Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

53 22.2 Atomkerne Atomkerne Der Aufbau der Atomkerne A1 Wiederhole den Aufbau der Atome! A2 Nenne die Größenordnungen der Atome und der Atomkerne! A3 Woraus sind Atomkerne aufgebaut? Wiederhole die Abmessungen, Massen und Ladungen der Kern- bausteine! Anhand von Streuexperimenten konnten die Zusam- mensetzung und die Größe des Atomkernes bestimmt werden: A4 Gib die Kernladungszahl und die Massenzahl von Gold (Au) an. (Hinweis: Verwende dazu das Perioden- system S. 125!) Berechne daraus den Durchmesser ei- nes Goldatomkernes! A5 Bei Streuversuchen am Linearbeschleuniger-Zen- trum in Stanford (Abb. 50.2) konnte um 1970 gezeigt werden, dass Protonen und Neutronen aus kleineren, sehr kompaktenTeilchen aufgebaut sind. Diese Objek- te heißen Quarks (quarks) . Ihr Durchmesser ist kleiner als 1/50 des Protonendurchmessers. Neutronen und Protonen werden aus up-Quarks (u, Ladung +2/3 e ) und down-Quarks (d, Ladung –1/3 e ) zusammenge- setzt. Überlege anhand der Ladungen, aus welcher Kombination von Quarks das Proton und das Neutron zusammengesetzt sein könnten! 22.2 22.2.1 Was die Kerne zusammenhält A6 Gib an, was die Bindungsenergie über die Stärke einer Bindung angibt! A7 Berechne die Bindungsenergie eines Deuterium- kerns aus dem Massendefekt! Die starke Bindung zwischen den Kernteilchen kommt durch die starke Kraft (starkeWechselwirkung, strong interaction ) zustande, die die Wechselwirkung zwi- schen Kernteilchen beschreibt. Diese starke Kernkraft hat die sehr kurze Reichweite von nur etwa 10 –15 m. Werden zwei Kernteilchen auf diese kurze Entfernung gebracht, so wird die starke Kraft wirksam; es kann zur Bindung kommen: Dabei wird eine relativ große Bin- dungsenergie frei. A8 Begründe die verschiedene Höhe und verschiede- ne Breite der beiden obigen Potentialkurven mit Hilfe der Zahl der Nukleonen der beiden Kernarten! 22.2.2 Die Atomkerne sind aus Protonen und Neutronen (Nukleonen) aufgebaut. Sie haben eine etwa 2000 mal größere Masse als die Elektronen. Für den Radius von Atomkernen gilt: 1, 10 r A 4 15 m 3 $ $ = - r …Kernradius A m …Massenzahl A = Z + N Z …Kernladungszahl (Zahl der Protonen) N …Neutronenzahl Protonen und Neutronen sind aus kleineren Teilchen, den Quarks, zusammengesetzt. Radius von Atomkernen Bindungsenergie in eV Moleküle 10 –1 Atome – äußere Schalen 10 0 Atome – innere Schalen 10 3 Atomkerne 10 7 -10 -5 0 5 10 15 20 Abstand vom Zentrum in 10 m r -15 Energie in MeV 0 10 20 30 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 Abstand vom Zentrum in 10 m r -15 Energie in MeV 0 10 20 30 -20 -15 3 He-Kern 238 U-Kern Bereich der stärkeren Kernkraft Bereich der Coulomb´schen Abstoßung Abb. 53.1 In den Diagrammen wird die potentielle Energie ei- nes Protons abhängig vom Abstand dargestellt. Der Bereich der starken Kernkraft ist durch den steil ansteigenden Teil der Kurve gekennzeichnet. Der Bereich der Coulomb´schen Abstoßung ist durch die 1/r-Kurve bei größeren Werten von r charakterisiert. Das linke Diagramm gilt für den leichten 3 He-Kern, das rechte Diagramm entspricht dem schweren 238 U-Kern. BW5/S24 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv