Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

Podobne dokumenty
FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Reakcja rozszczepienia

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 9 Fizyka neutronów i reakcja łańcuchowa

Promieniowanie jonizujące

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

I etap ewolucji :od ciągu głównego do olbrzyma

Fizyka współczesna. Jądro atomowe podstawy Odkrycie jądra atomowego: 1911, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu

Fizyka jądrowa cz. 2. Reakcje jądrowe. Teraz stałem się Śmiercią, niszczycielem światów. Robert Oppenheimer

Podstawy Fizyki Jądrowej

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 10 Energetyka jądrowa

Reakcje syntezy lekkich jąder

Promieniowanie jonizujące

r. akad. 2012/2013 Wykład IX-X Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Fizyka jądrowa Zakład Biofizyki 1

Porównanie statystyk. ~1/(e x -1) ~e -x ~1/(e x +1) x=( - )/kt. - potencjał chemiczny

Elementy fizyki jądrowej

Wykres Herzsprunga-Russela (H-R) Reakcje termojądrowe - B.Kamys 1

Podstawowe własności jąder atomowych

Reakcje syntezy lekkich jąder

Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

Posiedzenie Naukowe Komisji Nauk Geologicznych O/PAN w Krakowie r, AGH

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

A - liczba nukleonów w jądrze (protonów i neutronów razem) Z liczba protonów A-Z liczba neutronów

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

Energetyka Jądrowa. Wykład 3 14 marca Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Reakcje rozszczepienia i energetyka jądrowa

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2013

Następnie powstały trwały izotop - azot-14 - reaguje z trzecim protonem, przekształcając się w nietrwały tlen-15:

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia. Izotopy. budowa jądra atomowego przemiany promieniotwórcze reakcje jądrowe. jądra atomowe (nuklidy) dzielimy na:

BUDOWA I EWOLUCJA GWIAZD. Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

VIII-Energia fuzji termojądrowej nadzieją świata

Rozszczepienie jądra atomowego

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

Jądro atomowe Wielkości charakteryzujące jądro atomowe

Po 1 mld lat (temperatura Wszechświata ok. 10 K) powstają pierwsze gwiazdy.

Podstawowe własności jąder atomowych

ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

Nukleony. Nukleony cząstki jądra atomowego suma protonów i neutronów.

Promieniowanie jonizujące

Widma atomowe. Fizyka atomowa i jądrowa. Dawne modele atomu. Widma atomowe. Linie emisyjne kwantowanie poziomów energetycznych

Fizyka atomowa i jądrowa

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Reakcje jądrowe. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Promieniowanie jonizujące

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 40 FIZYKA JĄDROWA

Rozpad gamma. Przez konwersję wewnętrzną (emisję wirtualnego kwantu gamma, który przekazuje swą energię elektronom z powłoki atomowej)

KONKURS Z FIZYKI I ASTRONOMII. Fuzja jądrowa. dla uczniów gimnazjum i uczniów klas I i II szkół ponadgimnazjalnych

r. akad. 2012/2013 Wykład IX-X Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Fizyka jądrowa Zakład Biofizyki 1

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 11 Pochodzenie pierwiastków

Granice świata nuklidów

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Wykłady z Geochemii Ogólnej

Oddziaływanie cząstek z materią

Jądra dalekie od stabilności

BUDOWA ATOMU. Pierwiastki chemiczne

Rodzaje bomb atomowych

ELEKTROWNIE. Czyste energie Energetyka jądrowa. Damazy Laudyn Maciej Pawlik Franciszek Strzelczyk

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

WSTĘP DO FIZYKI JADRA ATOMOWEGOO Wykład 10. IV ROK FIZYKI - semestr zimowy Janusz Braziewicz - Zakład Fizyki Atomowej IF AŚ

Czyste energie. Energetyka jądrowa. wykład 13. dr inż. Janusz Teneta. Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej

Budowa jądra atomowego - MODEL

Zadanie 2 budowa atomu 1. Opisz budowę atomu wodoru.

Co to są jądra superciężkie?

FIZYKA IV etap edukacyjny zakres podstawowy

Od Wielkiego Wybuchu do Gór Izerskich. Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny UWr Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

Rozpad alfa. albo od stanów wzbudzonych (np. po rozpadzie beta) są to tzw. długozasięgowe cząstki alfa

NUKLEOGENEZA. Barbara Becker

Skonstruowanie litowo-deuterowego konwertera neutronów termicznych na neutrony prędkie o energii 14 MeV w reaktorze MARIA (Etap 14, 5.1.

Reakcje rozpadu jądra atomowego

Zadanie 2. (1 pkt) Jądro izotopu U zawiera A. 235 neutronów. B. 327 nukleonów. C. 143 neutrony. D. 92 nukleony

Fragmentacja pocisków

Elektron ma ładunek ujemny! ( Według prawa elektrostatyki, aby atom był elektrycznie obojętny jego pozostała część musi mieć ładunek dodatni.

