Physik 4: Skalen und Strukturen
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- Waltraud Brinkerhoff
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1 Physik 4: Skalen und Strukturen Kapitel : Kernphysik.1 Grundlagen.2 Kerneigenschaften. Bindungsenergien.4 Kernzerfälle.5 Kernreaktionen.6 Anwendungen
2 Geometrischer Wirkungsquerschnitt Gesamtfläche A, n Streuzentren Streuwahrscheinlichkeit p n r A 2
3 Rutherford-Streuung Coulomb-Streuung von punktförmigen, spinlosen Teilchen
4 Rutherford-Streuung
5 Zerfallsgesetz (Aktivität A) ) ln 2 / exp( ln 2 ) exp( ) ( ) ( ) ( ) ( 2 1/ 2 1/ 0 0 T T N t N t N t N t N A t
6 Unschärferelation für Zerfälle Breit-Wigner-Spektrum Messung Z 0 -Resonanz E
7 Nuklid-Karte
8 Ausschnitt Nuklidkarte N=Z
9 Massenbestimmung Ionenfallen Messung am Triga-Reaktor in Mainz
10 Doppelfokussierendes Spektrometer
11 Massenspektrometer Restgasprobe
12 Solare Häufigkeit der Elemente
13 Ladungsverteilung - Formfaktoren f(r) F(q)
14 Bestimmung der Ladungsdichten
15 Bindungsenergie pro Nukleon
16 Tröpfchenmodell Oberfläche: 4 R 2 Volumen: 4/ R Oberfläche/Volumen: /R A -1/
17 Fermi-Gas-Modell
18 Abweichungen vom Tröpfchenmodell
19 Effekte des Schalenmodells des Kerns Bindungenergie(Z,N) Doppelt magische Kerne bei 2 x (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126)
20 Zerfälle in N-Z Ebene
21 Alpha-, +, - und Electron Capture
22 Beta-Zerfallsarten
23 Projekt Poltergeist
24 Raymond Davies Jr. In jeder Sekunde durchdringen uns 100 Milliarden Neutrinos
25 ...aber Sie merken nichts davon nur ein Neutrino aus dem All reagiert mit Ihnen in Lebenszeit... Mittlere Distanz durch Materie bis Reaktion stattfindet: 1.6 Milliarden Erden!..besser bei hohen Energien
26
27 am geographischen Südpol Kapitel
28 Aufbau seit 2005: Fertigstellung Ende Dezember 2010 Kapitel Der IceCube-Detektor (1 km!) Sensoren in 1450 bis 2450 m Tiefe 86 Löcher mit jeweils 60 Sensoren
29 Beta Zerfälle
30 Bindungsenergie [MeV] Kapitel Beta-Zerfälle Z : p n + e + + e - : n p + + e - + anti- e
31 Doppelter Beta-Zerfall Suche nach neutrinolosem Beta-Zerfall ist wichtiges Forschungsthema Empfindliche Neutrinomassenmessung Neutrino und Antineutrino müssen übereinstimmen!
32
33 Katrin Neutrinomassen-Experiment
34 Quantenmechanischer Tunneleffekt
35 Alpha-Zerfall Lebensdauer
36
37
38 Induzierte Kernspaltung Thermisches Neutron
39 Kernspaltung Spaltbarriere Asymmetrische Verteilung der Zerfallsprodukte
40 Abschirmung radioaktiver Strahlung
41 Belastung von Bevölkerungsgruppen
42 Marsflug 15 monatiger Flug mindestens 1 Sv Bei heftigem Sonnensturm bis zu 10 x höher
43 Natürliche Belastung durch Radon abhängig vom Gestein im Untergrund aber auch Belastung in Betongebäuden!
44 Fluss Kapitel Kosmische Strahlung Bei niedrigen Energien: Protonen, Kerne Bei mittleren Energien: Protonen Bei ganz hohen Energien Kerne? Energie (ev) Fluss nimmt sehr stark mit Energie ab (Fluss ~ Energie -2,7 )
45 AUGER Experiment
46 Höchste Energien Winziges Proton mit Energie eines Tennisballs beim schnellsten Aufschlag (oder Ziegelstein aus 1 m Höhe)
47 mitten in der Pampa Provinz Mendoza Höhe: 1400 m Fläche: 000 m 2 Detektoren: 1600 Saarland schon wieder muss das arme Saarland herhalten
48 Kohlenstoff-14 Methode Erzeugung von n durch kosmische Strahlung in Atmosphäre (Spallation): Sobald Austausch unterbrochen:
49 Natürliche Schwankungen Kernwaffen-Fallout Kapitel Schwankungen 14-C Anteil Viel Sonnenflecken : geringer 14-C Anteil
50 Kohlenstoff 14-Datierung Korrekturen sind nötig! Dendochronologie (Jahresringe) langlebiger Bäume
51 Kernspinresonanz Ohne Magnetfeld mit Magnetfeld E h E = 2 m z B o g/2 B o Larmorfrequenz g/2 = MHz / Tesla for proton In Wirklichkeit nur 0.000% mit Magnetfeld ausgerichtet
52 Kernspinresonanz Vor Energieeinstrahlung: B o Niedrigere Energie Höhere Energie Nach Energieeinstrahlung: Boltzmann-Gleichung: N - /N + = e E/kT Relaxation: Bei Raumtemperatur: N - /N + ~ /100006
53 Magnetische Spinresonanz Tesla
54 Magnetische Spinresonanz Echtzeit Tomographie seit 2010 möglich
55 Kettenreaktion
56 Uran Einfangswirkungsquerschnitt 1 / Geschwindigkeit + Resonanzen
57 Prinzip des Druckwasserreaktors
58 Cherenkovstrahlung Krümmel-Reaktor Blick ins Innere des Reaktors Krümmel Neutron-Energieverteilung
59 Fukushima: anrollender Tsunami
60 Tsunami im Reaktorkomplex
61 Ausströmendes radioaktives Wasser
62 Zustand von Fukushima (Mai 2011)
63 Fusionsreaktionen
64 Livermore NIF Laser 1.2 Milliarden Dollar für National Ignition Facility 192 Laserstrahlen treffen auf 2 mm großes Kügelchen mit gefrorenem Deuterium und Tritium (1 Mega-Joule Energie in wenigen ns) Aber: nur 4-6 Pulse pro Tag!!!! Herbst 2010: erstmalig Dichte und Temperatur zur Zündung erreicht
65 Deuterium/Tritium Pellet
66 NIF Herbst 2010: Vorher nachher Kühlfinger werden kurz vor Schuss weggeklappt
67 Prinzip des Tokamaks Sehr schematisch entspricht nicht heutiger Planung
68 Kernfusion im ITER-Tokamak
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