Streuexperimente mit Elektronen

• zeigen den Aufbau von Atomen aus Atomkern und Elektronen

• zeigen, dass Atomkerne ca. Nanometer groß sind

• zeigen, dass die Nukleonen (Protonen und Neutronen) die kleinstmögliche Substruktur im Kern sind

• können an Teilchenbeschleunigern durchgeführt werden

• lassen auf Atomkerngrößen im Femtometer-Bereich schließen

Ein Element mit der Massenzahl A und der Kernladungszahl Z

• besitzt im neutralen Zustand A Elektronen

• hat eine ungefähre Masse von A*m_U

• besteht aus Z Neutronen und A-Z Protonen

• „erhält durch Z seinen Namen“ (z.B. Z=6 -> Kohlenstoff)

• hat weitere Isotope bei gleicher Neutronenzahl

Atomkerne eines Elements Z

• sind nur für N=Z stabil (gleich viele Protonen und Neutronen)

• haben eine positive Ladung Ze

• sind radioaktiv, wenn sie instabil sind

• mit Z=1 heißen Alpha-Teilchen

Betazerfall

• freie Protonen können zu Neutronen zerfallen

• freie Neutronen können zu Protonen zerfallen

• erhält die Massenzahl A

• erzeugt freie Elektronen (β^--) oder Positronen (β⁺-Zerfall)

• erzeugt geladene, masselose Elektron-Neutrinos bzw. Antineutrinos

Alphazerfall eines Kerns (Massenzahl A, Kernladungszahl Z)

• tritt vor allem bei schweren Kernen auf

• führt immer direkt zu stabilen Atomkernen

• führt zu Kernen mit Massenzahl A-4 und Kernladungszahl Z-2

• erzeugt freie Protonen

Gammazerfall

• verändert das Element  (d.h. Z)

• erzeugt energiereiche Photonen

• erzeugt Elektron und Elektron-Antineutrino

• erzeugt Gammastrahlung, die elektromagnetische Strahlung ist

• benötigt einen Atomkern im angeregten Zustand

Kernspaltung eines Kerns (Z Protonen, N Neutronen)

• tritt nur bei genügend schweren Kernen auf

• erzeugt zwei oder mehr kleinere Kerne (Spaltprodukte) , die in Summe Z Protonen haben

• kann auch Kernfusion genannt werden

• wird in Kernreaktoren häufig durch Protonen induziert

• kann durch eine auftretende Kettenreaktion zur Energiegewinnung genutzt werden

Radioaktiver Zerfall

• kann nur über eine Wahrscheinlichkeit für einen Zerfall beschrieben werden

• führt zu einer logarithmischen Abnahme der Atome/Kerne mit der Zeit

• kann über die mittlere Lebensdauer beschrieben werden, nach der die Zahl der Kerne auf 1/e abgenommen hat

• kann über die Halbwertszeit t_1/2 beschrieben werden, so dass nach 2 Halbwertszeiten alle Kerne zerfallen sind

• ist nur für kurze Zerfallszeiten interessant

Quarks (u=up, d=down)

• existieren nicht als freie Teilchen

• haben drittel-zahlige Anteile der Elementarladung e

• kommen im Proton als uud und im Neutron als udd vor

• haben keine Antiteilchen

• haben (soweit bekannt) keine innere Struktur (punktförmig)