strong>de</strong>r dieser<br />
Bahnen besitzt das Elektron eine bestimmte Energie E n mit<br />
E n = E pot + E kin .<br />
2. Frequenzbedingung:<br />
Beim Übergang von einer energiereicheren zu einer<br />
energieärmeren Bahn wird die Energie in Form eines Photons<br />
abgestrahlt:<br />
ΔE = E n -E m = h · f<br />
Beim umgekehrten Vorgang wird dieses Energiequant<br />
aufgenommen (absorbiert).<br />
Atommo<strong>de</strong>lle - Geschichte<br />
Grenzen:<br />
• Welleneigenschaften wur<strong>de</strong>n nicht berücksichtigt<br />
• theoretische Beschreibung ist nicht bei allen Atomen möglich (vor<br />
allem außer 1. Hauptgruppe)<br />
• Kugelform <strong>de</strong>r Atome wur<strong>de</strong> nicht erkannt, Bohr legte Kreisbahnen<br />
in einer Ebene zu Grun<strong>de</strong><br />
• exakte Bahnberechnungen stehen im Wi<strong>de</strong>rspruch zur<br />
Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation<br />
Physik 2000: Science Trek - Quantenatom<br />
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© Doris <strong>Walko</strong>wiak<br />
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© Doris <strong>Walko</strong>wiak<br />
Kernmo<strong>de</strong>lle<br />
Tröpfchenmo<strong>de</strong>ll<br />
• Die Nukleonen wer<strong>de</strong>n mit <strong>de</strong>n Molekülen in einem<br />
Flüssigkeitstropfen verglichen<br />
sehr starke Kräfte zwischen <strong>de</strong>n Kernteilchen (größer als<br />
elektrische Abstoßungskräfte), geringe Reichweite<br />
R ~ A 1/3 (R … Kernradius, A … Nukleonenzahl)<br />
Die Dichte aller Atomkerne ist etwa gleich.<br />
Die Bindungsenergie ist abhängig von <strong>de</strong>r Nukleonenzahl<br />
Innere Schwingungen können zur Zerstörung <strong>de</strong>s Kerns<br />
führen (Kernspaltung)<br />
• Beson<strong>de</strong>rs geeignet für große Kerne.<br />
Kernmo<strong>de</strong>lle<br />
Schalenmo<strong>de</strong>ll<br />
• Die Nukleonen befin<strong>de</strong>n sich auf verschie<strong>de</strong>nen<br />
Energieniveaus (ähnlich Elektronenhülle)<br />
Atomkern mit voll besetzten Schalen sind beson<strong>de</strong>rs<br />
stabil (2, 8, 20, 28, 50, 82 o<strong>de</strong>r 126 Nukleonen –<br />
magische Zahlen)<br />
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© Doris <strong>Walko</strong>wiak<br />
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© Doris <strong>Walko</strong>wiak<br />
Kernmo<strong>de</strong>lle<br />
Potentialtopfmo<strong>de</strong>ll<br />
• Beim Bil<strong>de</strong>n eines Atomkerns geben die<br />
Nukleonen Energie ab (Bindungsenergie)<br />
negative potentielle Energie<br />
(vergleichbar: Das Nukleon fällt in einen<br />
Topf.)<br />
• Um Nukleonen aus einem Atomkern wie<strong>de</strong>r<br />
herauszulösen, muss man ihnen Energie<br />
zuführen (Das Nukleon wird aus einem<br />
Topf "herausgehoben„.)<br />
h • Protonen sind gleich gela<strong>de</strong>n weniger<br />
Energie zum Herausheben notwendig<br />
(Potentialtopf ist nicht so tief wie für<br />
Neutronen) , dafür mehr für´s hineinbringen<br />
(Potentialwall muss überwun<strong>de</strong>n wer<strong>de</strong>n)<br />
• In schweren Atomkernen sind immer mehr<br />
Neutronen als Protonen zu fin<strong>de</strong>n, <strong>de</strong>nn<br />
bei<strong>de</strong> Töpfe sind ungefähr bis zum selben<br />
Energieniveau gefüllt.<br />
Aufbau <strong>de</strong>s Atoms<br />
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© Doris <strong>Walko</strong>wiak<br />
Bildquelle: W. Koelzer: Atomaufbau, Strahlung, Dosis, Abschirmung<br />
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© Doris <strong>Walko</strong>wiak<br />
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