Inhaltsverzeichnis. Vorwort

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1 V Inhaltsverzeichnis Vorwort XI 1 Entdeckung der Radioaktivität, natürliche Radioaktivität Entdeckung Natürliche Radioaktivität Die kosmische Strahlung Strahlenarten und natürliche Zerfallsreihen Zerfallsgesetze, radioaktives Gleichgewicht Die Entdeckung des Atomkerns (Rutherford-Streuung) Wirkungsquerschnitt und Massenbelegung Übungsaufgaben 19 2 Die statistische Natur des radioaktiven Zerfalls Übungsaufgaben 25 3 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie Wechselwirkung geladener Teilchen mit Materie Wechselwirkung schwerer, geladener Teilchen mit Materie Wechselwirkung von Elektronen mit Materie Wechselwirkung von Positronen mit Materie Wechselwirkung von Neutronen mit Materie Wechselwirkung von Photonenstrahlung mit Materie Compton-Streuung Photoeffekt Paarbildung Totaler Absorptionsquerschnitt Sekundärprozesse Übungsaufgaben 54 4 Strahlungsdetektoren Prinzipien Kalorimeter 57

2 VI Inhaltsverzeichnis Gas-Ionisationsdetektoren Festkörper-Ionisationsdetektoren Szintillationsdetektoren Cerenkov-Detektor Teilchenspurdetektoren Thermolumineszenzdetektoren Spezialdetektoren Elektronische Impulsverarbeitung Übungsaufgaben 81 5 Neue Teilchen und künstliche Radioaktivität Isotope Die Entdeckung des Neutrons Die Entdeckung des Positrons Künstliche Radioaktivität Übungsaufgaben 89 6 AufbauderAtomkerne Kernmassen Statische elektrische undmagnetischefelder Massenspektrometer Massenbestimmung über Kernumwandlungen Die Größe des Atomkerns Übungsaufgaben Das Tröpfchenmodell des Atomkerns Isotopentafel Das Tröpfchenmodell Stabilität gegen β-zerfall Stabilität gegen Nukleonenemission Stabilität gegen Spaltung Übungsaufgaben Die quantenmechanische Behandlung des Atomkerns Grundlagen Zur Lösung der Schrödinger-Gleichung Das Schalenmodell, Einzelteilchenniveaus Kollektive Anregungen Kernmomente Elektrische Momente Magnetische Momente Experimentelle Bestimmung von Kernspin und -momenten Kernspin Kernmomente Niveauübergänge 142

3 Inhaltsverzeichnis VII 8.8 Übungsaufgaben Der Mößbauer-Effekt Nukleare Resonanzabsorption Natürliche Linienbreiten Anwendungen der Mößbauer-Spektrometrie Übungsaufgaben Die Theorie des α-zerfalls Modell des α-teilchens im Potential des Restkerns Ergänzende Bemerkungen zum α-zerfall Übungsaufgaben Der β-zerfall Das β-spektrum Fermis Theorie des β-zerfalls Der experimentelle Nachweis des Neutrinos Die Neutrinomassen Die schwache Wechselwirkung β-übergänge: Drehimpulse, Matrixelemente, Kopplungskonstante Die Paritätsverletzung Übungsaufgaben Kernreaktionen Grundlagen Erhaltungssätze und Kinematik Qualitativer Verlauf von Anregungsfunktionen Die quantenmechanische Behandlung der Streuung Kernpotentiale und das optische Modell Die R-Matrix-Theorie Reaktionsmodelle Compoundkernreaktionen Direkte Kernreaktionen Übungsaufgaben Kernspaltung Zur Geschichte der Kernspaltung Physikalische Grundlagen, Kettenreaktion Die Atombombe Physik der Kernreaktoren Typen von Kernreaktoren Leichtwasserreaktor: Siedewasserreaktor (BWR Boiling Water Reactor), Druckwasserreaktor (PWR Pressurized Water Reactor) Natururanreaktor (CANDU-Reaktor) Graphitmoderierte Reaktoren 254

4 VIII Inhaltsverzeichnis Schneller Brüter Sicherheitsbewertung und Risiko Reaktorunfälle Beitrag der Kernenergie zur weltweiten Energiegewinnung Ein natürlicher Kernreaktor Übungsaufgaben Kernfusion Physikalische Grundlagen Die Fusionsbombe Fusionsreaktoren Trägheitseinschluss Magnetfeldeinschluss Probleme und potentielle Gefahren von Fusionsreaktoren Übungsaufgaben Elementsynthese Übungsaufgaben Dosimetrie und die biologische Wirkung von Strahlung Das Dosiskonzept Grundlagen und grundlegende Größen Angewandte Dosiskonzepte und Dosisgrößen Die biologische Wirkung der Strahlung Wirkung radioaktiver Strahlung Deterministische Schäden Stochastische Schäden Individuelle Unterschiede der Strahlenempfindlichkeit Hormesis Die Strahlenbelastung des Menschen Externe Strahlenbelastung Interne Strahlenbelastung Belastung durch Radon Strahlentherapie Übungsaufgaben Beschleuniger Elektrostatische Beschleuniger Cockcroft-Walton-Beschleuniger Van de Graaff-Beschleuniger Tandembeschleuniger Elektrodynamische Beschleuniger Linearbeschleuniger [200] Ringbeschleuniger Übungsaufgaben 374

5 Inhaltsverzeichnis IX 18 Elementarteilchen Die Idee der Elementarteilchen Entdeckungen der Hochenergiephysik Austauschkräfte und Wechselwirkungsteilchen Der Weg zum Standardmodell Das Standardmodell Erhaltungssätze und Symmetrie Leptonen Hadronen Der Higgs-Mechanismus Vereinheitlichte Theorie Übungsaufgaben 407 Anhang A Wellen und ihre mathematische Darstellung 409 Anhang B Die δ-distribution (Dirac sche δ-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

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