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

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

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

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

FIZYKA JĄDRA ATOMOWEGO

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie jonizujące

Podstawowe własności jąder atomowych

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

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

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

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

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

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

W2. Struktura jądra atomowego

Promieniowanie jonizujące

Reakcje rozpadu jądra atomowego

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

Elementy fizyki jądrowej

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

Reakcje jądrowe dr inż. Romuald Kędzierski

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

ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI PROMIENIOWANIE JĄDROWE I JEGO WŁAŚCIWOŚCI

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Promieniowanie jonizujące

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

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

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

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

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

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

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

FIZYKA IV etap edukacyjny zakres podstawowy

Wykłady z Chemii Ogólnej i Biochemii. Dr Sławomir Lis

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

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

Rozpady promieniotwórcze

Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie

1. JĄDROWA BUDOWA ATOMU. A1 - POZIOM PODSTAWOWY.

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

Reakcje rozszczepienia jądra i ich wykorzystanie

Budowa atomu. Wiązania chemiczne

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

Podstawowe własności jąder atomowych

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

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

Budowa jądra atomowego - MODEL

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

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

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

Jądro atomowe Wielkości charakteryzujące jądro atomowe

Nukleony. Nukleony cząstki jądra atomowego suma protonów i neutronów.

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

Fizyka atomowa i jądrowa

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

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Wyk³ady z Fizyki. J¹dra. Zbigniew Osiak

FIZYKA KLASA I LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO

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

Promieniowanie jądrowe w środowisku człowieka

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

Własności jąder w stanie podstawowym

PODSTAWY FIZYCZNE ENERGETYKI JĄDROWEJ

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

Zadanie 2 budowa atomu 1. Opisz budowę atomu wodoru.

Doświadczenie Rutherforda. Budowa jądra atomowego.

PROGRAM NAUCZANIA Z FIZYKI SZKOŁA PONADGIMNAZJALNA ZAKRES PODSTATOWY

Podstawy Fizyki Jądrowej

Wykłady z Geochemii Ogólnej

Budowa atomu. Izotopy

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Reakcja rozszczepienia

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Słowniczek pojęć fizyki jądrowej

I etap ewolucji :od ciągu głównego do olbrzyma

Rozpady promieniotwórcze

Anna Grych Test z budowy atomu i wiązań chemicznych

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

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 9 Fizyka neutronów i reakcja łańcuchowa

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

Reakcje rozszczepienia i energetyka jądrowa

Wykład 30. Fizyka jądrowa.

O egzotycznych nuklidach i ich promieniotwórczości

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

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Obliczenia chemiczne

Eksperymenty z wykorzystaniem wiązek radioaktywnych

STRUKTURA MATERII PO WIELKIM WYBUCHU

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

Zbiór zadań z fizyki

Jądra dalekie od stabilności

E 2 E = 2. Zjawisko Mössbauera. Spoczywające jądro doznaje przejścia e-m z emisją fotonu γ. Zastosujmy zasadę zachowania energii i pędu:

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

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Rozszczepienie jądra atomowego

Transkrypt:

Odkrycie jądra atomowego: 9, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu Tor ruchu rozproszonych cząstek (fakt, że część cząstek rozprasza się pod bardzo dużym kątem) wskazuje na to, że ładunek dodatni atomu jest skupiony w bardzo niewielkim obszarze. Znano już promieniotwórczość (np M. Skłodowska-Curie)

Skład atomu: Elektrony Masa me = 9, 0-3 kg, odpowiada energii 0,5 MeV ( ev =,6 0-9 J) ładunek qe = -e = -,6 0-9 kg Protony Masa mp =,6726 0-27 kg = 836,2 me, (energia 938,27 MeV) ładunek pe = +e Neutrony Masa mn =,6749 0-27 kg = 838,7 me, (energia 939,57 MeV) mn - mp = 2,5 me ładunek qn = 0 ν Niestabilne, czas życia ok. 03 s, rozpad na proton, elektron i antyneutrino n p+e+~

Terminologia jądra atomowego Jądra składają się z nukleonów protonów i neutronów Liczby charakteryzujące jądro: Z liczba atomowa, liczba protonów, ładunek jądra A liczba masowa, liczba nukleonów N liczba neutronów, N = A Z Oznaczenie jądra (dla przykładowego pierwiastka X): A Z X Izotopy jądra o tej samej liczbie Z Izotopy wodoru: prot, deuter, tryt; H, 2 H, 3 H Izotopy tlenu: 6 8 O, 7 8 O, 8 8 O Wielkość jądra (przy przybliżeniu, że jest kulą): r=,2 A /3 0 5 m

Liczba protonów a neutronów Znanych jest ok. 3000 nuklidów, z czego tylko ok. 300 jest trwałych. Jądra o Z > nie istnieją w przyrodzie, otrzymane sztucznie