Reaktor jądrowy. Schemat. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys

Ewolucja Wszechświata Wykład 5 Pierwsze trzy minuty

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

Słońce na... Ziemi. Autor: prof. zw. dr hab. inŝ. Włodzimierz Kotowski. ( Energia Gigawat lipiec 2007)

CHEMIA LEKCJA 1. Budowa atomu, Izotopy Promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Model atomu Bohra

Zadanie 3. (2 pkt) Uzupełnij zapis, podając liczbę masową i atomową produktu przemiany oraz jego symbol chemiczny. Th... + α

Pracownia Jądrowa. dr Urszula Majewska. Spektrometria scyntylacyjna promieniowania γ.

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ. A) równa B) mniejsza C) większa D) nie mniejsza (sumie) od sumy mas protonów i neutronów wchodzących w jego skład.

25. Niespełniające się prognozy. Przy próbie opisu reakcji jądrowych, transfizyka napotyka na trudności, które przedstawię szczegółowiej, gdyż mogą

Rozpady promieniotwórcze

Promieniowanie jądrowe w środowisku człowieka

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Powstanie pierwiastków we Wszechświecie

STRUKTURA MATERII PO WIELKIM WYBUCHU

Synteza jądrowa (fuzja) FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Budowa i ewolucja gwiazd I. Skale czasowe Równania budowy wewnętrznej Modele Diagram H-R Ewolucja gwiazd

Własności jąder w stanie podstawowym

Transkrypt:

05-05-07 Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

część 8 reakcje jądrowe

od początku... 1919 E.Rutherford, (Po, ZnS, transmutacja) 4 2 He + 14 7N 17 8O + p (Q = -1.19 MeV) 1932 protony z generatora C-W, bariera p + 7 3Li 4 2He + 4 2He (Q > 0) 1932 Chadwick: neutrony 4 2 He + 9 4Be 12 6C + n Be (,n) C 4 2 He + 9 5B 14 7N + n B (,n) N źródło neutronów Ra-Be

reakcje (cd) deuter d +d 3 1H + p d +d 3 2He + n (Q = 4.03 MeV) (Q = 3.27 MeV) tryt n + 6 3Li 3 1H + 4 2He 3 1 H + 2 1H n + 4 2He (Q = 17.58 MeV) wysokoenergetyczne neutrony

reakcje (cd) fotoreakcja +d n + p (Q = -2.22 MeV) sztuczna promieniotwórczość F. i I. Joliot-Curie 4 2 He + 27 13Al 30 15P + n (Q = -2.69 MeV) 30 15 P 30 14Si + e + + e + 10 5B 13 7N + n d + 12 6C 13 7N + n p + 12 6C 13 7N + 13 7 N 13 6C + e + + e

reakcje (cd) wychwyt neutronu E.Fermi n + 27 13Al 24 11Na + 24 11 Na 24 12Mg + e + e reakcja aktywacji n + 107 47Ag 108 47Ag + 108 47 Ag 24 12Mg + e + e

rozszczepienie n + 238 92U 239 92U + 239 92 U 239 93Np + e + e transuranowce 1938 L.Meitner i O.Frish

reakcja rozszczepienia

reakcja łańcuchowa 235 U 0,72%

bilans energia kinetyczna jąder produktów energia wynoszona przez neutrony energia natychmiastowych kwantów energia rozpadów jąder promieniotwórczych razem 165 MeV 5 MeV 7 MeV 25 MeV 200 MeV spalanie węgla: 4 ev na atom (C + O 2 = CO 2 )

cd masa krytyczna spowalnianie 2 MeV > 0,1 ev

reaktor jądrowy

06.08.45 H 08:16:02 09.08.45 N

reakcje jądrowe kanał wejściowy kanał wyjściowy a + A B +... a + A a + A a + A a + A* rozpraszanie elastyczne rozpraszanie nieelastyczne energie: niskie średnie wielkie ultrawielkie < 20 MeV do kilkaset MeV do kilku GeV

badamy: przekroje czynne, (E), d/d, d 2 /dde tożsamości cząstek (masa, ładunek, spin, parzystość) ekskluzywnie inkluzywnie charakterystyki kinematyczne (p t, p l, E, ) Y 1 2 ln E E p p l l

zasady zachowania i kinematyka reakcji A i = const Z i = const a + X Y + b A a + A X = A Y +A b v a Z a + Z X = Z Y +Z b gdy jądro tarcza spoczywa: M a M X LAB v b M b b Y M Y v Y

