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Das E rbe von Geiger und R utherford

Das E rbe von Geiger und R utherford . 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 + Marsden- Experiment 1909. Für 8000 gestreute Alpha-Teilchen nur eines nach hinten. .

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Das E rbe von Geiger und R utherford

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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 + Marsden- Experiment 1909 Für 8000 gestreute Alpha-Teilchen nur eines nach hinten. 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-) Z = A/2 Doch: Magnesium Z = 12; A = 24,3; Eisen Z = 26; A = 55,8; Blei Z = 82; A = 207,2; Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  7. Schwierigkeiten im Rutherfordschen Atommodell • Heisenberg1925: Quantenmechanik • Unschärfe Relation: Ort x Impuls > h ( h = Planck‘sches Wirkungsquantum) Elektron im Kern: 20 MeV Quantenmechanik kann auf den Kern nicht angewandt werden! Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  8. Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick 1932 Bothe: 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. Tröpfchen- Kollektivmodell: Weiszäcker, Flügge, Aage Bohr und Ben Mottelson, Walter Greiner und Amand Fäßler . Schalenmodell von J. Hans D. Jensen und Maria Goeppert Mayer 1949; Nobelpreis 1963. • 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. Aufbau der Materie aus Quarks und Gluonen: •  Protonen und Neutronen •  Atomkerne •  mit Elektronen: Atome Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  13. 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

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

  15. Nova (108 Neutronen pro cm2 pro sec) und Supernova Explosion 1022 Neutronen pro cm2 pro sec. Elektroneinfang: (Z, N) + e- (Z-1, N+1) +Neutrino p + e-  n + Neutrino

  16. Krebsnebel: Supernova 1054 Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  17. Das Entdecker Team der GSI-Darmstadt. • Hans Dominik 1935: Kriminalroman: „Atomgewicht 500“. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  18. 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

  19. Anwendungen in der Medizin für die Diagnose • Kernspintomographie (Magnetresonanztomographie). • Szintigramm (Technetium99, Iod123, Iod131) für die Schilddrüsenfunktion. • Positron-Elektron-Tomographie (PET: e+ + e-  g+g). • Ein-Photon-Emissions-Computer-Tomographie. • Man benötigt verschiedene Halbwertszeiten und verschiedene Chemische Verbindungen.

  20. 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

  21. Anwendung in Materialwissenschaften und Umweltforschung Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS): Bestimmung von Spurenelementen. • Z. B.: Paläontologische Klima aus Eisborkernen von Grönland aus dem O18 zu O16-Verhältnis. • Z. B.: CO2-Austausches zwischen Atmosphäre und Ozean. Amand Fäßlerr, RC RT-TÜ

  22. Was bringt die Zukunft? • FAIR = Facility für Antiprotonen 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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