Procesy promieniotwórcze: Rozpad a Rozpad b Wychwyt elektronu Emisja protonu β W N p A Z n Emisja neutronu Emisja g Spontaniczny podział jądra Promieniotwórczość sztuczna (na X β α Z drodze reakcji jądrowych) Czas połowicznego zaniku, T czas, po którym rozpadnie się połowa jąder Od 0-7s do 05 lat N (t)=n 0 e λ t, λ= ln 2 T (np. datowanie próbek)

Siły jądrowe własności: Oddziaływania silne (najsilniejsze wśród oddziaływań podstawowych) Nośniki oddziaływania gluony (tak samo wewnątrz protonu czy neutronu) Utrzymują jądro w całości, przeciwdziałają siłom kulombowskim Krótkozasięgowe siły przyciągające, zasięg rzędu 0-5 m poniżej 0-5 m - odpychanie, nukleony nie mogą być zbyt blisko siebie Niezależność ładunkowa, oddziaływania n-n, p-n, p-p siły takie same Zależność od spinu, spiny mogą równoległe lub antyrównoległe Niecentralność nie działają wzdłuż odcinka łączącego dwa nukleony Wysycanie nukleon oddziaływuje tylko z najbliższymi sąsiadami

Masa spoczynkowa M jądra jest mniejsza niż suma mas jego nukleonów! Defekt masy: Δ M =( Zm p +Nmn ) M Energia spoczynkowa jądra Mc2 jest mniejsza niż suma energii spoczynkowych jego nukleonów. Energia wiązania: Δ E w =( Zm p +Nmn ) c 2 Mc2 Energia, którą musielibyśmy dostarczyć, aby podzielić jądro na nukleony. Miara trwałości jądra. Energia wiązania przypadająca na jeden nukleon: Δ Ew Δ E wn = A Zależność tej wielkości od A pozwala wnioskować o opłacalności energetycznej procesów syntezy lub rozszczepienia.

Energia wiązania przypadająca na nukleon Ta zależność jest punktem wyjścia do analizy bilansu reakcji syntezy i rozszczepienia.

Przykładowe reakcje, energie energia wiązania końcowa energia wiązania początkowa = = energia uzyskana z reakcji Korzystne jest uzyskiwanie jąder o większej energii wiązania na nukleon. Przybliżona energia wiązania na jeden nukleon: 2 3 H, MeV Reakcja syntezy: H, 3 MeV 2 4 2 He 7 MeV H + 3 H 42 He + 0n Ile energii zyskamy? (Energia ta będzie energią kinetyczną produktów) Ile zyskanej energii przypada na jeden nukleon?

Reakcje syntezy termojądrowej w gwiazdach, cykl protonowy 4 H +2 0 e 42 He +2 ν +6 γ Razem: ok. 26,7 MeV (z czego ok. 0,5 MeV zabierają neutrina) Dalsze etapy powstają cięższe jądra, lit, beryl, bor Dlaczego takie reakcje są trudno osiągalne w warunkach ziemskich?

Reakcje rozszczepienia ciężkich jąder Energie wiązania na jeden nukleon w przypadku jąder o dużych A są mniejsze, niż dla jąder o średnich A. Ciężkie jądra są mniej lub bardziej podatne na procesy promieniotwórcze (np. b) i rozszczepienie. Rozszczepienie zazwyczaj jest zainicjowane pochłonięciem neutronu o odpowiedniej energii Niektóre jądra (uran 235, pluton 239) rozszczepią się w wyniku absorpcji neutronu o niewielkiej energii takie są najwygodniejsze dla zastosowań Inne (uran 238) wymagają neutronów o bardzo dużej energii Jeśli energia neutronu jest za mała, mogą zajść przemiany promieniotwórcze 238 239 239 U + 0n 239 U Np 93 94 Pu

Reakcje rozszczepienia ciężkich jąder: uran 235 U Przykładowe reakcje rozszczepienia 235 94 U + 0n 40 Cs + Rb +2 55 37 0n 235 94 U + 0n 40 Xe + Sr +2 54 38 0n Wiele możliwych par produktów, asymetria Powstające neutrony po spowolnieniu (np. w wodzie) mogą inicjować kolejne procesy rozszczepienia reakcje łańcuchowe Powstające jądra są niestabilne, promieniotwórcze (problem ze składowaniem odpadów), w reakcjach syntezy odpady są czyste

Reakcje rozszczepienia ciężkich jąder: uran 235 U Energia pozyskana w wyniku rozszczepienia 235 94 U + 0n 40 Cs + Rb +2 55 37 0n 235 94 U + 0 n 40 Xe + Sr +2 54 38 0n Energia wiązania na jeden nukleon: Uran: ok. 7,6 MeV Produkty: ok. 8,5 MeV 234 8,5 MeV 235 7,6 MeV = ok. 200 MeV Ile energii można pozyskać z g uranu? Ile energii wydziela się podczas utleniania atomu węgla?

kontrolowana reakcja łańcuchowa elektrownia Reaktor wodny ciśnieniowy. Woda jednocześnie moderator i chłodziwo. Istnieje wiele typów reaktorów. Na świecie ok. 450 reaktorów. Produkują ok. 5 % energii elektrycznej.

niekontrolowana reakcja łańcuchowa bomba