CM v o M a M a M X v a v b v' b v a vx b ' b v o M a CM M b M X v' b i i E p i i f f E p f f M Y v' Y ' Y ' b i m E 0i c 2 m c 0 i 2 T i T f m 0f c 2 f T f

energia reakcji i i f f f f i i T T c m c m Q 2 0 2 0 Q > 0 reakcja egzoenergetyczna Q < 0 reakcja endoenergetyczna (istnieje próg) związek relatywistyczny: 2 2 2 0 2 2 0 2 pc m c m c E 2 0 2 2 0 1 1 2 1 m c T m c E 0 2 2 0 2m p m c T 2 0 1 1 1 1 cos 2 1 1 m c E T T M M M M M T M M T Q i i j i j j i i

moment pędu i parzystość zasada zachowania momentu pędu c f b Y i a X J l J J l J J zasada zachowania parzystości c l b Y l a X f i 1 1

a + A Z X C* C * + jądro złożone b 1 + Y 1 + b 2 + Y 2 + [X(a,b)Y] = a b / = b np.: 4 2 He + 60 28 Ni 62 30 Zn + 2n 64 30 Zn* p + 63 29 Cu 63 30 Zn + n

cd rozkład energii Maxwella: N E de ~ Ee N E E ln const E T temperatura jądra? izotropia? T (5,200) MeV E T de

reakcje bezpośrednie 2 H 1 H b 16 O 17 O stripping: d + 16 O p + 17 O (Q=1.92 MeV)

cd twarde widma z ostrym maksimum anizotropowy rozkład kątowy słaba zależność od energii początkowej reakcja jednoetapowa, peryferyjna pick-up, kick-off

paliwo gwiazd cykl protonowy p + p d + e + + (+ 0,42 MeV) (+ 1,02 MeV) p + d 3 He + (+ 5,49 MeV) 3 He + 3 He 4 He + p + p (+12,86 MeV) dominuje gdy T < 1,5 * 10 7 K (+26,7 MeV)

cykl wodorowy

cykl węglowo-azotowy p + 12 C 13 N + (+1,94 MeV) 13 N 13 C + e + + (+1,20 MeV) p + 13 C 14 N + p + 14 N 15 O + (+7,55 MeV) (+7,29 MeV) 15 O 15 N + e + + (+1,73 MeV) 12 C jest tu katalizatorem p + 15 N 12 C + 4 He (+5,49 MeV)

cykl C-N-O

a cięższe pierwiastki? wypalenie wodoru kolaps (grawitacyjne zapadanie) T 10 8 K paliwo helowe gwiazd: 4 He + 4 He 8 Be + (-96 kev) 4 He + 8 Be 12 C + 4 He + 12 C 16 O + (t (Be) 1/2 = 26*10-16 s, ale równowaga dynamiczna) dalej kolaps i paliwo węglowe itd, itd, aż do?

C + C

a jeszcze cięższe? w trakcie spalania helu pojawiają się neutony, np: 3 He + 13 C 16 O + n i możliwy staje się radioaktywny wychwyt neutronu: n + 56 Fe 57 Fe n + 57 Fe 58 Fe n + 58 Fe 59 Fe 59 Fe 59 Co + e - + ~ ~ n + 59 Co 60 Co 60 Co 60 Ni + e - +

procesy slow i rapid itd, itd proces slow, rozpad wyprzedza wychwyt kolejne wychwyty neutronów wytwarzają cięższe jądra a kolejne rozpady sprowadzają je na ścieżkę a skąd biorą się najcięższe pierwiastki - promieniotwórcze? supernowa! proces rapid, jądra silnie n-nadmiarowe

synteza jądrowa 3 2 He + n (+3,25 MeV) d + d 3 1 H + p (+4,03 MeV) d + 3 1 H 4 2 He + n (+17,6 MeV) 3,5 + 14,1 domieszka deuteru w wodorze w oceanach: 0,015% ale bariera kulombowska wymaga nadania deuteronom energii kinetycznej E k 0,01 MeV (120 MK)

fuzja reakcja termojądrowa T 10 9 K (50T ) T 10 7 K jest to całkowicie zjonizowana plazma bomba H (wodorowa) U D + Li trotyl kontrolowana synteza jądrowa?

Ivy Mike 31.10.1952 Atol Enewetak (E.Teller, S.Ulam)

Atol Bikini http://video.google.com/videopla y?docid=-585716941089093304 01.04.1954, Castle Bravo, 15 Mton

tokamak pole toroidalne pole poloidalne pole typu tokamak тороидальная камера в магнитных катушках I.Tamm, A.Sakharov - 1950

www.iter.org ITER

nuclear fusion supernova thermonuclear explosion hydrogene bomb, Teler-Ulam device, Tsar-bomb 50 Mton, Novaya Zemlya, 10.1961, Ivy Mike, 30.10.1952 Atoll Enewetak controlled fusion, fusion pawer stellar nucleosynthesis Coulomb barrier Lawson criterion tokamak toroidal,m doughnut agnetic field plasma exathermic process self-sustaining reaction serface area to volume ratio proton-proton chain CNO cycle lithium deuteride mushroom cloud radioactive contamination gloss http://en.wikipedia.org/wiki/nuclear_fusion http://w3.pppl.gov/~dstotler/ssfd/