Promieniowanie jonizujące

Podobne dokumenty
I etap ewolucji :od ciągu głównego do olbrzyma

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Podstawy Fizyki Jądrowej

Podstawowe własności jąder atomowych

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

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

Wykłady z Geochemii Ogólnej

Promieniowanie jonizujące

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

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

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie jonizujące

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

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

Powstanie pierwiastków we Wszechświecie

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

Tworzenie protonów neutronów oraz jąder atomowych

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

Reakcje jądrowe dr inż. Romuald Kędzierski

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

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

Reakcje rozpadu jądra atomowego

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

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

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

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Synteza jądrowa (fuzja) FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Własności jąder w stanie podstawowym

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

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

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

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

Rozpady promieniotwórcze

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

FIZYKA IV etap edukacyjny zakres podstawowy

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Cząstki elementarne. Składnikami materii są leptony, mezony i bariony. Leptony są niepodzielne. Mezony i bariony składają się z kwarków.

Elementy fizyki jądrowej

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

Nukleony. Nukleony cząstki jądra atomowego suma protonów i neutronów.

Opracowała: mgr Agata Wiśniewska PRZYKŁADOWE SPRAWDZIANY WIADOMOŚCI l UMIEJĘTNOŚCI Współczesny model budowy atomu (wersja A)

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

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Budowa atomu, układ okresowy i promieniotwórczość

ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

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

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

Atomowa budowa materii

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

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

Wykłady z Chemii Ogólnej i Biochemii. Dr Sławomir Lis

Symetrie. D. Kiełczewska, wykład 5 1

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

1. JĄDROWA BUDOWA ATOMU. A1 - POZIOM PODSTAWOWY.

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

Elektron i proton jako cząstki przyspieszane

Podstawy astrofizyki i astronomii

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

3. Jaka jest masa atomowa pierwiastka E w następujących związkach? Który to pierwiastek? EO o masie cząsteczkowej 28 [u]

Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

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

Treści podstawowe (na dostateczny) wskazać siłę dośrodkową jako przyczynę ruchu po okręgu.

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

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

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Foton, kwant światła. w klasycznym opisie świata, światło jest falą sinusoidalną o częstości n równej: c gdzie: c prędkość światła, długość fali św.

NUKLEOGENEZA. Barbara Becker

W2. Struktura jądra atomowego

I ,11-1, 1, C, , 1, C

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

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

Symetrie. D. Kiełczewska, wykład 5 1

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

Badanie Gigantycznego Rezonansu Dipolowego wzbudzanego w zderzeniach ciężkich jonów.

FIZYKA KLASA I LO LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO wymagania edukacyjne

Ewolucja Wszechświata Wykład 5 Pierwsze trzy minuty

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA POSZCZEGÓLNYCH OCEN ŚRÓROCZNYCH I ROCZNYCH FIZYKA - ZAKRES PODSTAWOWY KLASA I

PROGRAM NAUCZANIA Z FIZYKI SZKOŁA PONADGIMNAZJALNA ZAKRES PODSTATOWY

Zadanie 2 budowa atomu 1. Opisz budowę atomu wodoru.

STRUKTURA MATERII PO WIELKIM WYBUCHU

Reakcje syntezy lekkich jąder

V KONKURS CHEMICZNY 23.X. 2007r. DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA ŚWIĘTOKRZYSKIEGO Etap I czas trwania: 90 min Nazwa szkoły

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

Ewolucja w układach podwójnych

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Uniwersytet Mikołaja Kopernika Toruń 6 XII 2013 W POSZUKIWANIU ŚLADÓW NASZYCH PRAPOCZĄTKÓW

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Naturalne źródła neutrin, czyli neutrina sa

Jądro atomowe Wielkości charakteryzujące jądro atomowe

fizyka w zakresie podstawowym

Spełnienie wymagań poziomu oznacza, że uczeń ponadto:

BUDOWA I EWOLUCJA GWIAZD. Jadwiga Daszyńska-Daszkiewicz

METODY DETEKCJI PROMIENIOWANIA JĄDROWEGO 3

Jądra dalekie od stabilności

Transkrypt:

Promieniowanie jonizujące Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Reakcje jądrowe Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017 Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 1 / 12

Energia wiązania jądra Jądro atomowe jest zbudowane z nukleonów związanych oddziaływaniem silnym. Energia jądra E(A, Z) jest mniejsza od sumy energii spoczynkowej nukleonów o energię wiązania jądra B(A, Z) E(A, Z) = { Z m pc 2 + (A Z) m nc 2} B(A, Z) Energia wiązania zależy od liczby masowej A i atomowej Z jądra. Wyznacza się średnią energię wiązania na jeden nukleon B(A, Z) A Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 2 / 12

Najważniejsza krzywa Wszechświata Średnia energia wiązania na nukleon w MeV w funkcji liczby masowej A Energia wiązania 4 He wynosi B(4, 2) = 4 7 MeV = 28 MeV. Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 3 / 12

Reakcje syntezy i rozpadu (fusion and fission) Jądra poniżej żelaza 56 Fe łączą się z wydzieleniem energii - reakcje syntezy 2 1H + 3 1H 4 2He + n (Q = 17.58 MeV) Reakcje syntezy w gwiazdach to źródło pierwiastków we Wszechświecie. Jądra powyżej 56 Fe rozpadają się z wydzieleniem energii - reakcje rozpadu. 238 92 U 234 90Th + 4 2He (Q = 4.25 MeV) Reakcje rozpadu to źródło energii w obecnych reaktorach jądrowych. Reakcje egzoenergetyczne - Q > 0, energia jest wydzielana. Reakcje endoenergetyczne - Q < 0, energia musi być dostarczona. Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 4 / 12

Reakcje jądrowe Reakcje jądrowe to oddziaływania dwóch lub więcej jąder prowadzące do ich przemian - zachodzą naturalnie lub w laboratoriach. Reakcja Rutherforda (1919) z cząstką α z naturalnego rozpadu 214 Bi α + 14 7N 17 8O + p (Q = 1.19 MeV ) Odkrycie neutronu w 1932 r. poprzez doświadczenia z cząstkami α α + 9 4Be 12 6C + n Od 1932 r. cząstki przyśpieszane przez akceleratory, np. protony p + 7 3Li α + α Reakcje jądrowe w wyniku oddziaływania z promieniowaniem gamma γ + 233 92U 90 37Rb + 141 55Cs + 2n Reakcje wielociałowe w przegrzanej plaźmie lub stellaratorze α + α + α 12 6C Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 5 / 12

Reakcje jądrowe Przy zderzaniu tych samych nukleonów możliwe różne kanały reakcji D + 238 92U 240 93Np + γ 239 93Np + n 239 92U + p 237 92U + T reakcja zdarcia reakcja zdarcia reakcja wychwytu Spalacja to kruszenie jądra przez protony o wysokiej energii (> 50 MeV), w wyniku którego jądro emituje wiele cząstek (np. 20-30 neutronów). SNS - spalacyjne źródło neutronów w USA. Spalacja zachodzi też atmosferze Ziemi w wyniku bombardowania atomów atmosfery przez promieniowanie kosmiczne, a także we wnętrzach gwiazd. Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 6 / 12

Prawa zachowania w reakcjach jądrowych Liczba barionowa - liczba nukleonów po prawej i lewej stronie taka sama Liczba leptonowa - w rozpadach β ± Ładunek elektryczny Energia i pęd Całkowity moment pędu Parzystość P - własność cząstki przy odbiciach przestrzennych: r r. Jest zachowana w oddziaływaniach silnych. W oddziaływaniach słabych (rozpad β) jest łamana, na przykład w eksperymencie Pani Wu (1957) 60 27Co 60 28Ni + e + ν e Izospin - analog jądrowy spinu. Na przykład, proton i neutron to stany własne trzeciej składowej isospinu T = 1/2, T 3 p > = 1 2 p > T3 n > = 1 2 n > Każde jądro ma swój izospin T. Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 7 / 12

Reakcje fuzji jądrowej w Słońcu Wnętrze Słońca to reaktor jądrowy, w którym zachodzą reakcje syntezy T = 1.5 10 7 K, p = 6 10 11 atm, ρ = 150 g/cm 3 Dominuje cykl protonowo-protonowy (pp) - 86% energii: p + p 2 1H + e + + ν e (Q = 0.42 MeV) 2 e + + e γ + γ (Q = 1, 02 MeV) 2 2 1H + p 3 2He + γ (Q = 5.49 MeV) 2 3 2He + 3 2He 4 2He + p + p (Q = 12.86 MeV) (1/10 5 lat) Z 4 protonów powstaje stabilne jądro helu i energia 26.7 MeV, z której 0.5 MeV jest unoszone natychmiast przez neutrina (2.3 s), a fotony są transportowana na powierzchnię i emitowane w ciągu 10 000 170 000 lat. Pozostałe 14% energii pochodzi z cyklu węglowo-azotowo-tlenowego (CNO), w którym węgiel 12 C pełnią rolę katalizatora. Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 8 / 12

Powstawania cięższych pierwiastków Po wypaleniu wodoru gwiazda zapada się grawitacyjnie - temperatura rośnie do 10 8 K i rozpoczyna się spalanie helu (reakcja endoenergetyczna) 4 2He + 4 2He 8 4Be + γ 8 4Be + 4 2He 12 6C + γ 12 6 C + 4 2He 16 8O + γ Po spaleniu helu następuje ponowna kontrakcja grawitacyjna prowadząca do syntezy cięższych pierwiastków aż do okolic żelaza 56 26Fe, np. 12 6 C + 12 6C 24 12Mg + γ Dla liczby masowej A > 100 powstawanie ciężkich pierwiastków zachodzi poprzez wyłapywanie neutronów, a następnie rozpad β. Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 9 / 12

Pochodzenie pierwiastków najlżejsze pierwiastki powstały na początku ewolucji Wszechświata cięższe pierwiastki powstały w ostatnich fazach ewolucji gwiazd najcięższe pierwiastki są wytworzone sztucznie w laboratorium Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 10 / 12

Podsumowanie Średnia energia wiązania na nukleon w jądrze jest podstawową wielkością określającą możliwość zajścia reakcji syntezy lub rozpadu jąder. Reakcje jądrowe zachodzą w wyniku oddziaływania dwóch lub więcej jąder. Słońce jest reaktorem jądrowym, w którym zachodzą reakcje syntezy helu. Reakcje jądrowe zachodzące w masywnych gwiazdach są źródłem cięższych pierwiastków we Wszechświecie. Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 11 / 12

Problemy do rozwiązania 1. Obliczyć energię wiązania nukleonu w jądrze helu 4 He. 2. Pokazać, że jądro uranu 238 U nie może samorzutnie wyemitować protonu. 3. Co jest końcowym produktem cyklu pp? Zapisz sumaryczną reakcję. Wykład III Krzysztof Golec-Biernat Promieniowanie jonizujące 12 / 12