IN DIE ATOMPHYSIK AIle Rechte, insbesondere das der Obersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Ohne ausdriickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (Photokopie, Mikrokopie) oder auf andere Art zu vervielfaltigen Copyright 1948, 1951 and 1954 by Springer-Verlag Berlin' Heidelberg © by Springer-Verlag Berlin' Heidelberg 1956, 1958, 1%2, 1%4, 1%7, and 1976 Library of Congress Catalog Card Number: 66-26097 ISBN-13: 978-3-540-03791-0 e-ISBN-13: 978-3-642-64980-6 001: 10. 1007/978-3-642-64980-6 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB salehe Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden durften EINFUHRUNG IN DIE ATOMPHYSIK VON DR. WOLFGANG FINKELNBURG HONORARPROFESSOR AN DER F R I DR E ICH·ALEXAN DE R· UN IVERS ITAT ERLANG EN ·NORNBERG ELFTE UND ZWOLFTE VOLLIG NEU BEARBEITETE UND ERGANZTE AUFLAGE KORRIGIERTER NACHDRUCK SilT 281 ABBILDUNGEN S PRINGER-VE RLAG BERLIN HEIDELBERG NEW YORK 1976 Vorwort zum Nachdruck Seit nahezu 30 Jahren hat die "Einftihrung in die Atomphysik" von Wolfgang Finkelnburg unter Lehrenden, Lernenden und physikalischen Laien viele Freunde gewonnen. Das liegt an dem unnachahmlichen Stil und der Eleganz, mit der es der Verfasser verstand, auch schwierigere Zusammenhange lebendig darzustellen. Man spiirt aus dem ganzen Buch die Freude an der Physik, an dem physikalischen Verstehen der N atur urn uns. Nun ist die 11. und 12.

Inhalt
I. Einleitung.- 1. Die Bedeutung der Atomphysik für Wissenschaft und Technik.- 2. Die Methodik der atomphysikalischen Forschung.- 3. Schwierigkeit, Gliederung und Darstellung der Atomphysik.- Literatur.- II. Allgemeines über Atome, Ionen, Elektronen, Atomkerne und Photonen.- 1. Belege für die Atomistik der Materie und der Elektrizität.- 2. Masse, Größe und Zahl der Atome. Das Periodensystem der Elemente.- a) Atomgewicht und Periodensystem.- b) Die Bestimmung der Avogadro-Konstante und der absoluten Atommassen.- c) Die Größe der Atome.- 3. Belege für den Aufbau der Atome aus Kern und Elektronenhülle. Allgemeines über Atommodelle.- 4. Freie Elektronen und Ionen.- a) Die Erzeugung freier Elektronen.- b) Die Bestimmung von Ladung und Masse des Elektrons.- c) Anwendungen des freien Elektrons. Elektronengeräte.- d) Freie Ionen.- 5. Überblick über den Aufbau der Atomkerne.- 6. Die Isotopie.- a) Entdeckung der Isotopie und Bedeutung für die Atomgewichte.- b) Deutung und Eigenschaften der Isotope.- c) Die Bestimmung der Massen und relativen Häufigkeiten von Nukliden. Die Massenspektroskopie.- d) Die Verfahren der Isotopentrennung.- 7. Photonen.- Literatur.- III. Atomspektren und Atombau.- 1. Aufnahme, Auswertung und Einteilung von Spektren.- a) Methoden der Spektroskopie in den verschiedenen Spektralgebieten.- b) Emissions- und Absorptionsspektren.- c) Wellenlängen und Intensitäten.- d) Linien-, Banden- und kontinuierliche Spektren.- 2. Serienformeln und Termdarstellung von Linienspektren.- 3. Die Grundvorstellungen der Bohrschen Atomtheorie.- 4. Die Anregung von Quantensprüngen durch Stöße.- 5. Das Wasserstoffatom und seine Spektren nach der Bohrschen Theorie.- 6. Atomvorgänge und ihre Umkehrung. Ionisierung und Wiedervereinigung. Kontinuierliche Atomspektren und ihre Deutung.- a) Stöße erster und zweiter Art und ihre Folgeprozesse. Emission und Absorption.- b) Stoßionisierung und Dreierstoß-Rekombination.- c) Photoionisierung und Seriengrenzkontinuum in Absorption.- d) Strahlungsrekombination und Seriengrenzkontinua in Emission.- e) Elektronenbremsstrahlung.- 7. Die Spektren der wasserstoffähnlichen Ionen und der spektroskopische Verschiebungssatz.- 8. Die Spektren der Alkaliatome und ihre Deutung. Die S-, P-, D-, F-Termfolgen.- 9. Der Dublettcharakter der Spektren von Einelektronenatomen und der Einfluß des Elektronenspins.- a) Bahndrehimpuls, Eigendrehimpuls (Spin) und Gesamtdrehimpuls der Einelektronenatome.