Atom- und Kernphysik

Isotop1*Prozentzahl+Isotop2*Prozentzahl

Elektronen müssen auf erlaubten Bahnen die Kohärenzbedingung erfüllen: Wellenlänge muss Vielfaches des Kreisumfangs sein

• E=mc²=hν
• Jedem Teilchen mit dem Impuls p kann die de Broglie Wellenlänge λ zugeordnet werden

• Beschleunigte Elektronen strahlen elektromagnetische Wellen ab und verlieren dabei Energie
• aber Elektronen auf ihren erlaubten Bohr'schen Bahnen strahlen nicht

lässt das Elektron innerhalb kürzester Zeit zurückfallen und ein Proton frei werden

• zwei Elektronen können nicht in allen 4 Quantenzahlen übereinstimmen
• nur asymmetrische Wellenfunktion ist stabil

• Hauptquantenzahl n = Energieniveau
• Nebenquantenzahl l = Betrag des Bahndrehimpuls
• Magnetquantenzahl = Richtung des Bahndrehimpuls
• Spinquantenzahl s = Richtung des Eigendrehimpuls

• Elektron kann nur bestimmte Energieniveaus annehmen
• Es gibt Grundzustand ungleich 0

• n-1
• die Orbitale
• 2n²

• Elektronen = Wellen
• daraus folgt: Energie bekannt, aber nicht der Ort, da sie im Ortsraum ausgebreitet sind
• Elektronen können nur in Wahrscheinlichkeiten in einem bestimmten Raum auftreten = Orbital

2(2l+1)

räumlich und zeitlich kohärentes, monochromatisches Licht

Nach dem optischem Pumpen von Elektronen auf ein höheres Niveau fallen sie auf einen stabileren Zustand in einem niedrigeren Niveau zurück, den metastabilen Zustand

es wird nicht gewartet, bis ein Niveau spontan zerfällt, sondern ein Photon der gleichen Frequenz beschleunigt den Zerfall und vermehrt die Zahl der Photonen mit der gleichen Frequenz

• 1 zugängliche Laserstrahöung ist ungefährlich
• 2 ist im sichtbaren Spektralbereich, für 0,25s fürs Auge ungefährlich
• 3A ist gefährlich fürs Auge, wenn der Strahlungsquerschnitt verkleinert wird
• 3B ist fürs Auge und evtl die Haut gefährlich
• 4 sehr gefährlich, auch diffus gestreut kann gefährlich sein

1x Up, 2x Down

2x Up, 1x Down

• sehr stark, 10³x so stark wie Coulomb-Wechselwirkung
• kurzreichweitig, nur innerhalb des Kerns, 4 fm
• unabhängig vom Ladungs-/Quarkszustand der Nukleonen
• wesentlich komplexer als Coulomb-Wechselwirkung

B=(ZMp+NMn-M)c²

Energie, die aufgewandt werden muss, um einen Kern zu spalten/Gewinn an Energie, wenn Nukleonen sich zu einem Kern verschmelzen

• Wechselwirkungen/Nukleon für 58Fe am größten, für kleinere: Kernfusion, für größere: Kernspaltung
• Unterscheidung der emitierten Strahlung durch (elektro-)magnetische Felder

• wenn Kern instabil ist
• Kern geht in einen energetisch niedrigeren Zustand mit höherer Bindungsenergie über

nach Beschuss des Kerns

• bei Neutronenüberschuss
• n>p+e^-+e⁺+γ
• Masse
• Leptonenzahl
• Ladung
• Spin

• bei Protonenüberschuss
• p>n+e^-+e⁺+γ
• Masse
• Leptonenzahl
• Ladung
• Spin

• Emission von stabilen _{Helium-Kernen}
• ^A_ZK_N>^A-4_Z-2K_N-2+⁴₂He₂

• Isotone: gleiche Neutronenzahl
• Isobare: gleiche Massenzahl
• Isotope: gleiche Protonenzahl

• Kern rotiert häufig nach Zerfall
• erst durch Aussenden energiereicher elektromagnetischer Strahlung kommt der radioaktive Kern zur Ruhe
• Konkurrenzprozess: Innere Konversion

Zahl der radioaktiven Zerfälle zur Zeit t

Zahl der radioaktiven Zerfälle in einem Zeitintervall t-(t+dt)

Zahl der nach t+dt verbliebenen aktiven Kerne

• langlebige Isotope mit kleinem λ (große Lebensdauer) haben eine kleine Aktivität
• kurzlbige Isotope mit großem λ haben eine große Aktivität
• Zahl der Zerfälle pro Zeiteinheit

• Electron Capture
• Einfangen eines Elektrons
• Rückwirkung vom β^--Zerfall

• terristisch
• kosmisch
• zivilisatorisch

• beschleunigte Elektronen treffen auf Anode und werden abgebremst
• Härte der Röntgenstrahlung durch Anodenspannung kontrolliert
• wenn Elektronen dabei ihre gesamte Energie abgeben: Röntgenbremsstrahlung (Elektron wird vollkommen in Energie umgewandelt)
• Entfernung eines Elektrons in einer inneren Schale (charakteristische Röntgenstrahlung)
• Röntgenstrahlung von schweren Atomen haben höhere Energie

10^-³

10^-2

10^-5

10^-8

10^-10

10^-12

• Form des Energietransfers über elektromagnetische Wellen
• breitet sich in alle Richtungen geradlinig mit Lichtgeschwindigkeit aus
• Eigenschaften von elektr. & magnet. Feldern
• Amplitude
• Wellenlänge
• Periode
• Frequenz

c=λν

• Schwingung des gesamten Atoms
• kein Wechsel des Energizustandes, keine Ionisation, kein Enerieverlust

• Interaktion Photon-Valenzelektron
• Ionisation
• Photon gestreut, das weitere Wechselwirkung eingehen kann

• Ionisierung
• Gesamtenergie eines Photons auf Elektron innerer Schale übertragen
• Kaskadenartiger Sprung der äußeren Elektronen in die innere Schale
• Photonenergie>Bindungsenergie Elektron

1,67*10^-24g

9,1*10^-28g