Basiswissen

Kernaussagen

• Es wird auf Studien zum Durchgang sehr schneller Alpha- und Beta-Teilchen durch Materie verwiesen.
  

• Es wird auf ursprüngliche Beboachtungen von Marsden und Geiger verwiesen:
  

• Schnelle Alpha-Teilchen können von einzelnen Atomen um mehr als 90° abgelenkt werden.
  

• Das Thomsonsche Atommodell kann solche starken Ablenkung nicht erklären.
  

• Man kann sie nur erklären, wenn die positive Ladung auf einem engen Punkt konzentriert ist.
  

• Rutherford nimmt an: die positive Ladung ist in einem sehr kleinen Atomkern vereinigt.
  

• Ferner beinhaltet die positive Ladung (und damit der Kern) den Großteil der Masse eines Atoms.
  

• Die Elektronen sind in eine großen Abstand um den Kern angeordnet und ergeben damit die bekannten Atomgrößen.
  

• Um durchfliegende Alpha-Teilchen um einige Grad abzulenken, müssen diese nahe am Kern vorbeifliegen.
  

• Der Einfluss der umliegenden Elektronen wurde dabei als vernachlässigbar betrachtet.
  

• Für die Kraft vom Kern zum Alpha-Teilchen wurde das Coulumbsche Gesetz angenommen.
  

• Sich ergebende Flugbahnen bezeichnete Rutherford als hyperbolisch.
  

• Rutherford erstellte eine Formel dafür, wie viele Alpha-Teilchen unter ...
  

• einem bestimmten Winkel φ gegenüber ihrer ursprünglichen Flugbahn auf einem Schirm gezählt werden können.
  

• Diese Anzahl ist proportional zu:
  

• a) (cosec φ/2)^4 oder 1/φ^4 für kleine Winkel
  

• b) Anzahl Atome des streuenden Material pro Volumeneinheit
  

• c) Die Dicke des streuenden Materials, vorausgesetzt sie ist nicht sehr groß.
  

• d) Das Quadrat der Kernladung
  

• e) Zu 1/[mu²]² mit m als Alpha-Teilchen-Masse und u der Geschwindigkeit
  

• Die aufwändige Zählarbeit mehrerer tausender Messungen von Marsden und Geiger wird honoriert.
  

• Es wurde gezeigt: die elektrische Ladung eines Atoms ist in etwa proportional der Atommasse.
  

• Wilson konnte zeigen, dass selten auch sehr große Ablenkungswinkel vorkommen.
  

• Das deutet an, dass es hier zu einer Kollision der Alpha-Teilchen mit dem Kern kam.
  

• Dass Alpha-Teilchen nicht von Elektronen abgelenkt werden, wird unter anderem mit der geringen Masse der Elektronen erklärt.
  

• Selbst wenn die Elektronen eine Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit hätten, würde sie Alpha-Teilchen rechnerisch kaum ablenken.
  

• Langsame und leichte Teilchen könnten aber sehr wohl von Elektronen abgelenkt werden. Das wird als Vermutung geäußert.
  

• Es wird vermutet, dass Beta-Teilchen beim Durchflug durch Materie sehr stark vom Kern abgelenkt werden könnten.
  

• Es werden mögliche Unterschiede beim Durchgang von Alpha- und Beta-Teilchen durch Materie betrachtet.
  

• Elektronen würden in Kernnähe stark von diesem angezogen werden. Dadurch würden sie Strahlungsenergie abgeben.
  

• Außerdem würden schnelle Elektronen an Masse zunehmen.
  

• Diese Effekte könnten das Verschluckt-Werden von Elektronen bei Durchflügen durch Masse erklären.
  

• Es wird darauf verwiesen, dass durchfliegende Beta-Teilchen von Elektronen der Atomhülle abgelenkt werden könnten.
  

• Es wird aber gleichzeitig gesagt, dass dieser Fall eher selten auftreten sollte.
  

• Es folgen dann Betrachtungen zum Durchflug von Alpha-Teilchen durch Helium- oder Wasserstoffgas.
  

• Man könne aus Messergebnissen schließen, dass die Ladung im Wasserstoff 1 und im Helium 2 sei.
  

• Der Atomkerndurchmesser von Gold wird auf maximal etwa 3 mal 10 hoch -12 cm abgeschätzt.
  

• Für Gasatome kann berechnet werden, dass sich die Kerne auf bis zu 1,7 mal 10 hoch -13 cm annähern.
  

• Dies sei kleiner als der damals angenommene Durchmesser eines Elektron von 2 mal 10 hoch -13 cm.
  

• Es wird gefolgert, dass der Kern eines Wasserstoffatoms im Prinzip das "positive Elektron" sei.
  

• Für Heliumkerne wird angenommen, dass sie aus 4 positiven und zwei negativen Bauteilen bestehen.
  

• Anmerkung: die Existenz von Neutronen war damals unbekannt.
  

• Es wird beobachtet, dass radioaktive Strahlung oft aus Helium- aber nie aus Wasserstoffkernen besteht.
  

• Dass Atome durch Alpha-Radioaktivität 4 Masseeinheiten verlieren wird mit der Beobachtung verknüpft, ...
  

• dass stabile Atome oft einen Masseunterschied von 4 Einheiten haben.
  

• Rutherford warnt vor zu schnellen Vermutungen über den inneren Aufbau von Atomkernen.
  

• Die Frage wird aufgeworfen (z. B. von Bohr), ob es im Kern Elektronen gebe.
  

• Man beoachtet z. B. dass sehr schnelle Elektronen aus dem Kern zu kommen scheinen.
  

• Es wird vorhergesagt, dass Atome die gleiche Kernladung aber stark unterschiedliche Massen haben können (heutige Isotope).
  

• Bohr wird mit Einwändern gegenüber Rutherfords Nukleus-Theorie zitiert. Vor allem:
  

• Es sei unmöglich, stabile Atome mit Hilfe der klassischen Bewegungsgesetz zu konstruieren.
  

• Bohr habe mit Hilfe der Planck-Konstansten Modelle entworfen, die gut auf Experimentelle Befunde passen.
  

• Rutherford empfiehlt ein tieferes Studium der Bohrschen Ideen.
  

Fußnoten

• [1] Rutherford, Ernest, & Sir Ernest Rutherford, F. R. S. (1914). LVII. The structure of the atom. http://doi.org/10.1080/14786440308635117
  

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