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1913/14 führten die beiden deutschen Physiker JAMES FRANCK (1882-1964) und GUSTAV HERTZ (1887-1975) Experimente durch, bei denen sie zeigten, dass Atome nur bestimmte Energiebeträge absorbieren können. Dieses Experiment wird heute meist als FRANCK-HERTZ-Versuch bezeichnet. Die Originalveröffentlichung umfasst nur wenige Druckseiten. Der FRANCK-HERTZ-Versuch gehört aber zu den grundlegenden Versuchen der Quantenphysik, die besonders klar und eindeutig das Wesen dieser Theorie verdeutlichen. Darüber hinaus hatte der FRANCK-HERTZ-Versuch auch erhebliche Bedeutung für die Frage, wie Strahlung absorbiert bzw. emittiert wird. Er war eine wichtige Stütze für das bohrsche Atommodell.

* 26.08.1882 in Hamburg
† 21.05.1964 in Göttingen

Er war ein bedeutender deutscher Physiker, der nach seiner Emigration 1933 in den USA wirkte. Seine bekannteste wissenschaftliche Leistung ist der grundlegende Versuch zum Nachweis diskreter Energieniveaus, den er 1913 zusammen mit GUSTAV HERTZ durchführte und der unter dem Namen FRANCK-HERTZ-Versuch in die Physikgeschichte eingegangen ist. Darüber hinaus beschäftigte er sich mit Gasentladungen, Atom- und Molekülspektren sowie speziellen Fragen der Quantentheorie.

* 30.09.1882 in Neustadt/Weinstraße
† 24.09.1945 in Potsdam

Er war ein deutscher Physiker und zunächst als Mitarbeiter von RUTHERFORD, später als Professor in Kiel, Tübingen und Berlin tätig. GEIGER entwickelte das nach ihm und seinem Schüler MÜLLER benannte Zählrohr (Geiger-Müller-Zählrohr) für radioaktive Strahlung.

Das Zerfallsgesetz gibt an, wie eine bestimmte Anzahl von Atomkernen eines radioaktiven Nuklids in Abhängigkeit von der Zeit zerfällt.
Es gilt:

$\begin{array}{l}N=N_{\text{o}}\cdot {\left(\frac{1}{2}\right)}^{\frac{t}{T_{1/2}}}\\ N\text{Anzahl der noch nicht zerfallenen Atomkerne}\\ N_{\text{o}}\text{Anzahl der zum Zeitpunkt}t\text{= 0 vorhandenen}\\ \text{nicht zerfallenen Atomkerne}\\ t\text{Zeit}\\ T_{\text{1/2}}\text{Halbwertszeit}\end{array}$

* 10.11.1905 in London
† 09.07.1965 in Northwood

Er war ein englischer Physiker, der sich besondere Verdienste um die Untersuchung der Wirksamkeit radioaktiver Strahlung auf menschliches Gewebe erworben hat. GRAY gehört zu den Mitbegründern der Radiologie. Ihm zu Ehren wurde 1975 als Einheit für die Energiedosis von radioaktiver Strahlung das Gray (Kurzzeichen: gy) festgelegt.

Radioaktive Strahlung kann durch verschiedene physikalische Größen beschrieben werden, wobei sich die Größen teilweise auf die Strahlungsquelle und teilweise auf die Körper beziehen, die radioaktiver Strahlung ausgesetzt sind. Die wichtigsten Größen sind die Aktivität, die Äquivalentdosis, die Energiedosis, die Energiedosisleistung und die Ionendosis.

Für die Entstehung der Atomphysik und die Durchsetzung der Atomhypothese spielten eine Reihe von grundlegenden Experimenten und Beobachtungen eine herausragende Rolle. Dazu gehören u.a. die Streuversuche von PHILIPP LENARD und ERNEST RUTHERFORD, aber auch die spektroskopischen Untersuchungen, die in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts von verschiedenen Physikern durchgeführt und interpretiert wurden. In dem Beitrag sind ausgewählte Experimente dargestellt und in ihrer Bedeutung für die Entwicklung der Atomphysik charakterisiert.

* 08.03.1879 in Frankfurt/Main
† 28.07.1968 in Göttingen

Er war ein berühmter deutscher Chemiker, entdeckte mehrere radioaktive Elemente und 1938 gemeinsam mit FRITZ STRASSMANN und LISE MEITNER die Uranspaltung. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt er 1944 den Nobelpreis für Chemie.

* 22. 07. 1887 in Hamburg
† 30. 10. 1975 in Berlin

Er war ein bedeutender deutscher Physiker, der vor allem durch die gemeinsam mit JAMES FRANCK durchgeführten Elektronenstoßversuche bekannt wurde. Darüber hinaus entwickelte er Methoden der Gasdiffusion und der Isotopentrennung. Von 1945 bis 1954 war er in der Sowjetunion tätig und beschäftigte sich dort mit Problemen der Isotopentrennung. Anschließend war HERTZ bis zu seiner Emeritierung als Hochschullehrer an der Universität Leipzig tätig.

Irène Joliot-Curie :
* 12.09.1897 in Paris
† 17.03.1956 in Paris

Frédéric Joliot-Curie :
* 19.03.1900 in Paris
† 14.08.1958 in Paris

Das französische Physikerehepaar JOLIOT-CURIE zählte zu den führenden Kernphysikern ihrer Zeit. Unter vielen experimentellen Arbeiten ragt die Entdeckung der künstlichen Radioaktivität hervor. Über ihre wissenschaftliche Tätigkeit hinaus wurden beide durch ihr soziales Engagement sowie ihr Wirken für die Friedensbewegung und die friedliche Nutzung der Kernenergie bekannt.

