LEHRBUCH DER KERNPHYSIK

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Jobst Stein
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43918 LEHRBUCH DER KERNPHYSIK BAND II PHYSIK DER ATOMKERNE Herausgegeben von PROF. DR. G. HERTZ Direktor des Physikalischen Instituts der Karl-Marx-Universität Leipzig Mit Beiträgen von Dr. K. F.

1 43918 LEHRBUCH DER KERNPHYSIK BAND II PHYSIK DER ATOMKERNE Herausgegeben von PROF. DR. G. HERTZ Direktor des Physikalischen Instituts der Karl-Marx-Universität Leipzig Mit Beiträgen von Dr. K. F. Alexander, Dresden Dr. D. Geifiler, Leipzig Dr. K. Lanius, Berlin Prof. Dr. A. Lösche, Leipzig Dr. D. Lyons, Berlin Prof. Dr. G. Richter, Berlin Prof. Dr. J. Schintlmeister, Dresden Prof. Dr. C. F. Weiß, Leipzig Dr. S. Wohlrab, Berlin sowie einem Tabellenanhang, zusammengestellt von Dipl.-Phys. W. Lohmann, Leipzig Mit 328 Abbildungen B.G.TEUBNER VERLAGSGESELLSCHAFT. LEIPZIG

INHALT A. Eigenschaften der stabilen Kerne I. Aufbau und Systematik (Prof. Dr. J. Schinthneister) 11 1. Die Kernbausteine 11 2. Charakteristische meßbare Eigenschaften eines stabilen Kernes.. 13 3.

2 INHALT A. Eigenschaften der stabilen Kerne I. Aufbau und Systematik (Prof. Dr. J. Schinthneister) Die Kernbausteine Charakteristische meßbare Eigenschaften eines stabilen Kernes Einteilung der Kerne und Kerntypen Häufigkeit der Kerne Kräfte zwischen den Kernbausteinen 21 II. Massendefekt und Bindungsenergie (Prof. Dr. J. Schinthneister) Bindungsenergie, Massendefekt und Packungsanteil Die dreifach aufgespaltene Energiefläche Die magischen Zahlen; die Windungen der Energierinne 33 Jjiteratur 38 III. Spin und Momente (Prof. Dr. A. Lösche) Experimentelle Ergebnisse Zusammenhänge zwischen ßj und /; Schmidt-Diagramm Kernquadrupolmoniente 43 Literatur 44 B. Kernumwandlungen IV. Der radioaktive Zerfall (Prof. Dr. G. F. Weiß) Historische Einleitung Der exponentielle Zerfall und der Begriff der Aktivität Schwankungserscheinungen Allgemeine Zerfallstheorie Die natürlichen Zerfallsreihen Die Maßeinheit der Aktivität Isolierte natürlich aktive Nuklide Einige wichtige Eigenschaften des Radiums 73 Literatur zu Kapitel I und II 75 V. Spontane Kernumwandlungen (Prof. Dr. J. Schinthneister) Energetische Bedingungen für die spontanen Kernumwandlungen Die spontane Spaltung Die Emission von Alphateilchen 85 VI. Kernreaktionen einschließlich Kernspaltung (Prof. Dr. 0. Richter) Einführung Die grundlegenden Tatsachen über Kernreaktionen Die verschiedenen Arten von Kernreaktionen Der Zwischenkern oder Compoundkern Experimentelle Anordnungen zur Beobachtung von Kernreaktionen Die Äquivalenz von Masse und Energie bei Kernreaktionen 106

6 Inhalt 28. Bestimmung der Q-Werte und die Stoßgesetze bei Kernreaktionen 112 29. Beispiele zur Bestimmung angeregter Niveaus 119 30. Die Energieabhängigkeit des Wirkungsquersehnitts 127 31.

3 6 Inhalt 28. Bestimmung der Q-Werte und die Stoßgesetze bei Kernreaktionen Beispiele zur Bestimmung angeregter Niveaus Die Energieabhängigkeit des Wirkungsquersehnitts Ansätze zur Erklärung der Energieabhängigkeit des Wirkungsquerschnitts Genauere Beschreibung des Compoundmechanismus Der Wirkungsquerschnitt der Compoundbildung a c (a) für ungeladene Partikel Der Wirkungsquerschnitt von Reaktionen mit geladenen Teilchen Spezielle Kernreaktionen y-induzierte Reaktionen Kernreaktionen mit Neutronen Kernumwandlungen mit Protonen Kernreaktionen mit a-teilchen Kernreaktionen mit Deuteronen Kernreaktionen mit schweren Ionen" Coulomb-Anregung Kernprozesse mit Elektronen Kernreaktionen mit Neutrinos Erhaltungssätze bei Kernreaktionen Thermonukleare Reaktionen Thermonukleare Reaktionen als Quelle der stellaren Energie Kernspaltung Die Tatsachen der Kernspaltung Energetik der Kernspaltung Tropfchenmodell und Dynamik der Spaltung Die Asymmetrie der Spaltung Die ternäre Spaltung Wirkungsquerschnitte der verschiedenen Neutronenreaktionen: (n, y); (n, n); (n, ri); (n, «); (n, f) Photospaltung und sonstige Kernspaltungen Die Radioaktivität und andere Eigenschaften der Spaltprodukte ' Die Spaltneutronen (prompt neutrons) Die verzögerten Neutronen (delayed neutrons) Zur Theorie der Kernreaktionen 257 A. Der Compoundkern nach dem Fermigas-Modell und sein Zerfall Fermigas-Modell Die Temperatur" des Compoundkerns Das Anwachsen der Niveaudichte mit der Teilchenzahl und mit der Anregungsenergie Die Teilchenemission nach der Verdampfungstheorie Das Energiespektrum der verdampften Nukleonen Teilchenemission; Г-Breiten und Niveaudichten 268 B. Allgemeine Eigenschaften des Wirkungsquerschnitts Durch die Wellennatur der Materie bedingte Eigenschaften der Wirkungsquerschnitte Der Wirkungsquerschnitt für die Compoundkernbildung Wirkungsquerschnitte inverser Reaktionen Das Energiespektruni eines virtuellen Niveaus Der Wirkungsquerschnitt für Compoundbildung in der Nähe einer Resonanzstelle. Breit-Wigner-Formel ( Resonanztheorie") 287

Inhalt 1 68. Der Wirkungsquerschnitt bei Absorption und Streuung elektromagnetischer Wellen an Antennen 290 C. Kernreaktionen und Einteilchenmodell 293 69.

4 Inhalt Der Wirkungsquerschnitt bei Absorption und Streuung elektromagnetischer Wellen an Antennen 290 C. Kernreaktionen und Einteilchenmodell Streuung im Einteilchenmodell; vorbereitende Betrachtungen Neutronenstreuung am Topfpotential Streuung und Absorption von Neutronen an wirklichen Kernen Durchgang geladener Teilchen durch ebene Potentialbarrieren Durchgang geladener Teilchen durch eine kugelsymmetrische Potentialschwelle Durchlässigkeit des Coulomb-Walles für Teilchen mit endlichem Bahndrehimpuls Wellenmechanische Beschreibung der Teilchenemission durch den.. Coulomb-Wall 319 D. Mathematische Ergänzungen Entwicklung der ebenen Welle e,kz in eine Summe von Kugelwellen Die W.K.B.-Methode der angenäherten Lösung von Wellengleichungen 325 Literatur 332 VII. Kernprozesse bei extrem hohen Energien (Dr. K. Lankis) Die Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung Eigenschaften und Wechselwirkungen von L-Mesonen Eigenschaften, Erzeugung und Wechselwirkungen von JC-Mesonen und Hyperonen Antinukleonen Kernumwandlungen durch hochenergetische Teilchen 383 Literatur 391 C. Theorie der Atomkerne VIII. Theorie leichtester Kerne (Dr. D. Geißler) Allgemeines über Kernkräfte Grundzustand des Deuterons Angeregte Zustände des Deuterons Theoretische Deutung von Streuversuchen Methode der Partialwellen Neutron-Proton-Streuung bei niedrigen Energien; Theorie der effektiven Reichweite Proton-Proton-Streuung Richtungs- und geschwindigkeitsabhängige Kräfte Streuung bei hohen Energien Drei- und Viernukleonensysteme 444 Literatur 446 IX. Theorie leichter bis schwerer Kerne (Dr. S. Wohlrab) 447 Teil 1: Kernkräfte Ladungsunabhängigkeit der Kernkräfte Isospin für Nukleonensysteme Termsysteme leichter Kerne Zusammenfassung Sättigung und Austauschcharakter der Kernkräfte Sättigung Austauschpotentiale Austausehpotentiale und Sättigung 491

Inhalt 3. Kernkräfte und Mesonentheorie 494 99. Mesonenfeld 494 100. Mesonenpotentiale 497 4. Typen von Potentialen 500 Teil 2: Kernmodelle 501 1. Schalenmodell 502 A. Magische Zahlen. 502 101.

