das erbe von geiger und rutherford 100 jahre atomkern 1911 -2011 amand fäßler, tübingen...
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Das Erbe von Geiger und Rutherford 100 Jahre Atomkern
1911 -2011
Amand Fäßler , TübingenRC-RT-TÜ, 5. Dezember 2011
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Hans Geiger und Ernest Rutherford vor dem Experiment in Manchester.
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
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Geiger‘sche Experiment 1909
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
T1/2 = 1602 Jahre
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Alphateilchen kommt von links auf Goldkern (Rutherford 2011)
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
Wenn Kern (rot) so groß wie ein Apfel dann Atom 1 km Durchmesser.
Alphateilchen 8000mal so schwer wie Elektron. Atom für Alpha-Teilchen leer. Nur ein Alpha von 8000 rückwärts
gestreut.
Ladung = Z
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Probleme: Aus was besteht der Atomkern?
• Spezifische Wärme gibt Massen Verhältnisse der Elemente. (Dulong-Petit 1819)
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
Spezifische Wärme = Wärmemenge pro ein Grad Erhöhung für ein Gramm = Konstante /Masse = Konstante / A ; (A = Kernmasse)Konstante festgelegt, so dass Wasserstoff (Protonkern) A = 1.
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Schwierigkeiten im Rutherfordschen Atommodell
A ungleich Z
Rutherford: Kern = Z Protonen + (A-Z) (p+e-) Doch: Blei Z = 82; A = 207,2;
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
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• Heisenberg1925: Quantenmechanik
( h = Planck‘sches Wirkungsquantum) Quantenmechanik kann auf den Kern nicht angewandt werden!
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
Schwierigkeiten im Rutherfordschen Atommodell
Unschärfe-Relation:
Ort x Impuls > h
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Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick 1932
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
Chadwick
Chadwick hat Rückstoß im Wasserstoffgas (von Protonen) untersucht und gesehen, dass das n
(Neutron) die gleiche Masse hat wie das Proton.
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Heisenberg baut 1932 den Kern aus Protonen und Neutronen auf.
• Aus Brief Heisenbergs an Niels Bohr:• „Die Grundidee ist, alle fundamentalen
Schwierigkeiten auf das Neutron zu schieben und die Quantenmechanik im Kern anzuwenden.“
• Kern = Z Protonen + N Neutronen• Masse: A = Z + N • Isotope: Zur gleichen Ladung des Kerns Z mehrere N:
Erklärt das Massenproblem.
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2)Schalenmodell von J. Hans D. Jensen und Maria Goeppert Mayer 1949;
Nobelpreis 1963.• Bewegung der Nukleonen auf festen Bahnen wie die Elektronen im Atom. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
1) Tröpfchen- Kollektivmodell: Weiszäcker, Flügge, Aage Bohr und Ben Mottelson 1975, Walter Greiner und Amand Fäßler 1961-65.
Deformation, Spaltung, Rotation, Vibration.
Beschreibung des Kerns?
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Vereinheitlichung des Kollektiv- und Schalenmodells.
• Karl Wildermuth, Univ. Tübingen: Das Cluster Modell.
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
Proton
Neutron
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Wie Brennen die Sterne ?Karl Friedrich von Weiszäcker, Hans
Bethe,..
4p 4He + 2 e+ + 2 Neutrinos + 28 MeV
Bind
ungs
ener
gie
der A
tom
kern
e pr
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on [M
eV]
Zahl der Nukleonen (Protonen+Neutronen) im Atomkern
28 MeV
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Wie entstehen die Element schwerer als Eisen?
„Der bestirnte Himmel über mir und das moralische Gesetz in mir.“ Immanuel Kant
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Nova (108 Neutronen pro cm2 pro sec) und Supernova Explosion1022 Neutronen pro cm2 pro sec.
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Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
Supernova von Februar 1987Entwicklung 1994 bis 2009
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Das Entdecker Team der GSI-Darmstadt.
Künstliche supeschwere
Elemente jenseits von 94Plutonium.
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜSigurd Hofmann und Mitarbeiter
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Neue Elemente: Berkeley, GSI, Dubna
Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
24294Pu + 22
10Ne 260104Rf + 4n
Rutherfordium (Berkeley) Z = 104, Dubnium (Dubna) Z = 105, Seaborgium (Berkeley) Z = 106, Bohrium (Darmstadt) Z = 107, Hassium (Darmstadt) Z = 108, Meitnerium (Darmstadt) Z = 109, Darmstadtium (Darmstadt) Z = 110, Roentgenium (Darmstadt) Z = 111, Copernicium (Darmstadt) Z = 112. Elemente: 113, 114, 115, 116, 117, 118, bisher noch ohne Namen.
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Anwendungen in der Medizin für die Diagnose
Kernspintomographie (Magnetresonanztomographie).
Szintigramm (Technetium99, Iod123, Iod131) für die Schilddrüsenfunktion.
Positron-Elektron-Tomographie (PET: e+ + e- ).
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• Karzinomtherapie durch Betatrons (Elektronen), Protonenstrahlen (Prostata- und Augenkarzinome); Kohlenstoff12-Strahlen (12C; ausgeprägter „Bragg-Peak“
am Ende der Bahn) für Gehirntumore durch die GSI-Darmstadt entwickelt mit Abrastern und Energievariation mit laufender Kontrolle von Dosis und Ort durch PET (12C 11C+n 11B +e+ +n; e+ + e- ).
C12-Therapie im Krebsforschungszentrum in Heidelberg. Pläne: Italien (CNAQ), Frankreich (ETOILE) und
Österreich (Med-AUSTRON)Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ
Anwendungen in der Medizin die für Therapie.
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Anwendung in Materialwissenschaften und Umweltforschung
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Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS):Bestimmung von Spurenelementen.
Kohlenstoff 14-Alterbestimmung.Paläontologische Klima aus Eisborkernen von Grönland (120 000 Jahre) oder Antarktis (800 000 J) aus dem O18 zu O16-Verhältnis. Z. B.: CO2-Austausches zwischen Atmosphäre und Ozean.
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Was bringt die Zukunft?FAIR = „Facility for Antiproton and Heavy Ion
Research“ in Darmstadt bei der GSI.16 Länder tragen FAIR (etwa eine Milliarde €)3000 Wissenschaftler aus 50 Ländern beteiligt.
Large Hadron Collider (LHC); ALICE-Detektor: Quark-Gluon-Plasma; Information über den
Urknall.
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ENDE