Kernphysik

Was ist die Kernphysik?

Die Kernphysik beschäftigt sich mit dem Aufbau des Atomkerns und den Reaktionen von Atomkernen wie radioaktivem Zerfall, Kernspaltung, Spallation und Kernfusion. Zudem gehört auch die Elementarteilchenphysik zur Kernphysik.

Der Atomkern

Der Atomkern ist sehr klein und bildet das Zentrum jedes Atoms. Der Atomkern ist von der Elektronenhülle umgeben und trägt fast die vollständige Masse des Atoms. Der Kern besteht aus ungeladenen Neutronen und positiv geladenen Protonen.

Radioaktivität, Kernzerfall und Kernfusion

Die Radioaktivität beschäftigt sich mit instabilen Atomkernen. Diese weisen zumeist ein ungünstiges Verhältnis von Protonen zu Neutronen auf. Die Kerne sind radioaktiv. Nach einiger Zeit geben diese Kerne dann Kernbestandteile ab. Dies können $\alpha$-Strahlung (Heliumkerne), $\beta$-Strahlung (Elektronen oder Positronen) oder Energie in Form von $\gamma$-Strahlung (elektromagnetische Strahlung) sein. Jeder Kern besitzt eine eigene Halbwertszeit. Nach dieser Zeit ist die Hälfte dieser Kerne zerfallen.

Bei der Kernspaltung verstärkt man das ungünstige Verhältnis von Protonen und Neutronen noch. Dadurch spaltet sich der Atomkern unter Abgabe kleinerer Kernbestandteile in zwei kleinere Kerne auf.

Messung und Nutzung von Radioaktivität

Bei der Kernspaltung wird viel Energie frei und es entsteht sehr häufig eine Kettenreaktion. Diese wird in Kernkraftwerken kontrolliert zur Energiegewinnung eingesetzt oder bei einer Atombombe bewusst unkontrolliert entfesselt.

Die Gefahr von radioaktiver Strahlung wird dadurch noch verstärkt, dass sie mit organischen Sinnen nicht wahrnehmbar ist. Daher wurden gezielt Messgeräte für Radioaktivität entwickelt, die die ionisierende Wirkung der Strahlung ausnutzen. Beispiele sind das Geiger-Müller- Zählrohr oder die Diffusionsnebelkammer.

Radioaktive Strahlung wird auch in der Medizin verwendet, zumeist als Therapie gegen Krebs.

Elementarteilchenphysik

Durch die großen Teilchenbeschleuniger wie jene am CERN konnte nachgewiesen werden, dass Hadronen im Atomkern aus noch kleineren Teilchen bestehen. Diese nennt man Elementarteilchen oder auch Quarks. Sie sind Gegenstand der Elementarteilchenphysik. Mit diesen kleinsten Teilchen soll auch erklärt werden, was beim Urknall passiert ist.