Techniklexikon

Kern-Coulomb-Anregung

kollektive Kernanregung, die in inelastischen Streuprozessen auftritt. Die Anregung des Kerns aus dem Grundzustand i in ein höherliegendes Niveau f mit Energiedifferenz E_if erfolgt durch das elektrische Feld des schnell vorbeifliegenden geladenen Projektils. Ist die Projektilenergie so klein, dass der Coulomb-Wall nicht durchdrungen wird, treten keine zusätzlichen Effekte durch kurzreichweitige Kernkräfte auf, und die Kern-Coulomb-Anregung lässt sich am besten beobachten. Aus der Beobachtung der Anregungen erhält man elektromagnetische Übergangswahrscheinlichkeiten, mit deren Hilfe u.a. Deformationseigenschaften von Kernen (Kerndeformation) abgeleitet werden können.

Aufgrund der Zunahme des anregenden elektrischen Feldes des Projektils mit wachsendem Z_p eignen sich besonders schwere Ionen zur Coulomb-Anregung. In diesem Fall genügt häufig zur Beschreibung des Streuprozesses ein halbklassicher Ansatz (charakterisiert durch den Sommerfeld-Parameter ), mit dem die Bewegung der Stosspartner klassisch durch Rutherford-Trajektorien und ihre Anregungsenergien quantenmechanisch in erster (bzw. für grösseres Z in höherer) Ordnung Störungsrechnung (multiple Coulomb-Anregung) beschrieben werden kann. Unter der weiteren Vereinfachung eines nicht-adiabatischen Streuprozesses (d.h. die Kollisionszeit t_coll ist klein gegen die Schwingsungsdauer der Anregung , ausgedrückt durch ) lässt sich der differentielle Wirkungsquerschnitt durch den Rutherford-Querschnitt ds_R und die Anregungswahrscheinlichkeit  ausdrücken: ds = ds_R × P. Die Anregungsamplituden b_if können störungstheoretisch berechnet werden, wobei die Kerneigenschaften in den Wirkungsquerschnitt nur durch die Matrixelemente der elektrischen und magnetischen Multipolelemente eingehen. Der totale Wirkungsquerschnitt erster Ordnung für elektrische Übergänge lautet z.B.

mit Z_p, v_p der Ladung und Geschwindigkeit des Projektils, a dem minimalen Kernabstand, B(El) der reduzierten Übergangswahrscheinlichkeit und f einer Funktion, die neben x von der Multipolarität abhängt (f_E2(x) » 1 für ). Magnetische Übergänge sind von der Ordnung (v_p / c)² und damit vernachlässigbar. Da für Kerne die E1-Stärke in der hochgelegenen E1-Riesenresonanz konzentriert ist, handelt es sich bei der Kern-Coulomb-Anregung meist um E2-Übergänge, die bevorzugt in Rotationsbanden deformierbarer Kerne auftreten.