Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2013

Transkrypt

1 Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2013

2 część 1 własności jąder (w stanie podstawowym) składniki jąder przekrój czynny masy jąder rozmiary jąder

3 Rutherford (1911) Ernest Rutherford ( ) R 10 fm 1908

4 świat jądrowy jądro metr do Słońca atom Ziemia Kosmos rozmiary (w metrach) skala logarytmiczna!

5 pustka materii Xe tylko tu... _ ośrodek ciągły (tu ciekły ksenon) jest prawie pusty!

6 świat jądrowy (cd) gęstość materii jądrowej 0.17 fm -3 gęstość ciała stałego razy energia jonizacji atomu wodoru 13.6 ev energia separacji nukleonu 8.5 MeV

7 nuklidy 1 1 H A Z X N 8 4 Be Fe X - symbol pierwiastka Pb A - liczba masowa Z - liczba atomowa N - liczba neutronowa

8 ścieżka stabilności + gwiazdy neutronowe

9 halo neutronowe

10

11 superciężkie IUPAC 101 Mendelevium Md 102 Nobelium No 103 Lawrencium Lr 104 Rutherfordium Rf 105 Dubnium Db 106 Seaborgium Sg 107 Bohrium Bh 108 Hassium Hs 109 Meitnerium Mt

12

13 elektrony w jądrze? Δx 1 fm Δp 200 MeV/c Δx ΔE 200 MeV (masa elektronu 0.5 MeV) Eβ < 10 MeV więc nie! oraz analiza spinów jąder np: I( 14 7N) jest całkowity! (wyznaczony eksperymentalnie)

14 stabilne nuklidy 274 stabilnych nuklidów Z<84 od wodoru Z=1 do bizmutu Z=83 następny polon Z=84 jest już nietrwały niestabilne wyjątki: technet Z=43 oraz promet Z=61 N niep. N parz. Z niep Z parz H 6 3 Li 10 5 B 14 7 N

15 nuklidy (cd) nuklidy A Z X Au izotopy A Z X, A Z X 1 1 H, 2 1 H, 3 1 H izobary A Z X, A Z X 14 6 C, 14 7 N, 14 8 O izotony A Z X, A+m Z+m X 6 2 He, 7 3 Li, 8 4 Be, 9 5 B izomery A Z X, A Z X* wzbudzenie

16 przekrój czynny = efektywna powierzchnia

17 przekrój czynny oddziaływanie pomiar prawdopodobieństa przekrój czynny

18 n - strumień padających cząstek k - koncentracja centrów tarczy (identycznych), m -3 - efektywna powierzchnia centrów, m 2 Sdx - objętość warstwy ksdx - ilość centrów w warstwie ksdx - efektywna powierzchnia czynna warstwy (bez przekrywania) S dx

19 dn n dn n ksdx S kdx prawdopodobieństwo oddziaływania dn dx kn n x n 0 e kx pomiar

20 średnia droga swobodna: n x n 0 e x 0 xe e kx dx 0 kx dx 1 k jednostka przekroju czynnego: barn, b=10-28 m 2 (jądro A~120)

21 różniczkowy przekrój czynny ( - kąt bryłowy) d d oś zderzenia (symetria azymutalna) d d d sind cos 2 sind w ogólności: d d f tot f 1 d 2f d cos 1

22 f() a izotropia f a tot 4a -1 1 cos NB: podwójny różniczkowy przekrój czynny: d d 2 de

23 d d 2 ekr F q d d pkt q - przekaz pędu F(q) - czynnik kształtu (formfaktor) odstępstwo od punktowości F q r transformata Fouriera

24 masy jąder

25 spektrometr masowy qe qvb v E / B detektor mv 2 / r qvb B r mv / qb E B 2 m qrb / E źródło jonów selektor prędkości selektor pędu separacja izotopów...

26 Aston 1919 Francis Aston od 1919 zidentyfikował i zmierzył masy 212 izotopów...

27 widmo mas Z = 36 (krypton) A = % A = % A = 82 12% A = 83 13% A = 84 57% A = 86 17% abundancja... m Kr = 83.8 u

28 abundancja

29 TOF

30 defekt masy m masa jądra m p masa protonu (938.3 MeV) m n masa neutronu (939.6 MeV) defekt masy: m c 2 = [Z m p + (A Z) m n m] c 2 > 0 energia wiązania: E B = m c 2 E B / A 8.5 MeV

31 defekt masy (cd) kolaps jądrowy...

32 deuter 1 1 H - wodór 2 1 H - deuter 3 1 H - tryt m d = 1875 MeV < m p + m p = 1878 MeV m 3 MeV słabo związany układ dwóch nukleonów

33 energia wiązania E B /A [MeV] A

34 stabilność A 50 fuzja EB/A [MeV] 10 rozpady, rozszczepienie najsilniej związane ( 62 28Ni, Fe)

35 liczby magiczne E B /A [MeV] Z=8 N=8 Z=2 N=2 N=28 N=50 Z=28 N=82 Z=82 Z=50 N=126 Z=20 N= A

36 rozmiary jąder

37 kształt a / b < 1.17 Rp R n? naskórek neutronowy

38 wyznaczanie R 1. rozpraszanie szybkich elektronów 2 =10-14 λ m dla p e = 100 MeV p 2. promieniowanie X mezoatomów m = 207 m e r = 1/207 r e ( = s) 3. Rozpraszanie szybkich neutronów T 20 MeV = 2R 2 (ev dla struktury kryształu) (20 MeV Hofstadter) 4. stała rozpadu : (R) 5. energia wiązania: E B (R)

39 elast. rozpraszanie elektronów p i k i p f k f ikr e q p f p i F q e iqr V r dv prawdopodobieństwo przejścia tu: 2 p q sin 2 F q 4 sin qr q r - kąt rozproszenia rdr formfaktor (mierzymy) transformata Fouriera (r) Stanford: GeV

40 gęstość 1/ 3 R r 0 A r fm 208 Pb (eksperyment) R Pb 7.1 fm prawie stała gęstość dyfuzyjna granica

41 rozkład Fermiego A > 40 r 0 r 1 exp R a R promień połówkowy a parametr rozmycia t = (4ln3)a grubość warstwy powierzchniowej t 2.4 fm r dv A

42 gęstość cd... średni promień kwadratowy (rms): r 2 r 2 r dv rdv promień efektywny:

43

44

45

46

47 60 o d parametr zderzenia

48 koniec...