Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

48 Ziele dieses Kapitels 3 In diesem Kapitel wird das Prinzip von Streuexpe- rimenten geschildert, die es erlauben die Struktur der kleinsten Bestandteile der Materie zu erfor- schen. 3 Wesen und Wirkungen der Radioaktivität und des Strahlenschutzes werden beschrieben. 3 Der Aufbau und die Wirkungsweise von Kernreak- toren und Kernwaffen werden geschildert. 3 Am Beispiel der Elementarteilchenphysik wird ein Einblick in die Grundlagenforschung gegeben. Zentrale Elemente dieses Kapitels 3 Streuexperiment 3 Atomkern 3 Radioaktivität, Dosimetrie 3 Kernspaltung 3 Elementarteilchen, Quark 22 Mikrokosmos 8xz2i3 A1 Wiederhole den Aufbau, die Größe und die Bin- dungsarten von Molekülen und Atomen! A2 Wiederhole den Aufbau des Atomkernes! Welche Elementarteilchen kannst du angeben? Die Anfänge der modernen Elementarteilchenphy- sik reichen etwa bis 1900 zurück: 1897 entdeckte Joseph Thomson das Elektron, 1911 führten Ernest Rutherford, Hans Geiger und Ernest Marsden das erste Streuexperiment durch, als sie a -Teilchen an Goldfolie streuten. 1919 fand Ernest Rutherford die ersten Anzeichen für das Proton; 1932 entdeckte James Chadwick das Neutron . Ab 1933 entwickelte Hideki Yukawa die Theorie der Austauschteilchen, um die Kernkräfte zu beschreiben. Die neuen Er- kenntnisse über den Aufbau des Atomkerns und der Kernkräfte ermöglichten die Beschreibung der Ra- dioaktivität und etwa 10 Jahre später ein Verständnis der Kernspaltung . Ab der Mitte des 20. Jh. wurden Kernkraftwerke und Anwendungen in der Nuklearme- dizin entwickelt. In Kernreaktoren wird die Energie der Atomkerne in Wärmeenergie und in weiterer Folge in elektrische Energie umgeformt (Abb. oben links). Ionisierende Strahlung zerstört organische Verbin- dungen. Strahlenschutzbauten (Abb. oben Mitte) sollen die Bevölkerung vor den Auswirkungen nukle- arer Katastrophen (Kernkraftwerksunfälle, Einsatz von Kernwaffen) bewahren. In der vom Österreicher Victor Hess entdeckten Hö- henstrahlung und inNebelkammern fandman zahlrei- che weitere Elementarteilchen, zB Antiteilchen (1932 das Positron), Myonen (1937), Pionen (1947), Kaonen (1949). Ab 1960 zeigten Streuversuche, dass die Kern- teilchen eine innere Struktur aufweisen – weitere For- schungen führten zur Entwicklung des so genannten „Standardmodells“ , mit dem die Elementarteilchen nach Gruppen geordnet beschrieben werden. In Teilchenbeschleunigern (Abb. oben rechts) kann die Struktur und die Eigenschaften der Elementarteil- chen beim Aufeinanderprallen hochenergetischer ge- ladener Teilchen am besten studiert werden. Abb. 48.1 Riesige Detektoren (hier ATLAS beim LHC, CERN) sind notwendig, um Tausende von kurzlebigen, sehr rasch be- wegten Teilchen beobachten zu können. Beachte die Person im Vordergrund! BW5/K2 BW5/K2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv