2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Transkrypt

1 2008/2009 Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

2 Plan wykładu Wstęp, podstawowe jednostki fizyki jądrowej, Własności jądra atomowego, Metody wyznaczania własności jądra atomowego, Wyznaczanie promienia jądra atomowego, Wyznaczenia masy jąder atomowych, Wyznaczanie spinu i momentu magnetycznego Wyznaczenie momentów elektrycznych (kwadrupolowego), Wyznaczenie średnich czasów życia stanów jądrowych Modele jądra atomowego: Model kroplowy Model gazu Fermiego, Model powłokowy Model kolektywny

3 Jądro atomowe Podstawowa notacja określająca jądro atomowe Z liczba atomowa (liczba protonów), A liczba masowa (liczba nukleonów) N=A-Z liczba neutronów Z=const N const: izotopy, Z const, N=const: izotony, A=const: izobary, Jadra, które mają zamienione liczby N i Z nazywamy jadrami lustrzanymi.

4 Jednostki Długość: m = femtometr = Fermi =1 fm Energia: 1 ev=1,602 x J, 1keV = 10 3 ev, 1MeV = 10 6 ev, 1GeV = 10 9 ev (rozpady beta, gamma energia ok. 1 MeV, alfa ok. 10MeV) Czas: sekunda (od s do 10 9 lat), 1fm/c Masy: jednostka masy atomowej (1/12masy atomu 12 C=931,494 MeV/c 2

5 Składniki jadra atomowego

6 Podstawowe własności jądra atomowego Promień, Ładunek elektryczny (liczba protonów), Masa, Energia wiązania, Kręt (spin), Parzystość, Momenty elektromagnetyczne, Energie stanów wzbudzonych.

7 Promienie jąder atomowych Nie ma precyzyjnie określonego promienia jądra atomowego Pomiar promienia jadra ściśle zależy od użytej metody Pomiary: rozkładu ładunku elektrycznego (rozpraszanie elektronów, mionowe promieniowanie charakterystyczne X, różnice w energiach wiązania jader zwierciadlanych), Rozkładu materii jądrowej (rozpady alfa, rozpraszanie neutronów, cząstek alfa).

8 Metody wyznaczania promienia jądra atomowego Metody wykorzystujące siły jądrowe: Rozprasznie cząstek α, Rozpad α, Rozpraszanie protonów, Rozpraszanie neutronów, Rozpraszanie pionów, Oddziaływania z antyprotonami, Rozpraszanie jąder atomowych na jądrach atomowych, Metody wykorzystujące oddziaływania elektromagnetyczne: Rozpraszanie elektronów, Atomy m-mionowe, Jądra zwierciadlane (lustrzane) Przesunięcie izotopowe, Widma promieniowania X Anomalie magnetycznej struktury nadsubtelnej, Mieszane metody: Półemipryczna formuła Weizsackera Produkcja pionów neutralnych

9 Doświadczenie Rutherforda Odkrycie jądra atomowego, Rozpraszanie cząstek alfa na złotej folii,

10 Doświadczenie Rutherforda Wyznaczenie promienia jądra dla parametru zderzenia równego zero 2 ZZ' e r0 E Typowe wartości uzyskane tą drogą: R Au 3,2x10-12 cm, R Ag 2x10-12 cm Metoda jest słuszna dla małych wartości energii cząstek alfa.

11 Doświadczenie Hofstadtera Cele zmierzenie rozkładu ładunku jądra atomowego Rozproszenie elektronów na jadrach atomowych Pomiar rozkładu elektronów rozproszonych na jądrach atomowych Eksperyment Stanford 1955 Nagroda Nobla

12 Doświadczenie Hofstadtera Oddziaływanie V(r) zależy od rozkładu ładunku w jądrze Pomiar F(q) daje informacje o rozkładzie ładunku

13 Promieo jadra atomowego

14 Rozpraszanie cząstek alfa Jedna z pierwszych metod, Bada się odstępstwa od rozpraszania kulombowskiego, Przy odpowiednio dużej energii alf, cząstki te wchodzą w zakres oddziaływania jądrowego,.

15 Rozpraszanie cząstek alfa Pomiar różniczkowego przekroju czynnego Stosuje się dwa opisy zjawiska, Model ostrego obcięcia, dokładnie kulombowskie oddziaływanie poza promieniem R Model optyczny, oddziaływanie składa się z dwóch części: urojonej i rzeczywistej (związanych z absorpcja i odbiciem), powierzchnia jądra r R jest rozmyta a 1 V ( V iw )[1 e ] 2e ( r) Poszukuje się odpowiednich parametrów tego oddziaływania

16 Rozpad α Penetracja cząstek alfa przez barierę potencjału, R 1,50A 1 3 Czas połowicznego zaniku zależy od prawdopodobieństwa penetracji bariery, która jest związana z jej grubością Rozwiązanie równia Schrodingera dla rozpadu alfa daje prawdopodobieństwo penetracji bariery (rozpadu) Porównanie wyliczeń z eksperymentem daje oszacowanie promienia jądrowego

17 Rozpraszanie protonów Wykorzystanie modelu optycznego, Dodatkowy człon związany z oddziaływaniem spinorbita, Duża ilość danych eksperymentalnych. R 1,25A 1 3

18 Rozpraszanie neutronów Brak oddziaływania kulombowskiego Problemy z uzyskanie wiązki neutronowej, Poszukuje się parametrów potencjału oddziaływania neutron-jadro atomowe

19 Rozpraszanie elektronów Badanie rozkładu ładunku, Bardziej proste obliczenia teoretyczne, Zależność długości fali od rozmiaru obserwowanego obiektu Dla jądra l 10fm l ct=c/n=ch/hn=ch/e=h\p 10fm => p h/10fm, E=pc=124 MeV Mierzone są tylko elektrony rozproszone elastycznie (tylko stan podstawowy jądra), Rozmiar na podstawie dopasowania do rozkładu kątowego,

20 Rozpraszanie elektronów

21 Rozpraszanie elektronów

22 Rozpraszanie elektronów

23 Rozpraszanie elektronów