Optik und Kernphysik: Korrektur von Fehlsichtigkeiten und Grundlagen der Atomstruktur

Optische Fehler: Myopie und Hyperopie

Myopie (Kurzsichtigkeit)

Myopie: Tritt auf, wenn das Auge eine übermäßige Konvergenz aufweist. Licht von weit entfernten Objekten wird vor der Netzhaut gebündelt, wodurch entfernte Objekte nur verschwommen erscheinen. Dies wird mit Zerstreuungslinsen korrigiert.

Hyperopie (Weitsichtigkeit)

Hyperopie: Ist gegeben, wenn das Auge weniger stark konvergiert als normal. Die Bilder von nahen Objekten befinden sich hinter der Netzhaut, was zu Unschärfe führt. Dies wird mit Sammellinsen korrigiert.

Grundlagen der Kernphysik

Erstes Modell des Atomkerns

Aufbau des Atoms

Das Atom besteht aus einem Kern, der fast die gesamte Masse und die gesamte positive Ladung enthält. Die Elektronen umkreisen den Kern in bestimmten Abständen. Die Kerne werden durch zwei Arten von Teilchen gebildet, die als Nukleonen bezeichnet werden: Protonen und Neutronen.

Klassifizierung der Nuklide

• Isotope: Sind Nuklide, die die gleiche Anzahl von Protonen (gleiche Ordnungszahl), aber eine unterschiedliche Massenzahl haben. Sie besitzen die gleichen chemischen Eigenschaften, aber unterschiedliche nukleare Eigenschaften.
• Isobare: Sind Nuklide mit gleicher Massenzahl, aber unterschiedlichen Ordnungszahlen. Sie sind chemisch verschieden.
• Isotone: Sind Nuklide mit der gleichen Anzahl von Neutronen, aber unterschiedlicher Ordnungszahl und Massenzahl.

Kernkräfte

Es wirkt die sogenannte starke Kernkraft, die folgende Merkmale aufweist:

1. Sie ist sehr intensiv und überwindet die starke elektrostatische Abstoßung zwischen den Protonen.
2. Sie ist ladungsunabhängig.
3. Sie ist eine Kraft mit kurzer Reichweite.
4. Sie besitzt Sättigungscharakter.

Die Bindungsenergie des Kerns

Die Prinzipien der Erhaltung der Masse und Energie sind hier vereint: Die Gesamtmenge an Energie und die äquivalente Masse bleiben in einem isolierten System konstant.

Radioaktive Strahlung und Zerfall

Radioaktiver Zerfall

Radioaktiver Zerfall: Ist eine Eigenschaft bestimmter Atomkerne, sich spontan in einen anderen Kern durch die Emission von Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung umzuwandeln. Bei diesem Prozess finden folgende Erhaltungsgesetze statt:

• Erhaltung der Energie.
• Erhaltung des Impulses.
• Erhaltung der elektrischen Ladung.
• Erhaltung der Gesamtanzahl der Nukleonen.

Gesetz des radioaktiven Zerfalls

Gesetz des radioaktiven Zerfalls: Der Zerfall ist ein spontaner Prozess, der zufällig erfolgt. Die Gesetze, die sich mit dem Zerfall beschäftigen, beschreiben die Statistiken und ermöglichen die Berechnung der Wahrscheinlichkeit.

Kernreaktionen

Allgemeine Kernreaktionen

Kernreaktionen: Bei einer Kernreaktion findet eine Umlagerung von Nukleonen zwischen zwei Kernen statt. Dies erfordert eine sehr große Energiemenge, um die elektrostatische Abstoßung zwischen den Kernen zu überwinden. Daher muss einer der Reaktionspartner ein Projektil mit hoher Energie sein, das durch Teilchenbeschleuniger erreicht wird.

Kernspaltung

Kernspaltung: Tritt ein, wenn einige schwere Atome mit Neutronen beschossen werden. Der Kern spaltet sich in zwei mittelschwere Kerne und setzt dabei zwei oder drei schnelle Neutronen frei.

Kernfusion

Kernfusion: Ist die Vereinigung von zwei leichten Kernen zu einem schwereren Kern und einem oder mehreren Teilchen oder Strahlungen. Die Reaktion verursacht auch einen Massenverlust, der zu einer entsprechenden Energiefreisetzung führt. Als Brennstoffe werden Deuterium, Tritium und Protium eingesetzt.