Kernphysik

SS 2013, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Thomas Heinzel
Vorlesung: Kern- und Elementarteilchenphysik, inoffizielle Mitschrift
by: Christian Krause, Matr. 1956616 2 AUFBAU DER ATOMKERNE: EINIGE EXPERIMENTELLE FAKTEN
typischer Wert ≈ 7MeV, E b (A) = ?
Beobachtungen:
• E b steigt mit wachsendem A bis A=56, E max
b = E b ( 56
26F e)
• E b sinkt mit wachsendem A bis A > 56. Stabilitätskurve bricht ab bei A ≈ 240, obwohl
E b ≈ 7, 5MeV
Nuklidkarte: Trage Nuklide in (z,n)-Ebene ein
⇒ Stabile Kerne liegen nahe einer charakteristischen Kurve (Stabilitätskurve)
Nur Kerne (stabil oder instabil) nahe dieser Kurve existieren. Je größer der Kern wird, desto höher
ist sein Neutronenüberschuss → n wirken stabilisierend
im Folgenden: Erklärung von E b (A): Stabilitätsdiagramm
2.5.1 Nukleonen und das Pauli-Prinzip
n,p sind Fermionen → gehorchen der Fermi-Dirac Statistik, Besetzungsfunktion der Zustände:
1
f(E, µ, T ) =
e (E−µ)/kT + 1
µ ≡ chem. Potential
Stelle Fermi-Kante als scharfe Kante da → ∆E ≈ 1MeV >> kT im Kern sehr gut erfüllt
Darstellung als Quantentopf:
Potential der starken Wechselwirkung → Mittlere Potentiallandschaft ≈ Topf mit harten Wänden.
Form: Für p,n gleich
⇒ Töpfe separat für p,n darstellen. Unterschiede: In Folge der Coulomb-WW werden ersichtlich.
(siehe Skizze auf Folie)
Nuklidkarte: Auftragung aller stabilen + instabilen Kerne → in (z,A) liegen diese Nuklide nahe einer
Kurvenlinie.
Stabilitätsdiagramm: ∃ bei z 10 ein Neutronen-Überschuss
Grund: n wirken stabilisierend, als Abstandshalter zwischen den Protonen → Coulomb-Abstossung
wird reduziert.
Gedankenexperiment: Nuklid ohne Coulomb-WW, die dann angeschaltet wird.
Durch die Potentialanhebung der Coulomb-WW werden niedrigere Energiezustände für Neutronen
frei. Es kommt zum β + -Zerfall: p → n + e + + ν e
Bevölkerung der Zustände gem. Fermi-Dirac-Verteilung
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