Geschichte der Radioaktivität und Quantenphysik

Entdeckungen der Radioaktivität und Röntgenstrahlen

Am Ende des 19. Jahrhunderts fanden zwei erstaunliche Entdeckungen auf dem Gebiet der Physik statt, die zu einer Revolution in diesem Bereich führten: die sogenannten Röntgenstrahlen und die Radioaktivität. Während Becquerel die Fluoreszenz untersuchte, entdeckte der Deutsche Wilhelm Röntgen die X-Strahlen (Röntgenstrahlen). Die Quelle der Strahlung sind die Kerne von Uran-Atomen, die einen Prozess der Transformation oder Desintegration in andere Kerne chemischer Elemente durchlaufen und dabei große Mengen an Energie in Form von radioaktiven Strahlen freisetzen.

Kernspaltung und Kernfusion

Die Kernspaltung bezeichnet den Bruch eines schweren Atomkerns in zwei mittelschwere Kerne. Im Gegensatz dazu ist die Kernfusion die Verschmelzung von zwei oder mehr Atomkernen, um einen schwereren Kern zu bilden.

Die Pionierarbeit von Marie und Pierre Curie

Marie Curie und ihr Ehemann Pierre Curie entdeckten zwei neue chemische Elemente, Radium und Polonium, die wesentlich aktiver als Uran sind. Damit ebneten sie den Weg für die spätere Entdeckung weiterer radioaktiver chemischer Elemente.

Arten der Radioaktivität

Es gibt drei Arten von Radioaktivität. Neben natürlichen radioaktiven Emissionen in Form von Alpha-, Beta- oder Gammastrahlen bei bestimmten Stoffen existiert auch das Phänomen der künstlichen Radioaktivität. Rutherford veröffentlichte die Ergebnisse der ersten künstlichen Kernreaktion.

Während die natürliche Radioaktivität ein spontaner Prozess ist, tritt die künstliche Radioaktivität als Folge einer zuvor verursachten nuklearen Wechselwirkung auf. Seit diesen Entdeckungen fanden viele weitere Entwicklungen statt, wie die Kernspaltung und Kernfusion mit ihren militärischen Anwendungen im Bereich der Atombomben sowie friedlichen Nutzungen in der Medizin.

Natur der radioaktiven Strahlen

Beta-Strahlen bestehen aus sehr schnellen Elektronen. Alpha-Strahlen sind positiv geladene Ionen von Helium-Atomen. Auch hochenenergetische Gammastrahlen gehören zum Spektrum der Emissionen.

Grundlagen der Quantenphysik

Seit 1950 gibt es eine neue Forschungslinie: Die Quantenphysik hat das Verständnis des Atomkerns maßgeblich verbessert und neue subatomare Teilchen identifiziert. Das Verfahren zur Beschleunigung von Teilchen wurde durch Teilchenbeschleuniger bekannt, um diese später als „Geschosse“ zu verwenden.

Im Jahre 1964 schlug Murray Gell-Mann vor, dass es neben den Elektronen nur eine kleine Anzahl grundlegender Bausteine gibt: die Quarks.

Wirtschaftliche Bedeutung und Anwendungen

Die Quantenphysik ist heute für etwa 30 % des BIP verantwortlich. Zu den Anwendungen gehören:

• Laser-Technologie: (TDT, DVD, Video)
• Display-Technik: LED-Displays
• Informationstechnik: Computer und Quantenkryptographie

Quarks und Teilchenbeschleuniger

Es werden verschiedene Arten von Quarks unterschieden: Up / Down, Top / Bottom sowie Charm / Strange. Teilchenbeschleuniger werden eingesetzt, um den innersten Kern zu untersuchen oder zu zerstören.