Karnphysik

De Karnphysik is en wetenschopplich Deelrebeet vun de Physik, dat sik mit den Opbo un de Egenschoppen vun Atomkarns befaten deit. De Feller Hoochenergiephysik un Elementardeelkenphysik weern fröher ok vun de Karnphysik behannelt, hebbt sik mit de Tiet aver as egenstännige Deelrebeden dorut entwickelt. To’n Afgrenzen dorto warrt de egentliche Karnphysik vundaag mitünner ok as Nedderenergie-Karnphysik betekent.

Ut sünnere Forschungsresultaten vun de Karnphysik hebbt sik Technologien to’n Tügen vun Energie (Karnenergie) un för den Bo vun Wapen Karnwapen entwickelt, de op dat Karnsplitten baseert. Liekers is dat nich richtig, disse Technologie un de politisch-weertschopplichen Aspekten rundrüm mit de Karnphysik gliektosetten.

De Karnphysik warrt theoreetsch aver ok experimentell bedreven, wobi de Quantenmechanik de wichtigste theoreetsche Grundlaag dorstellt. Experimentelle Warktüüch sünd ünner annern Gaumakers, Deelkendetekters un Strahlendetekters as ok de Vakuumtechnik.

Bi de „reinen“ Karnphysik in’n Sinn vun Grundlagenforschung geiht dat üm’t Utforschen vun de Karnstruktur, also dorüm, woans Atomkarms nipp un nau opboet sünd. Dorto warrt to’n Bispeel spontane Ümwanneln vun de Atomkarns (Radioaktivität), Streivörgäng an Karns un Reakschonen mit Karns ünnersöcht.

Ut de Forschung rut sünd en Reeg vun praktische Anwennen tostannen kamen, as to’n Bispeel

• Energiewinnen ut Karnreakschonen dör Karnreakters un Karnfusionsreakters
• medizinische Verfohren för de Diagnoos un to’n Behanneln as de Karnspintomografie, Szintigrafie oder Brachytherapie, de as Nuklearmedizin tosamenfaat warrt.
• cheemsche Verfohren in de Radiochemie oder de Karnchemie
• Verfohren to’n fröhtietigen Opdecken vun Schadens in Rohrleitungen dör Gammastrahlen
• Produkschoon vun Materialböverflachen mit sünnere Egenschoppen dör Ionenimplantatschoon
• Helpsmethoden för annere Forschungsrebeden as de Radiokarbonmethood in de Archäologie oder de Kosmochemie

De Meetgrötten sünd dorbi utermatig lütt: tyypsche Längen leegt in en Gröttenorden vun wenige Fermi (= 1 fm = 10^-15 m) un Energien so twüschen 100 keV un 100 MeV. Bi’t Beschrieven vun Streivörgäng oder Karnreakschonen warrt faken de Begreep vun’n Wirkungsdweersnitt bruukt. Dat is en Maat dorför, wo groot de Wohrschinelichkeit för en Wesselwirken is.

Opboet sünd de Atomkarns ut de Nukleonen, neemlich Protonen un Neutronen, wobi de Tall Z vun de Protonen in en Karn jüst so groot is as de Tall vun de Elektronen in en neutral Atom. Z bestimmt togliek ok de cheemschen Egenschoppen vun de Atomen. Se warrt as de Atomtall betekent un gifft togliek de elektrische Ladung vun den helen Karn an. De Masse vun den Atomkarn warrt dör de Tall A vun all Nukleonen angeven. Se heet dorüm ok Massentall. Atomen, de de glieke Atomtall Z opwiest, aver en ünnerscheedliche Massentall A hebbt, warrt as Isotopen betekent. Wiel de cheemschen Egenschoppen (meist) blots vun de Atomtall afhangt, speelt bi de physikaalschen Egenschoppen ok den de Neutronentall en Rull.

För jemehr Versöken to de Radioaktivität hebbt Antoine Henri Becquerel, Pierre Curie un Marie Curie 1903 den Nobelpries för Physik kregen. Jemehr Experimenten kann man as den histoorschen Anfang vun de modernen Karnforschung ansehen.

Dat de Radioaktivität tomeist mit dat Ümwanneln vun en cheemsch Element in en anner’t verbunnen, hett Ernest Rutherford rutfunnen. Dorför is he 1908 mit den Nobelpries för Chemie uttekent worrn. Na em is ok de Rutherfordsche Streiversöök vun Geiger, Marsden un Rutherford nöömt, bi den Alpha-Strahlen an Goldfolie streit warrt. Disse Versöök hett 1909 för en vullstännig nee Vörstellen vun’n Opbo vun de Atomen sorgt. Rutherford sien Interpretatschoon vun de Resultaten hebbt to dat Modell vun en Atomkarn föhrt, de meist de vullstännige Masse vun’t Samtatom bargt, aver blots en bannig lütten Volumenandeel dorvun utmaken deit.

