Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Podobne dokumenty
2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2013

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Własności jąder w stanie podstawowym

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

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

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

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Podstawowe własności jąder atomowych

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

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

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

W-28 (Jaroszewicz) 36 slajdy Na podstawie prezentacji prof. J. Rutkowskiego. Fizyka jądrowa cz. 1. budowa jądra atomowego przemiany promieniotwórcze

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

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Atomowa budowa materii

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

Wybrane zagadnienia fizyki subatomowej

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

Podstawy Fizyki Jądrowej

BUDOWA ATOMU. Pierwiastki chemiczne

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

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

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

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

Budowa atomu. Izotopy

Elektron i proton jako cząstki przyspieszane

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

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

Energetyka Jądrowa. Wykład 28 lutego Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Doświadczenie Rutherforda. Budowa jądra atomowego.

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

Wyk³ady z Fizyki. J¹dra. Zbigniew Osiak

FIZYKA IV etap edukacyjny zakres podstawowy

Promieniowanie jądrowe w środowisku człowieka

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

Promieniowanie jonizujące

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

1. JĄDROWA BUDOWA ATOMU. A1 - POZIOM PODSTAWOWY.

Rozpady promieniotwórcze

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

Masa jądra atomowego

Promieniowanie jonizujące

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Podstawy Fizyki Jądrowej

Słowniczek pojęć fizyki jądrowej

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

Energetyka w Środowisku Naturalnym

Reakcje rozpadu jądra atomowego

Promieniowanie jonizujące

Spin jądra atomowego. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Badanie Gigantycznego Rezonansu Dipolowego wzbudzanego w zderzeniach ciężkich jonów.

Promieniowanie jonizujące

Wykłady z Chemii Ogólnej i Biochemii. Dr Sławomir Lis

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Modele jądra atomowego

Oddziaływanie cząstek z materią

Pψ ψ ψ. r p r p. r r, θ π θ, ϕ π + ϕ. , 1 l m

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

Anna Grych Test z budowy atomu i wiązań chemicznych

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

Granice świata nuklidów

Podstawy Fizyki Jądrowej

Promieniowanie jonizujące

Elektrostatyka, część pierwsza

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

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Reakcje jądrowe dr inż. Romuald Kędzierski

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

CHEMIA 1. INSTYTUT MEDICUS Kurs przygotowawczy na studia medyczne kierunek lekarski, stomatologia, farmacja, analityka medyczna ATOM.

Rozpady promieniotwórcze

Piotr Kosztołowicz. Powtórka przed maturą. Chemia. Zadania. Zakres rozszerzony

Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Atom. Aleksander Gendarz. Cel fizyki: ująć przyrodę jako różne przejawy tego samego zespołu praw. - Richard Feynman

Zderzenia. Fizyka I (B+C) Wykład XVI: Układ środka masy Oddziaływanie dwóch ciał Zderzenia Doświadczenie Rutherforda

Podstawowe własności jąder atomowych

Struktura elektronowa

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Temat 1: Budowa atomu zadania

Budowa atomu Wiązania chemiczne

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

1.6. Ruch po okręgu. ω =

BUDOWA ATOMU KRYSTYNA SITKO

FIZYKA POZIOM PODSTAWOWY

Budowa atomów. Atomy wieloelektronowe Układ okresowy pierwiastków

W2. Struktura jądra atomowego

Transkrypt:

Podstawy fizyki subatomowej Wykład 7 3 kwietnia 2019 r.

Atomy, nuklidy, jądra atomowe Atomy obiekt zbudowany z jądra atomowego, w którym skupiona jest prawie cała masa i krążących wokół niego elektronów. Jądro atomowe związany układ protonów i neutronów Nuklid atom, którego jądro ma określoną liczbę protonów, neutronów oraz określony stan fizyczny Podgrupy nuklidów ustalone Z ustalone N - izotopy (pierwiastka) - izotony ustalone A=Z+N - izobary

Symbole nuklidów liczba masowa A = Z+N A X +q stan jonizacji Z N liczba protonów symbol pierwiastka liczba neutronów

