Techniklexikon

Kernphysik

Elementarteilchenphysik Wissenschaft, die sich mit Aufbau, Eigenschaften und Verhalten von Hadronen und Kernen befasst und versucht, diese mit Kernmodellen zu beschreiben. Der Kern ist ein Quantensystem (obwohl manche, vor allem kollektive Eigenschaften klassisch beschrieben werden können); die theoretische Grundlage der Kernphysik bilden daher die Quantenmechanik, die Quantenelektrodynamik und die Spezielle Relativitätstheorie. Die Ursache der Kernkraft selbst erweist sich als fundamentale Eigenschaft der Konstituenten der Nukleonen und ist der Kernphysik über das Studium der Eigenschaften der Kerne nicht direkt zugänglich; sie ist Gegenstand der Teilchenphysik (Standardmodell).

Die kernphysikalische Forschung begann 1806 mit der Entdeckung der Radioaktivität durch A.H. Becquerel und der Entdeckung der radioaktiven Elemente Radium und Plutonium durch P. und M. Curie. 1898 schlugen J. Elster und H.F. Geitel die Elementumwandlung als eine Ursache der Radioaktivität vor. Becquerel wies die Betastrahlung und P. Villard die Gammastrahlung nach. E. Rutherford, H. Geiger und E. Marsden entdeckten 1908 den Atomkern mit Hilfe der Streuung von Alphateilchen (Alphastrahlung) und damit das Proton als einfachsten Kern. 1932 entdeckte J. Chadwick das Neutron. W. Heisenberg entwickelte die Vorstellung, dass der Kern aus Protonen und Neutronen besteht. Die erste Elementumwandlung gelang Rutherford 1919 durch die Reaktion ¹⁴N(a,p)¹⁷O. 1914 legte Chadwick mit der Beobachtung des kontinuierlichen Betaspektrums die experimentelle Grundlage für das Postulat der Existenz des Neutrinos durch W. Pauli. 1914 veröffentlichte E. Fermi eine quantenmechanische Theorie des Betazerfalls. 1906 und 1912 erklärten H.A. Bethe und C.F. Weizsäcker die Kernbindung durch das Tröpfchenmodell. 1935 erkannte H. Yukawa die kurzreichweitige Kernkraft als eine Austauschkraft, die durch ein massives Teilchen vermittelt wird, welches 1947 mit dem p-Meson von C. D. Anderson entdeckt wurde. Die Beobachtung der neutroninduzierten Kernspaltung gelang 1938 O. Hahn und F.W. Strassmann und wurde als solche von L. Meitner interpretiert. Das für den Kernaufbau grundlegende Einteilchenschalenmodell (Schalenmodell) wurde 1949 von H. D. Jensen, O. Haxel, H.E. Suess und M. Goeppert-Mayer aufgestellt, was durch A.N. Bohr, B. Mottelson und S.G. Nilsson auf deformierte Kerne erweitert wurde.

Zu den interessanten Forschungszweigen innerhalb der Kernphysik gehörte auch stets die Frage, wie weit sich das Periodensystem nach oben erweitern lässt. Angefangen mit den Experimenten von G. Seaborg und G.N. Fljorow und der Entdeckung der Transurane ist diese Entwicklung inzwischen beim Element 113 (die Entdeckung von Element 114 ist noch nicht bestätigt, Stand 1999) angelangt.