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

Podobne dokumenty
Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Badanie Gigantycznego Rezonansu Dipolowego wzbudzanego w zderzeniach ciężkich jonów.

Skrajne modele mechanizmu reakcji

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Reakcje jądrowe. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Zderzenia ciężkich jonów przy pośrednich i wysokich energiach

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

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

Cząstki elementarne i ich oddziaływania III

VI.5 Zderzenia i rozpraszanie. Przekrój czynny. Wzór Rutherforda i odkrycie jądra atomowego

Podstawowe własności jąder atomowych

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Jądra o dużych deformacjach. Jądra o wysokich spinach.

Promieniowanie jonizujące

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

Oddziaływanie cząstek z materią

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

Dynamika relatywistyczna

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

III. EFEKT COMPTONA (1923)

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład III

Zjawisko Dopplera w fizyce jądrowej. 3.1 Wstęp. (opracowany na podstawie podręcznika Mayera-Kuckuka [8])

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

Dwie lub więcej cząstek poza zamkniętą powłoką

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Model uogólniony jądra atomowego

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Detekcja promieniowania elektromagnetycznego czastek naładowanych i neutronów

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

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Formalizm skrajnych modeli reakcji

Biologiczne skutki promieniowania

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

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

Zderzenia relatywistyczne

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

WSTĘP DO FIZYKI JADRA ATOMOWEGOO Wykład 9. IV ROK FIZYKI - semestr zimowy Janusz Braziewicz - Zakład Fizyki Medycznej IF AŚ

Spis treści. Przedmowa redaktora do wydania czwartego 11

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

Rozpraszanie elektron-proton

Wyznaczanie współczynnika rozpraszania zwrotnego. promieniowania β.

Wiadomości wstępne. Krótka historia Przekrój czynny Układ jednostek naturalnych Eksperymenty formacji i produkcji

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

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

Modele jądra atomowego

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

Rozpady promieniotwórcze

Zderzenia relatywistyczne

REZONANSY : IDENTYFIKACJA WŁAŚCIWOŚCI PRZEZ ANALIZĘ FAL PARCJALNYCH, WYKRESY ARGANDA

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

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

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

Co to są jądra superciężkie?

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

Atom wodoru. Model klasyczny: nieruchome jądro +p i poruszający się wokół niego elektron e w odległości r; energia potencjalna elektronu:

Oddziaływania. Przekrój czynny Zachowanie liczby leptonowej i barionowej Diagramy Feynmana. Elementy kwantowej elektrodynamiki (QED)

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

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Zderzenia relatywistyczna

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Seminarium. -rozpad α -oddziaływanie promienowania z materią -liczniki scyntylacyjne. Konrad Tudyka

Wiązki Radioaktywne. wytwarzanie nuklidów dalekich od stabilności. Jan Kurcewicz CERN, PH-SME. 5 września 2013 transparencje: Marek Pfützner

Rozdział 1 Wiadomości wstępne. Krótka historia Przekrój czynny, świetlność Układ jednostek naturalnych Eksperymenty formacji i produkcji

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Theory Polish (Poland)

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)

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

Rozpraszanie elektron-proton

Rozpady promieniotwórcze

Atomowa budowa materii

Struktura porotonu cd.

Materiały Reaktorowe. Fizyczne podstawy uszkodzeń radiacyjnych cz. 1.

Rozszyfrowywanie struktury protonu

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2013

Spektroskopia charakterystycznych strat energii elektronów EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy)

Tomasz Szumlak WFiIS AGH 11/04/2018, Kraków

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

1.6. Ruch po okręgu. ω =

W2. Struktura jądra atomowego

Dozymetria promieniowania jonizującego

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

Oddziaływania. Zachowanie liczby leptonowej i barionowej Diagramy Feynmana. Elementy kwantowej elektrodynamiki (QED)

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Zad Sprawdzić, czy dana funkcja jest funkcją własną danego operatora. Jeśli tak, znaleźć wartość własną funkcji.

Własności jąder w stanie podstawowym

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

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

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

Jądra dalekie od stabilności

Rozdział 7 Kinematyka oddziaływań. Wnioski z transformacji Lorentza. Zmienna x Feynmana, pospieszność (rapidity) i pseudopospieszność

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

Oddziaływanie jonów z powierzchnią

Transkrypt:

Reakcje jądrowe X 1 + X 2 Y 1 + Y 2 +...+ b 1 + b 2 kanał wejściowy kanał wyjściowy Reakcje wywołane przez nukleony - mechanizm reakcji Wielkości mierzone Reakcje wywołane przez ciężkie jony a) niskie energie pocisków b) pośrednie energie pocisków c) wysokie energie pocisków

Wielkości mierzone dla reakcji jądrowej wiązka pocisków θ p detektor tarcza Charakteryzują mechanizm reakcji: energia wychodzących cząstek - widmo energetyczne kierunki emisji - rozkład kątowy przekrój czynny - krzywa wzbudzenia

Określenie mechanizmu reakcji 1. wymaga wyznaczenia wielu parametrów charakteryzujących dany proces 2. dodatkowe utrudnienie: zmieszanie mechanizmów 3. pomoc: stosowanie modeli reakcji 4. podstawowe modele reakcji: a) reakcja wprost b) reakcja przez jądro złożone

Reakcje wywołane przez nukleony 1. Rozpraszanie elastyczne a + X Æ a + X a) reakcja wprost b) reakcja przez jądro złożone 2. Rozpraszanie nieelastyczne a + X Æ a + X* a) reakcja wprost b) reakcja przez jądro złożone 3. Typowe reakcje wprost a) reakcja zdarcia i reakcja wychwytu 4. Typowe reakcje przez jądro złożone

2p-1h 3p-2h 4p-3h Rozpraszanie elastyczne a + X Æ a + X a) reakcja wprost b) reakcja przez jądro złożone

Rozpraszanie nieelastyczne a + X Æ a + X* reakcja wprost - wzbudzenie jednocząstkowe tª10-22 s reakcja wprost - wzbudzenie kolektywne oscylacje, rotacje, rezonanse gigantyczne

2p-1h 3p-2h 4p-3h Rozpraszanie nieelastyczne a + X Æ a + X* reakcja przez jądro złożone a + X Æ C*Æ a + X* tª10-16 s

Typowe reakcje wprost stripping d 16 + 16 O O( d, p) 17 17 O O + p ( p, d) ( p, α) ( d, α)... pick-up

Cechy charakterystyczne reakcji wprost Emitowane cząstki mają wyższe energie niż dla reakcji przez jądro złożone Większość cząstek jest mało odchylonych od kierunku wiązki (rozkład kątowy anizotropowy z maksimum dla małych kątów) Słaba zmienność zależności przekroju czynnego z energią wiązki

Reakcje wprost jako źródło informacji o strukturze jąder w szczególności informacje o strukturze jednocząstkowej: energie wzbudzenia liczby kwantowe amplitudy jednocząstkowych składowych funkcji falowych reakcje strippingu - badanie stanów niezapełnionych i częściowo niezapełnionych stanów protonowych i neutronowych reakcje pick-up- badanie stanów zapełnionych

Typowe reakcje przez jądro złożone + + + + +... 4 2 1 1 1 * 2 2 1 1 α γ C p C n C C C Y X A Z A Z A Z A Z A Z A Z A Z Z Z Z A A A = + = + 2 1 2 1 Czas trwania jądra złożonego ( ~10-16 s) na tyle długi, że zapomina ono jak zostało wytworzone i rozpada się zgodnie z dostępną energią i momentem pędu

Cechy charakterystyczne reakcji przez jądro złożone Emitowane cząstki mają niskie energie Cząstki są emitowane równomiernie dla wszystkich kątów względem kierunku wiązki (rozkład kątowy izotropowy, symetryczny względem 90 o ) Rezonansowa zależność przekroju czynnego od energii wiązki

Wielkości mierzone dla reakcji jądrowej Energie wychodzących cząstek (kwantów γ) - widmo energetyczne N p = N p (E p ) d + 27 Al p + 28 Al stan podstawowy jądra końcowego stany wzbudzone reakcja wprost

Schemat poziomów a widmo energetyczne N p =N p (E p ) w reakcji strippingu (E d CM -B d ) E p CM E * Y X S n S p Y Maksymalna energia cząstki p: E p max CM = Ed CM +S n (Y) - B d Energia cząstki p: E p CM = Ep max CM -E* Y Ciepło reakcji X (d,p)y Q = S n (Y) - B d

Rozpad jądra złożonego a + X Æ C* Æ Y + n Æ Y 1 + p Æ Y 2 + a Æ Y 3 + g Czas trwania jądra złożonego ( ~10-16 s) na tyle długi, że zapomina ono jak zostało wytworzone i rozpada się zgodnie z dostępną energią i momentem pędu hipoteza niezależności: σ [X(a,b)Y] = σ C (a) P C (b) Rozpad z emisją kwantu g jest 1000 razy mniej prawdopodobny!

Schemat poziomów a widmo energetyczne N p =N p (E p ) w reakcji przez jądro złożone E a CM E b CM E* X S a S b Y E * Y C* Maksymalna energia cząstki b: E bmax CM = Ea CM +S a (C) - S b (C) Energia cząstki b: E b CM = Ebmax CM -E* Y Ciepło reakcji X (a,b)y Q = S a (C) - S b (C)

Widmo energetyczne neutronów emitowanych w reakcji przez jądro złożone ds/de b a) przejście do stanu podstawowego Y E b max E b [MeV] b) przejście do dyskretnych stanów wzbudzonych c) obszar zachodzących na siebie poziomów jądra Y

Wielkości mierzone dla reakcji jądrowej Kierunki emisji wychodzących cząstek - rozkład kątowy N p = N p (θ p ) wiązka pocisków θ p detektor tarcza reakcja wprost reakcja przez jądro złożone Różny kształt dla różnych mechanizmów reakcji

Wielkości mierzone dla reakcji jądrowej Rozkład kątowy produktów reakcji dσ dω (θ p ) θ p reakcja wprost reakcja przez jądro złożone

Wielkości mierzone dla reakcji jądrowej Przekrój czynny σ reakcji i jego zależność od energii pocisku σ(e) (funkcja wzbudzenia) grubość próbki dx Pola zasłonięte przez wszystkie jądra = σ N S dx dφ cząstek zderza się z jądrami Prawdopodobieństwo oddziaływania dφ / Φ = - σ N S dx/s Φ(x) = Φ o e - σ N x

Wielkości mierzone dla reakcji jądrowej Różniczkowy przekrój czynny (rozkład kątowy danego produktu reakcji) dσ dω

Wielkości mierzone dla reakcji jądrowej Zależność różniczkowego przekroju czynnego od energii pocisku - krzywa (funkcja) wzbudzenia dσ/de n (E n ) E n Energia pocisku

Wielkości mierzone dla reakcji jądrowej Skład produkowanych cząstek Ilość cząstek danego typu (krotność) Korelacje pomiędzy cząstkami

Wielkości mierzone lub odtwarzane Ładunek, masa, spin, parzystość Kierunek emisji (kąt rozproszenia) Pęd lub energia kinetyczna Pęd poprzeczny Pęd podłużny Pospieszność (rapidity) Energia całkowita relatywistyczny odpowiednik prędkości (addytywność) y = 1 2 ln E E + p c p c

Reakcje wywołane przez ciężkie jony 1. Duży ładunek jądra jonu 2. Duża masa jonu 3. Duży pęd jonu 4. Duży moment pędu jonu Zakresy energii pocisków: 1. energie niskie: do ok. 10 MeV/u 2. energie pośrednie 3. energie wysokie: kilkaset do kilku tysięcy MeV/u

Wpływ bariery kulombowskiej dla E CM <V c tylko oddziaływanie kulombowskie dla E CM > V c może zajść reakcja jądrowa V c = 1.44 Z 1 Z 2 /R [MeV]

Kinematyka: wpływ parametru zderzenia rozproszenie kulombowskie zderzenie centralne zderzenie peryferyjne

Podział przekroju czynnego - wpływ przekazanego momentu pędu rozszczepienie symetryczne zderzenia głęboko nieelastyczne fuzja

Rozpad jądra wzbudzonego Linia yrast: linia najmniejszej energii stanów jądrowych dla danego spinu

Mechanizm reakcji przy niskich energiach

Mechanizm reakcji przy niskich energiach a) duże parametry zderzenia - rozproszenie elastyczne (wzór Rutherforda) - rozproszenie nieelastyczne tzw. wzbudzenie kulombowskie działanie bardzo silnego pola elektrycznego - deformacja jądra i jego obrót - wzbudzenia kolektywne

Wzbudzenie kulombowskie jądra 1. Prawdopodobieństwo wzbudzenia kulombowskiego jądra rośnie ze wzrostem energii padającej cząstki i wzrostem jej masy 2. Minimalna odległość zbliżenia jąder tarczy i pocisku (d min = R 1 + R 2 + 5 fm) - bezpieczna energia pocisku 3. Obserwacja wzbudzenia w jednym z jąder, drugie powinno być magiczne lub sferyczne 4. Mała długość fali de Broglie a - opis klasyczny zderzenia 5. Mały przekaz energii 6. Silne wzbudzenie stanów kolektywnych

Mechanizm reakcji przy niskich energiach b) parametr zderzenia - odpowiadający muśnięciu - reakcje wprost oddziaływanie tylko między kilkoma nukleonami na powierzchni jąder: reakcja wybicia - knock out X( 16 O, 16 O n) Y reakcja zdarcia - stripping X( 16 O, 15 O) Y reakcja wychwytu - pick up X( 16 O, 18 F) Y reakcja wymiany - exchange X( 16 O, 16 N) Y

Mechanizm reakcji przy niskich energiach c) mały parametr zderzenia - zderzenie głęboko nieelastyczne przekazanie znacznej ilości energii i momentu pędu od ruchu względnego do wewnętrznych stopni swobody obu jąder wymiana pewnej liczby nukleonów

Mechanizm reakcji przy niskich energiach d) bardzo mały parametr zderzenia - reakcja syntezy (fuzji) pełne przekazanie energii i momentu pędu energia rozłożona między wszystkie nukleony - powstaje jądro złożone