Unter Kernfusion versteht man die Verschmelzung leichter Atomkerne zu schwereren Kernen. Eine Kernfusion erfolgt nur bei großem Druck und hoher Temperatur. Dabei wird Energie freigesetzt.Kernfusionen gehen ständig im Inneren der Sonne und anderer Sterne vor sich.

Kernkraftwerke dienen der Gewinnung elektrischer Energie aus Kernenergie. Dabei erfolgt in einem Kernreaktor Kernspaltung, bei der thermische Energie freigesetzt wird. Diese thermische Energie wird über eine Energieumwandlungskette in elektrische Energie umgewandelt. Kernkraftwerke spielen heute eine wichtige Rolle bei der Elektroenergiegewinnung, sind aber umstritten. Ihr Vorteil besteht vor allem in der geringen Umweltbelastung bei normalem Betrieb. Ein Nachteil ist die Entstehung radioaktive Abfälle, die über Jahrzehnte hinweg sicher gelagert werden müssen.

Unter Kernspaltung versteht man die durch Beschuss mit Neutronen erfolgende Zerlegung eines schweren Atomkerns in zwei mittelschwere Atomkerne. Dabei werden Neutronen freigesetzt und es wird Energie abgegeben. Kernspaltung ist eine spezielle Form der Kernumwandlung. Sie wurde 1938 von OTTO HAHN, FRITZ STRASSMANN und LISE MEITNER entdeckt.

Unter einer Kernumwandlung versteht man die Umwandlung von Atomkernen in andere Kerne. Das kann spontan oder durch äußere Einflüsse und Bedingungen erfolgen. Zu den Kernumwandlungen gehören der Spontanzerfall, die Kernspaltung und die Kernfusion. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Kernumwandlungen, die meist infolge äußerer Einflüsse vor sich gehen.

Kernwaffen sind eine Waffenart, bei der die Kernspaltung (Atombomben) oder die Kernfusion (Wasserstoffbomben) genutzt wird. Die ersten Atombomben wurden 1945 von den USA erprobt und über den japanischen Städten Horishima und Nagasiki abgeworfen. Wasserstoffbomben gibt es seit 1953. Kernwaffen sind eine der gefährlichsten Waffenarten. Jeder sollte sich dafür einsetzen, dass sie nie wieder angewendet werden.

* 12.01.1903 in Sim
† 07.02.1960 in Moskau

Er war ein russischer Physiker und Wissenschaftsorganisator, dem 1942 die wissenschaftliche Leitung des sowjetischen Atombombenprojektes übertragen wurde und der damit zum „Vater der sowjetischen Atombombe“ wurde. Unter seiner Leitung wurden auch die ersten sowjetischen Wasserstoffbomben entwickelt.

Mithilfe von Lasern wird Laserlicht oder Laserstrahlung erzeugt. Aufgrund seiner speziellen Eigenschaften – es ist nahezu paralleles Licht, hat eine hohe Energiedichte, kann sehr fein gebündelt werden, hat nur eine Frequenz – kann man Laserlicht in vielfältiger Weise nutzen, z.B. zur Materialbearbeitung, in der Messtechnik oder in der Chirurgie.

* 07.11.1878 in Wien
† 27.10.1968 in Cambridge

Sie war eine österreichische Physikerin, Professor in Wien, Berlin und Stockholm. Gemeinsam mit OTTO HAHN entdeckte sie mehrere radioaktive Elemente und erklärte als Erste die Uranspaltung, als deren Mitentdeckerin sie häufig genannt wird.

Radioaktive Strahlung lässt sich nicht mit unseren Sinnesorganen erfassen. Um sie nachzuweisen, müssen ihre Wirkungen genutzt werden. Wichtige Nachweismöglichkeiten sind

• fotografische Schichten,
• Zählrohre,
• Nebelkammern.

Darüber hinaus gibt es weitere Nachweismöglichkeiten, z.B. Szintillationszähler, Blasenkammern, Ionisationskammern, Spinthariskope oder Detektoren unterschiedlicher Bauart.

Ein Nuklid ist ein Atomkern, der eindeutig durch Massenzahl und Kernladungszahl charakterisiert ist. Der Begriff wurde 1950 international eingeführt, um dem unkorrekten Gebrauch des Wortes Isotop entgegenzuwirken. Isotope sind Atomkerne eines Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Anzahl von Neutronen. Es sind spezielle Nuklide. Wegen der gleichen Protonenzahl (= Kernladungszahl) haben Isotope auch die gleiche Anzahl von Elektronen in der Hülle.

* 22.04.1904 in New York
† 18.02.1967 in Princeton

Er war einer der erfolgreichsten theoretischen Physiker der USA im 20. Jahrhundert. Unter seiner wissenschaftlichen Leitung wurde in den Jahren 1942 bis 1945 die amerikanische Atombombe entwickelt Damit gilt er als „Vater der amerikanischen Atombombe“.

Die von dem britischen Physiker ERNEST RUTHERFORD (1871-1937) im Jahre 1911 und von dem dänischen Physiker NIELS BOHR (1885-1962) im Jahre 1913 angegebenen Atommodelle waren wichtige Schritte in der Entwicklung von Vorstellungen über den Atombau. Aber auch das bohrsche Atommodell erwies sich schnell ist nicht ausreichend für die Erklärung von Sachverhalten. Insbesondere die Annahme von bestimmten Bahnen für die Elektronen war mit den Erkenntnissen der Quantenphysik nicht vereinbar. In den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde ein quantenmechanisches Atommodell entwickelt, das auch als Orbitalmodell bezeichnet wird. Es ist ein mathematisches Modell, das sich der grafischen Veranschaulichung weitgehend entzieht. Es beruht auf quantenphysikalischen Erkenntnissen.