5 Inhalt 3. Kernkräfte und Mesonentheorie Mesonenfeld Mesonenpotentiale Typen von Potentialen 500 Teil 2: Kernmodelle Schalenmodell 502 A. Magische Zahlen Stabile Kerne Radioaktiver Zerfall Kernreaktionen 513 B. Theorie Allgemeines über Schalenmodelle Zentralfeld Spin-Bahn-Wechselwirkung Diskussion des Termsystems Fermigas-Modell 543 C. Vergleich mit dem Experiment Spins Magnetische Dipolmomente Elektrische Quadrupolmomente Angeregte Einzelteilchenzustände, y-zerfall (und ß-Zerfall) Stripping-Reaktionen Zusammenfassung zum Schalenmodell Kollektives Modell.588 A. Quadrupolmomente 588 B. Theorie Einleitung: Orientierende Betrachtungen Oberflächenschwingungen eines Kerns Wechselwirkung zwischen Rumpfund äußeren Teilchen Schwache Rumpf-Teilchen-Wechselwirkung Starke Rumpf-Teilchen-Wechselwinkung Rotation eines axialsymmetrisch deformierten Kerns 604 С Vergleich mit dem Experiment Spins Magnetische Momente Quadrupolmomente Angeregte kollektive (Rotations- und Schwingungs-)Zustände Isotopieverschiebung 636 D. Anschluß an das Schalenmodell (Fortsetzung der Theorie) Oszillatormodel] Realistisches deformierbares Schalenmodell Compoundkern-Modell 650 A. Grundzüge der Theorie Resonanzgebiet Kontinuumsgebiet 653 B. Vergleich mit dem Experiment Optisches Modell 657 A. Riesenresonanzen 657 B. Theorie Allgemeines 660

Inhalt 9 131. Wirkungsquerschnitte für s-streuung 662 132. Wirkungsquerschnitte für beliebige Drehimpulse 668 133. Gemittelte Wirkungsquerschnitte 669 C. Vergleich mit dem Experiment 676 134.

6 Inhalt Wirkungsquerschnitte für s-streuung Wirkungsquerschnitte für beliebige Drehimpulse Gemittelte Wirkungsquerschnitte 669 C. Vergleich mit dem Experiment Totale Wirkungsquerschnitte Г/5-Werte Differentielle Wirkungsquerschnitte 682 D. Zusammenhang mit dem Compoundkern-Modell Bemerkungen über die Grundlagen der Kernmodelle 684 Literatur 686 X. Theorie des Beta-Zerfalls (Dr. D. Lyons) Allgemeines über den Beta-Zerfall Ladung, Masse und Spm des Neutrinos Die komparativen Lebensdauern Der statistische Gewichtsfaktor Die Fermische Theorie Präzisierung des statistischen Gewichtsfaktors Die möglichen Formen der Beta-Wechselwirkung Erlaubte und verbotene Übergänge Paritätsverletzung beim /J-Zerfall 708 Literatur 713 D. Neutronenphysik (Dr. K. F. Alexander) 146. Eigenschaften des freien Neutrons Erzeugung freier Neutronen Experimentelle Methoden der Neutronenspektroskopie Bewegung von Neutronen in kompakter Materie 746 Literatur 769 Anhang I Tabelle 1. Ladungseigenfunktionen (zu Kap. IV) 772 Tabelle 2. Resonanzfrequenz (bei 10 kg) und diamagnetische Korrektur des magnetischen Dipolmomentes (zu Kap. III) 773 Tabelle 3. Kernmomente und Schalenmodell-Konfigurationen (zu Kap. VII) 775 Tabelle 4. Nilssonsches Schema (zu Kap- IX) 785 Tabelle 5. Übersicht üder die Elementarteilchen (zu Kap. VII) 786 Anhang II (Dipl.-Phys. W. Lohmann) Tabelle 1. Massenwerte, Häufigkeiten und Kernmomente der stabilen und einiger langlebiger instabiler Atomkerne 788 Tabelle 2. Instabile Atomkerne 803 Tabelle 3. Wichtige Konstanten der Atomphysik 881 Tabelle 4. Umrechnungsfaktoren und Äquivalenzbeziehungen 886 Tabelle 5. Die chemischen Atomgewichte 887 Tabelle 6. Periodisches System der Elemente 889 Namenverzeichnis 890 Sachverzeichnis 896 Bildquellenverzeichnis 915

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