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Das Erbe von Geiger und Rutherford

Das Erbe von Geiger und Rutherford. 100 Jahre Atomkern 1911 -2011. Amand Fäßler , Tübingen RC-RT-TÜ, 5. Dezember 2011. Hans Geiger und Ernest Rutherford vor dem Experiment in Manchester. Geiger‘sche Experiment 1909. T 1/2 = 1602 Jahre.

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Das Erbe von Geiger und Rutherford

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Presentation Transcript

  1. Das Erbe von Geiger und Rutherford 100 Jahre Atomkern 1911 -2011 Amand Fäßler , Tübingen RC-RT-TÜ, 5. Dezember 2011

  2. Hans Geiger und Ernest Rutherford vor dem Experiment in Manchester. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  3. Geiger‘sche Experiment 1909 T1/2 = 1602 Jahre Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  4. Alphateilchen kommt von links auf Goldkern (Rutherford 2011) 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. a+2 Ladung = Z Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  5. Probleme: Aus was besteht der Atomkern? • Spezifische Wärme gibt Massen Verhältnisse der Elemente. (Dulong-Petit 1819) Spezifische Wärme = Wärmemenge pro ein Grad Erhöhung für ein Gramm = Konstante /Masse = Konstante / A ; (A = Kernmasse) Konstante festgelegt, so dass Wasserstoff (Protonkern) A = 1. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  6. 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

  7. Schwierigkeiten im Rutherfordschen Atommodell • Heisenberg1925: Quantenmechanik ( h = Planck‘sches Wirkungsquantum) Quantenmechanik kann auf den Kern nicht angewandt werden! Unschärfe-Relation: DOrt x DImpuls > h Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  8. Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick 1932 Chadwick Chadwick hat Rückstoß im Wasserstoffgas (von Protonen) untersucht und gesehen, dass das n (Neutron) die gleiche Masse hat wie das Proton. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  9. 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. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  10. Beschreibung des Kerns? 2)Schalenmodell von J. Hans D. Jensen und Maria Goeppert Mayer 1949; Nobelpreis 1963. 1) Tröpfchen- Kollektivmodell: Weiszäcker, Flügge, Aage Bohr und Ben Mottelson 1975, Walter Greiner und Amand Fäßler 1961-65. • Bewegung der Nukleonen auf festen Bahnen wie die Elektronen im Atom. Deformation, Spaltung, Rotation, Vibration. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  11. Vereinheitlichung des Kollektiv- und Schalenmodells. • Karl Wildermuth, Univ. Tübingen: Das Cluster Modell. Proton Neutron Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  12. Wie Brennen die Sterne ?Karl Friedrich von Weiszäcker, Hans Bethe,.. 28 MeV Bindungsenergie der Atomkerne pro Nukleon [MeV] 4p  4He + 2 e+ + 2 Neutrinos + 28 MeV Zahl der Nukleonen (Protonen+Neutronen) im Atomkern

  13. Wie entstehen die Element schwerer als Eisen? „Der bestirnte Himmel über mir und das moralische Gesetz in mir.“ Immanuel Kant

  14. Nova (108 Neutronen pro cm2 pro sec) und Supernova Explosion 1022 Neutronen pro cm2 pro sec.

  15. Supernova von Februar 1987Entwicklung 1994 bis 2009 Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  16. Das Entdecker Team der GSI-Darmstadt. Künstliche supeschwere Elemente jenseits von 94Plutonium. Sigurd Hofmann und Mitarbeiter Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  17. Neue Elemente: Berkeley, GSI, Dubna 24294Pu + 2210Ne  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. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  18. Anwendungen in der Medizin für die Diagnose • Kernspintomographie (Magnetresonanztomographie). • Szintigramm (Technetium99, Iod123, Iod131) für die Schilddrüsenfunktion. • Positron-Elektron-Tomographie (PET: e+ + e-  g+g).

  19. Anwendungen in der Medizin die für Therapie. • 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-  g+g). • C12-Therapie im Krebsforschungszentrum in Heidelberg. • Pläne: Italien (CNAQ), Frankreich (ETOILE) und Österreich (Med-AUSTRON) Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  20. Anwendung in Materialwissenschaften und Umweltforschung • 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. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  21. Was bringt die Zukunft? • FAIR = „FacilityforAntiproton 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. ENDE Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

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