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Kernphysik
Zweig der Physik, in dem Struktur und Eigenschaften der Atomkerne, die Kernkräfte, die Vielfalt und Stabilität der Atomkerne sowie die Wechselwirkung von Kernen untereinander, von Kernen mit ihren Bestandteilen, den Nukleonen (Protonen und Neutronen), und mit den übrigen Elementarteilchen untersucht werden. Die Kernphysik ist eng mit Atom- und Elementarteilchenphysik verbunden. Theoretische Grundlagen sind die Quantenmechanik, Quantenelektrodynamik und spezielle Relativitätstheorie.
Man unterteilt die Kernphysik in:
1. Niederenergiekernphysik (klassische Kernphysik), die sich mit den physikalischen Eigenschaften der Atomkerne und den zwischen den Kernbausteinen wirkenden Kernkräften beschäftigt,
2. Mittelenergiekernphysik bei Energien jenseits der Schwelle der Mesonenerzeugung (etwa 300 MeV) und
3. Schwerionenphysik (Schwerionenforschung), bei der künstlich beschleunigte Kerne zur Untersuchung von Kernphänomenen herangezogen werden.
Experimentelle Daten über die Kerneigenschaften werden aus Kernreaktionen, Streuexperimenten, massen- und kernspektroskopischen Untersuchungen, der Hyperfeinstruktur der Atomspektren (Mößbauer-Effekt), Verfahren zur Untersuchung der Kernspinresonanz u. a. gewonnen. Zur theoretischen Interpretation der Ergebnisse sind zahlreiche Modellvorstellungen (Kernmodelle) über den Aufbau der Atomkerne und die Wechselwirkungskräfte zwischen ihren Bausteinen entwickelt worden.
Kernphysikalische Methoden werden u. a. in der medizinischen Diagnostik und Therapie, der Materialforschung, Spurenanalyse, Altersbestimmung, bei der Bestrahlung von Lebensmitteln, der biologischen Wachstums- und Mutationsbeeinflussung und forensisch eingesetzt. Aus der Anwendung der Kernphysik ist die Kerntechnik hervorgegangen ...
Teilchen
Korpuskel, Partikel, kleine Körper (z. B. Staub- oder Schwebeteilchen in Gasen, Kolloide), kleinste Teile chemischer Verbindungen und Elemente (Moleküle, Ionen, Atome), Bestandteile des Atoms (Elektronen) und Atomkerns (Nukleonen) sowie alle Elementarteilchen.
Atomare und subatomare Teilchen lassen sich nicht mit den klassischen physikalischen Gesetzen, sondern nur mit denen der Quantenphysik beschreiben; ihr besonderes Verhalten zeigt sich v. a. im Dualismus von Welle und Teilchen (Quantentheorie) ...
Atomkerne und Kernbestandteile
Verfolgt man die Geschichte der Entwicklung der Vorstellungen vom Atom, so zeigt sich: Zunächst wurden Erkenntnisse über die Struktur der Atomhülle gewonnen. Auch die ersten Atommodelle, insbesondere die Modelle von RUTHERFORD und von BOHR, führten zu genaueren Vorstellungen über die Atomhülle und die Vorgänge in ihr. Vom Atomkern war zwar bekannt, dass er positiv geladen ist und nur einen geringen Raum einnimmt. Vorstellungen über seine Abmessungen und seine Bestandteile gewann man erst ab den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts.
Atomkerne sind dadurch gekennzeichnet, dass
sie nur einen geringen Raum im Atom einnehmen,
in ihnen fast die gesamte Masse des Atoms konzentriert ist und
sich in ihnen die gesamte positive Ladung des Atoms befindet.
Die Kernbestandteile werden auch als Nukleonen bezeichnet. Es sind die positiv geladenen Protonen und die elektrischen neutralen Neutronen, die im Kern dicht gepackt vorliegen und die erstmals 1932 von JAMES CHADWICK (1891-1974) experimentell nachgewiesen wurden, nachdem ihre Existenz bereits 1921 von ERNEST RUTHERFORD vorhergesagt worden war.
Die Massen von Proton und Neutron sind näherungsweise gleich und etwa 1800-mal so groß wie die Masse eines Elektrons. Beachtet man, dass in einem Atom bei mittlerer Ordnungszahl ca. 50 Elektronen und ca. 100 Nukleonen vorhanden sind, dann ergibt sich: Die Masse des Atoms ist etwa gleich der Masse des Atomkerns und diese Masse wiederum ist näherungsweise gleich der Masse aller seiner Prozonen Z und seiner Neutronen N ...
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