Przykłady 4 2 He obojętny atom helu z jądrem zawierającym 2 2 protony i 2 neutrony 4 2He 2 a dwukrotnie zjonizowany atom helu z jądrem zawierającym 2 protony i 2 neutrony cząstka alfa 1 H 1 p 1 0 jednokrotnie zjonizowany atom wodoru - proton 178m 72 Hf obojętny atom hafnu z jądrem w stanie izomerycznym zawierającym 72 protony i 178-72=106 neutronów 238 U 2 dwukrotnie zjonizowany atom uranu z jądrem zawierającym 92 protony i 238-92=146 neutronów

Mapa nuklidów izobary A = const. liczba proton nów, Z izotopy Z = const. liczba neutronów, N izotony N = const.

Nuklidy trwałe (T 1/2 > 710 8 lat) 284 nuklidy trwałe 83 pierwiastki od wodoru (Z=1) do uranu (Z=92) 235 U Promet (Z=61) 232 Th 238 U liczba proton nów, Z Technet (Z=43) liczba neutronów, N

Rozpowszechnienie nuklidów trwałych i długożyciowych (T 1/2 > 10 9 lat) Z N trwałe długożyciowe parzyste parzyste 155 11 parzyste nieparzyste 53 3 nieparzyste parzyste 50 3 nieparzyste nieparzyste 4 5 Suma = 262 22 nie istnieją trwałe izotopy technetu (Z=43) i prometu (Z=61) nie istnieją trwałe izotopy o 83 < Z < 90 nie istnieją trwałe izobary o A=5 i A=8

Mapa znanych nuklidów 3000 jąder nietrwałych - trwałe - b + - b - - a - rozszczepienie - p

Podstawowe własności jąder atomowych rozmiar kształt masa i energia wiązania sposoby rozpadu czas życia

Metody wyznaczania rozmiarów jąder Metody wykorzystujące oddziaływania E-M badanie elastycznego rozpraszania wysokoenergetycznych elektronów na jądrach pomiary charakterystycznego promieniowania X atomów mionowych Metody wykorzystujące oddziaływanie elektromagnetyczne dostarczają informacji o rozkładzie gęstości ładunku elektrycznego w jądrze.

Przewidywane różniczkowe przekroje czynne dla elastycznego rozpraszania elektronów na jądrach Au i Cu dla ładunku punktowego dla jednorodnie naładowanej kuli

Przykład Wyznaczenie rozkładu gęstości ładunku dla 208 Pb Przekrój czynny na rozpraszanie elektronów Rozkład gęstości ładunku w jądrze 208 Pb

Metody wyznaczania rozmiarów jąder Metody wykorzystujące oddziaływania silne elastyczne rozpraszanie cząstek alfa na jądrach oddziaływanie antyprotonów oraz ujemnie naładowanych kaonów i hiperonów z jądrami Metody wykorzystujące oddziaływanie silne dostarczają informacji o rozkładzie gęstości materii w jądrze.

Różniczkowy przekrój czynny dla rozpraszania cząstek alfa o energii 24.7 MeV na jądrach niklu d d ( mb/ sr) d d Ruth zetknięcie jąder s min = R a +R Ni CM

Wyniki pomiarów rozkładów gęstości ładunku i materii w jądrach Wnioski r (fm) gęstość ładunku (protonów) w jądrze jest stała wewnątrz i spada na powierzchni jądra rozkład gęstości neutronów w jądrze jest zbliżony do rozkładu protonów gęstość centralna i rozmycie powierzchni słabo zależą od masy jądra

Rozkład gęstości można opisać rozkładem Fermiego gdzie ( r) (0) r R 1 exp a R 1/2 - promień połówkowy tzn. promień na którym gęstość spada do połowy wartości centralnej a - parametr charakteryzujący rozmycie powierzchni jądra. 1/ 2 Na grubości (4ln3)a gęstość spada od wartości 0.9(0) do 0.1(0). (r) 1.4 1.3 1.2 1.1 4.4a 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 R 1/2 r (fm)