- b) Die Dublettstruktur der Alkaliatomterme.- c) Dublettcharakter und Feinstruktur der Balmer-Terme des Wasserstoflatoms.- 10. Die Röntgenspektren, ihre atomtheoretische Deutung und ihr Zusammenhang mit den optischen Spektren.- a) Elektronenschalenaufbau und Röntgenspektren.- b) Der Mechanismus der Röntgenlinienemission.- c) Die Feinstruktur der Röntgenlinien.- d) Die Röntgenabsorptionsspektren und ihre Kantenstruktur.- 11. Allgemeines über die Spektren der Mehrelektronenatome. Multiplizitäts-systeme und Mehrfachanregung.- 12. Systematik der Terme und Termsymbole bei Mehrelektronenatomen.- 13. Der Einfluß des Elektronenspins und die Theorie der Multipletts von Mehrelektronenatomen.- 14. Metastabile Zustände und ihre Wirkungen.- 15. Die atomtheoretische Deutung der magnetischen Eigenschaften der Elektronen und Atome.- 16. Atome im elektrischen und magnetischen Feld. Richtungsquantelung und Orientierungsquantenzahl.- a) Richtungsquantelung und Stern-Gerlach-Versuch.- b) Der normale Zeeman-Effekt der Singulettatome.- c) Der anomale Zeeman-Effekt und der Paschen-Back-Effekt der Nichtsingulettatome.- d) Der Stark-Effekt.- 17. Die Multiplettaufspaltung als magnetischer Wechselwirkungseffekt.- 18. Pauli-Prinzip und abgeschlossene Elektronenschalen.- 19. Die atomtheoretische Erklärung des Periodensystems der Elemente.- 20. Die Hyperfeinstruktur der Atomlinien. Isotopie-Effekte und Einfluß des Kernspins.- 21. Die natürliche Breite der Spektrallinien und ihre Beeinflussung durch innere und äußere Störungen.- 22. Bohrs Korrespondenzprinzip und das Verhältnis der Quantentheorie zur klassischen Physik.- 23. Übergangswahrscheinlichkeiten und Intensitätsfragen. Lebensdauer und Oszillatorenstärke.- 24. Maser und Laser.- Literatur.- IV. Die quantenmechanische Atomtheorie.- 1. Der Übergang von der Bohrschen zur quantenmechanischen Atomtheorie.- 2. Der Welle-Teilchen-Dualismus beim Licht und bei der Materie.- 3. Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsbeziehung.- 4. De Broglies Materiewellen und ihre Bedeutung für die Bohrsche Atomtheorie.- 5. Die Grundgleichungen der Wellenmechanik. Eigenwerte und Eigenfunktionen. Die Matrizenmechanik und ihr Verhältnis zur Wellenmechanik.- 6. Die Bedeutung der wellenmechanischen Ausdrücke, Eigenfunktionen und Quantenzahlen.- 7. Beispiele für die wellenmechanische Behandlung atomarer Systeme.- a) Der Rotator mit starrer raumfester Achse.- b) Der Rotator mit raumfreier Achse.- c) Der lineare harmonische Oszillator.- d) Das Wasserstoffatom und seine Eigenfunktionen.- 8. Die quantenmechanischen Ausdrücke für beobachtbare Eigenschaften atomarer Systeme.- 9. Die wellenmechanische Strahlungstheorie. Übergangswahrscheinlichkeit, Auswahlregeln und Polarisationsverhältnisse.- 10. Die wellenmechanische Fassung des Pauli-Prinzips und seine Konsequenzen.- 11. Die Wechselwirkung gekoppelter gleichartiger Systeme. Austauschresonanz und Austauschenergie.- 12. Der Brechungsindex der ?-Wellen und der quantenmechanische Tunneleffekt (Durchgang eines Teilchens durch einen Potentialwall).- 13. Die Quantenstatistiken nach Fermi und Bose und ihre physikalische Bedeutung.- 14. Die Grundideen der Quantenelektrodynamik. Die Quantelung von Wellenfeldern.- 15. Leistungen, Grenzen und philosophische Bedeutung der Quantenmechanik.- Literatur.- V. Die Physik der Atomkerne und Elementarteilchen.- 1. Die Kernphysik im Rahmen der allgemeinen Atomphysik.- 2. Methoden zum Nachweis und zur messenden Erfassung von Kernprozessen und Kernstrahlung.- 3. Die Erzeugung energiereicher Kerngeschosse in Beschleunigungsmaschinen.- 4. Allgemeine Eigenschaften der Atomkerne.- a) Kernladung, Kernmasse und Aufbau der Atomkerne aus Nukleonen.- b) Durchmesser, Dichte und Form der Atomkerne.- c) Kerndrehimpuls und Kernisomerie.- d) Die Polarisation von Atomkernen bzw. Teilchenstrahlen.- e) Die magnetischen Momente von Proton, Neutron und zusa…