FIZYKA dla studentw POLIGRAFII Jdro atomowe Jdro atomowe

FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Jądro atomowe

Jądro atomowe Doświadczenie Rutherforda Na jaką odległość może zbliżyć się do jądra cząstka ? Wzór słuszny dla r > R, gdzie R – promień jądra.

Jądro atomowe Dla jądra węgla: Ek = 5. 1 Me. V, R = 3. 4*10 -15 m Dla jądra aluminium: Ek = 9. 0 Me. V, R = 4. 1*10 -15 m Rozmiar jądra: 10 -15 m Rozmiar atomu: 10 -10 m

Jądro atomowe Masę jądra można wyznaczyć za pomocą spektrometru masowego Wiązka jonów przyspieszana jest najpierw w polu elektrycznym określonym przez różnicę potencjałów U, a następnie zakrzywiana w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B, prostopadłym do kierunku ruch jonów.

Jądro atomowe Ładunek jądra = n·e+ Masa jądra około dwukrotnie większa niż masa protonów. Nukleony – protony i neutrony • Nuklidy o tej samej liczbie Z tj. liczbie protonów - to izotopy, • Nuklidy o tej samej liczbie N tj. liczbie neutronów - to izotony, • Nuklidy o tej samej liczbie A tj. liczbie nukleonów - to izobary

Jądro atomowe Gęstość materii jądrowej masa 1 cm 3 materii jądrowej wynosi ok. 230 milionów ton Wzór Fermiego:

Defekt masy Masa jądra Energia wiązania Suma mas neutronów i protonów

Energia jądrowa syntez a jądr owa rozszcz epienie

Spin jądra jest sumą wektorową spinów poszczególnych nukleonów oraz ich momentów orbitalnych. • Spiny jąder zawierających parzystą liczbę nukleonów są całkowite (równe są całkowitej wielokrotności stałej Plancka) • Spiny jąder, w których liczba protonów jak i liczba neutronów jest podzielna przez dwa, tzn. obie liczby są parzyste - są równe zeru. • Spiny jąder o nieparzystej liczbie nukleonów są połówkowe (równe są nieparzystej wielokrotności połowy stałej Plancka)

Siły jądrowe • niezależne od ładunku elektrycznego • krótkozasięgowe. (zasięg rzędu 10 -15 metra) • własność wysycania (każdy nukleon oddziałuje tylko z najbliższymi sąsiadami) • siły jądrowe zależne są od wzajemnej orientacji spinów nukleonów (nie są siłami centralnymi)

Model kroplowy równe jest zeru dla jąder o A nieparzystym, dodatnie dla jąder parzysto-parzystych i ujemne dla jąder nieparzysto-nieparzystych.

Model gazu Fermiego Bariera kulombowska Poziomy energetyczne

Model powłokowy Jądra podwójnie magiczne:

Model powłokowy Jądra podwójnie magiczne

Przemiany jądrowe Przemiana :

Przemiany jądrowe

Przemiana beta

Przemiany jądrowe Przemiana : Proces statystyczny:

Przemiany jądrowe Ile jąder zostanie? Czas połowicznego zaniku:

Przemiany jądrowe Aktywność źródła: Bekerel Bq – 1 rozpad na sekundę Datowanie promieniotwórcze

Szeregi promieniotwórcze Po

Szeregi promieniotwórcze Nazwa szeregu A Izotop początkowy torowy 4 n 232 Th 90 208 neptunowy 4 n+1 237 Np 93 209 4 n+2 238 U 92 4 n+3 235 U 92 uranoworadowy uranowoaktynowy Izotop końcowy T 1/2, lat 82 Pb 1. 4*1010 83 Bi 2. 2*106 206 82 Pb 4. 5*109 207 82 Pb 7. 2*108

Reakcje jądrowe Rozpraszanie sprężyste: Rozpraszanie niesprężyste: Reakcja właściwa:

Reakcje jądrowe Zasada zachowania energii: Q > 0 – reakcja egzotermiczna Q < 0 – reakcja endotermiczna Energia progowa

Reakcja rozszczepienia

Reakcja rozszczepienia

Reakcja rozszczepienia

Reaktor jądrowy 1. Pręty paliwowe – materiał rozszczepialny 3. Kanał chłodzenia - ciekły sód lub woda 2. Moderator ( spowalnia neutrony) - grafit lub tzw. ciężka woda 4. Pręty regulacyjne (kadm pochłania neutrony - ma spowalniać lub przyspieszać reakcję)

Antycząstki P. A. M. Dirac (1928) – relatywistyczne równanie falowe energia: mc 2 cząstka (elektron) 0 -mc 2 dziura (pozyton)

kreacja pary pozyton foton elektron h min = 2 mec 2 1. 02 Me. V

anihilacja foton elektron pozyton foton Znikają elektron i pozyton, pojawiają się 2 fotony (E 0. 5 Me. V)

Model Standardowy Do chwili obecnej odkryto około dwieście cząstek (z których większość nie jest cząstkami elementarnymi). Model Standardowy – teoria opisująca wszystkie cząstki i oddziaływania między nimi za pomocą: • 6 kwarków • 6 leptonów • cząstek przenoszących oddziaływania Każdej cząstce odpowiada antycząstka

kwarki (spin = ½) i leptony (spin = ½) aromat (flavour) masa [Me. V] ładunek lepton masa [Me. V] ładunek u – up górny 1. 5 4. 5 +2/3 e - elektron = 0. 511 -1 d – down dolny 5. 0 8. 5 -1/3 ν - neutrino elektronowe 0 < 3. 0 10 -6 0 c – charm powabny 1. 0 1. 4 103 +2/3 μ -mion = 2. 20· 10 -6 s 105. 7 -1 s – strange dziwny 80 155 -1/3 νμ – neutrino mionowe 0 < 0. 19 0 t – top wierzchni 174. 103 +2/3 τ - taon = 2. 91· 10 -13 s 1777. 0 -1 -1/3 ντ – neutrino taonowe 0 < 18. 2 0 b – bottom 4. 0 spodni 4. 5 103 PPb 2002

Hadrony Z kwarków zbudowane są hadrony: • z trzech kwarków – bariony • z kwarku i antykwarku - mezony

Bariony Większość masy hadronu to energia wiązania kwarków.

Mezony

Leptony = (e, e), ( , ) + antycząstki są fermionami oddziałujacymi słabo, Liczba leptonowa: Le L L e , e +1 , +1 e+, e 1 +, 1 inne 0

Oddziaływania Wirtualne cząstki przenoszące oddziaływanie Zasada nieoznaczoności: czas 1 cząstka wysyła i pochłania cząstki wirtualne 1 cząstka wysyła, a 2 cząstka pochłania cząstki wirtualne

Oddziaływania grawit. elektrosłabe silne (kolorowe) masa [Ge. V] ładunek 0 80. 4 91. 2 0 +1 -1 0 masa [Ge. V] ładunek 0 0 grawiton (? ) γ W+ WZo ggluon superoktet SU(3) 8 stanów koloru