Teihn Johren later künn Rutherford de eerste künstliche Elementümwanneln maken, as he Stickstoff mit Alphastrahlen beschoten hett. Dorbi is Suerstoff tostannen kamen. De Karnreakschoon dorto is ¹⁴N(α,p)¹⁷O.

En groten Schritt na vörn hett de Karnforschung maakt, as de Bindungsenergie vun de Atomkarns verstahn worrn sünd. Dat weer 1935 toeerst halfempirisch in de Bethe-Weizsäcker-Formel utdrückt. Grundlaag för’t Verstahn weer dat Drapenmodell vun’n Atomkarn (Bohr, 1936). Mit Hülp vun de Bethe-Weizsäcker-Formel künn wiest warrn, dat bi sünnere Karnfusionen as ok bi sünnere Karnsplitten Energie freesett warrt. Dat Drapenmodell künn to’n Bispeel dat Karnsplitten goot verkloren.

En quantenmechaansche Beschrieven vun’n Karnopbo, de vör allen ok de mit de Atom- un Massentall systemaatsch wesselnde Bestännigkeit vun de Karn verkloren kann, is eerst later mit dat Schalenmodell (Wigner, Goeppert-Mayer un Jensen, 1949) funnen worrn.

Otto Hahn un Lise Meitner hebbt 1938 opdeckt, dat sik Urankarns splitten laat, wenn man jem mit Neutronen bescheten deit (induzeert Karnsplitten). Later is nawiest worrn, dat dorbi en grote Energiemengde freesett warrt as ok wietere Neutronen, so dat en Kedenreakschoon ingang sett warrt. Somit weer de Mööglichkeit geven, in korte Tiet Energie bi hoge Leistung freetosetten, de technisch bruukt warrn künn.

Ruchweg to glieken Tiet as de 2. Weltkrieg güng dat los mit dat Utforschen vun disse Energie för zivile un militäärsche Telen. In Düütschland weern dat vör allen Carl Friedrich von Weizsäcker un Werner Heisenberg, de an’t Entwickeln vun’n Karnreakter seten hebbt. De Mööglichkeit, de Energie ok för Karnwapen to bruken weer woll al sehn, man eernsthaftig verfolgt hett dat nümms, vunwegen dat de Duer för’t Entwickeln as to lang ansehn weer för den Krieg. In Los Alamos hebbt aver de Forschers vun’t Manhattan-Projekt ünner dat Regeer vun Robert Oppenheimer forscht – dat weern Enrico Fermi, Hans Bethe, Richard Feynman, Edward Teller, Felix Bloch un noch annere. Ofschoonst dit Projekt vun Anfang an to’n Bo vun Wapen dacht weer, hebbt de Resultaten vun’t Forschen ok to’n Bo vun de eersten Karnreakters föhrt, de to’n Winnen vun Karnernegie bruukt weer.

As kuum en anner’t Rebeet vun de Physik hett de Karnphysik bannig Diskusschonen in de Apentlichkeit utlööst, vunwegen dat gegenenanner vun Nütten för de Energieversorgen un de gresige Kraft all’ns tonichten to maken. För de een is dat de gröttste för de annern de gefährlichste Opdecken vun’t 20. Johrhunnert. De Technik vun’t Karnsplitten weer de Utlöser vun en ne’e Wetenschopsethik (Hans Jonas, Carl Friedrich von Weizsäcker). De politische Striet woans man mit de Karnenergie verantwoortbor un vernünftig ümgahn mutt un wat dat överhaupt geiht, hollt bit vundaag in de Diskuschoon üm den Atomutstieg an, de mit dat Sendai-Eerdbeven vun 2011 un de Naklapp vun de Karnsmölt in’t Karnkraftwark Fukushima Daiichi noch mol wedder Anfüert worrn is.

• Atomphysik

• „Hadronen und Kerne“ Inföhren op Welt der Physik
• „Kernphysik“ Websteed vun de Universität Bonn
• National Nuclear Data Center (engelsch) grote Websteed vun’t Brookhaven National Laboratory to ünnerscheedliche Aspekten vun de Karnphysik
• Ümfangrieke Nuklidkoort mit Verfallsorden, Massen, Binnenergien un annere tyypsche Weerten för all opstunns bekannte Nukliden