Zależność parametrów R 1/2 i a od liczby masowej a = 0.55 fm dla wszystkich A R 1/2 = 1.2A 1/3 fm 9 8 7 6 R 1/2 (fm) 5 4 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Liczba masowa A

Rozmiary jąder atomowych R 1.2A 1/ 3 fm 1 fm = 10-15 m Promień (fm) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 50 100 150 200 250 300 Liczba masowa gwiazda neutronowa 20 km

Gęstość nukleonów w jądrze nukl A V V nukl 4 3 4 1/ 3 3 4 3 3 R 7 3 1.2A fm) 3 1.7 A fm A 1 7 AA fm 7 fm ( A fm 0.14 nukleonu/ 3 3 fm 3 3 Gęstość materii jądrowej m nukl u 0.14 (10 1.7 10 24 14 g g/ 13 3 cm ) 2.410 cm 3 1u 1.7 10 24 g

Kształty jąder atomowych sferyczny elipsoidalny 2b Miarą deformacji jąder jest tzw. elektryczny moment kwadrupolowy 2 2 Q (3z r ) dv 2 rozkład gęstości ładunku 2a

Dla elipsoidy obrotowej o stałej gęstości ładunku: 3Ze 2 4a b elektryczny moment kwadrupolowy wynosi: Q 2 4 ZeR 5 2 e gdzie R e a b 2 b a R - średni promień rozkładu - parametr odkształcenia: e > 0 dla elipsoidy w kształcie cygara e < 0 dla elipsoidy w kształcie dysku e = 0 dla kuli jądra o zerowym momencie Q 2 są sferyczna

Obszary występowania deformacji

Masa nuklidu (obojętnego atomu) M 2 2 ( Z, N) Z mp Z me N mn Bel / c B j / c gdzie B j B el energia wiązania nukleonów w jądrze całkowita energia wiązanie elektronów w atomie 1000 B el (Z) Z 100 2.5 MeV B el (kev) 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Liczba atomowa (Z)

zaniedbując energię wiązania elektronów otrzymujemy M ( Z, N) Z M N m B / c H n j 2 gdzie M H masa atomu wodoru

Deficyt masy M ( Z, A) Au D( Z, A) gdzie 1 u = 1/12 M( 12 C) = 1.66 10-27 kg = 931.4940 MeV/c 2 Przykłady Nuklid M (MeV/c 2 ) D (MeV/c 2 ) n 939.565 8.071 1 H 938.783 7.288 4 He 3728.401 2.425 12 C 11177.929 0 16 O 14899.168-4.737

Separator masowy (A.J. Depmster 1932 r.) B Prędkość jonów U napięcie przysp. q r x źródło jonów klisza fotograficzna r 1 2 mv 2 mv qb qu m qb Promień orbity w polu B 2qU m v 2qU m 2U B m q Położenie na kliszy x 2r 2 2U B m q

Przykład widma masowego A.J. Dempster, Phys. Rev. 53 (1938) 727 nieznane izotopy iterbu

Pułapka Penninga oscylacje osiowe, z ruch cyklotronowy, + Stałe pole magnetyczne B z Statyczne pole elektryczne : = (V/d 2 )(x 2 + y 2 2z 2 ) ruch magnetronowy, + + = c = qb/m

Pułapki umożliwiają precyzyjne pomiary mas jonów Przykłady równość (q/m) dla p i anty-p z dokładnością 9 10-11 dokładność m/m 10-10 np. M( 40 Ar) = 39.962 383 123 2 (30) u M( 133 Cs) = 132.905 451 929 (27) u

Energia wiązania B j Z M H N m n M ( Z, N ) Energia wiązania na nukleon B j / A (MeV) Liczba masowa A

Przykłady Nuklid B j (MeV) B j /A (MeV) 2 H 2.22 1.11 3 H 8.48 2.83 3 He 7.72 2.57 4 He 28.29 7.07 6 Li 31.99 5.33 56 Fe 492.24 8.790 58 Fe 509.94 8.792 62 Ni 544.98 8.794 deuteron jest wyjątkowo słabo związany cząstka alfa jest wyjątkowo silnie związana nuklidy o największych wartościach B j /A