FIZYKA III MEL Fizyka jdrowa i czstek elementarnych

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 3 – Promieniotwórczość naturalna

ć ś o z c r ó w t o i n promie

laboratorium Curie

ich troje (noblistów) 1903 – PC, MSC 1911 – MSC 1935 – FJ, IJC

Przemiany jądrowe rozpad – rozpad + wychwyt K ( ) przemiana wewnętrzna konwersja

Przemiany jądrowe • spontaniczne • przypadkowe • stała rozpadu • stała czasowa • okres połowicznego zaniku

Przemiany jądrowe aktywność – liczba rozpadów na jednostkę czasu: jednostka - bekerel: dawna jednostka – kiur (aktywność 1 g Ra)

Prawo rozpadu Proces statystyczny – zmiana (ubytek) jąder proporcjonalny do całkowitej liczby jąder N oraz do czasu t.

Prawo rozpadu warunki początkowe: stała rozpadu średni czas życia: http: //www. lon-capa. org/~mmp/applist/decay. htm

Prawo rozpadu Aktywność źródła: mierzymy aktywność

ln A/A 0 Pomiar stałej rozpadu t 1/2 2 t 1/2

Prawo rozpadu Ile jąder zostanie? Czas połowicznego zaniku:

Przemiany jądrowe Proces statystyczny – liczba jąder, które ulegną rozpadowi w czasie T 1/2 fluktuuje wokół wartości N 0/2 fluktuacje statystyczne fluktuacje względne

Datowanie promieniotwórcze

Przemiana Jądro wzbudzone przechodzi do stanu podstawowego pozbywając się energii wzbudzenia. przemiana wewnętrzna konwersja e

Przemiana • przemiana jest procesem wtórnym – następuje po procesach prowadzących do wzbudzenia jądra (zderzenie, rozpad lub ) • widmo energetyczne dyskretne: h = Ei - Ef jądro macierzyste • energia: kilka, kilkanaście Me. V jądro pochodne

Przemiana • czas życia stanu wzbudzonego: = 10 -16 - 10 -15 s • izomeria jądrowa – bardzo długie czasy życia stanu wzbudzonego • Procesem konkurencyjnym do emisji kwantu jest proces wewnętrznej konwersji – energia wzbudzenia jądra jest przekazywana bezpośrednio elektronowi z powłoki bliskiej jądra (K lub L) i elektron wylatuje z atomu. współczynnik konwersji:

Przemiana Pełny opis przejść radiacyjnych w jądrach daje elektrodynamika kwantowa. Dla przejścia między dwoma stanami jądra o określonym spinie i parzystości: musi być spełniona zasada zachowania momentu pędu i parzystości. • spin kwanu gamma - 1 ħ • zakaz przejścia 0 0 Całkowity moment pędu L unoszony przez kwant multipolowość przejścia

Multipolowość – dipol elektryczny E + - E po zastosowaniu operacji parzystości Elektryczne promieniowanie dipolowe (E 1) zmienia parzystość stanu.

Multipolowość – dipol magnetyczny E E Magnetyczne promieniowanie dipolowe (M 1) nie zmienia parzystości stanu.

Multipolowość – kwadrupol elektryczny E E Elektryczne promieniowanie kwadrupolowe (E 2) nie zmienia parzystości stanu.

Multipolowość ogólnie: przejście E przejście M zmienia parzystość: E 1, M 2, E 3, …itd. Zasada zachowania całkowitego momentu pędu: dla danych spinów jądra Jp i Jk dopuszczone są tylko pewne wartości polowości przejść radiacyjnych

T 1/2 [s] 1015 1010 E 5 E 4 M 5 105 M 4 E 3 1 M 3 10 -5 E 2 M 2 10 -10 M 1 E 1 10 -15 0, 01 0, 02 0, 05 0, 1 0, 2 0, 5 1 energia kwantów [Me. V] 2 5

Przykłady gdy parzystości stanów różne gdy parzystości stanów jednakowe dominujące przejście 3+ 2 - Prawdopodobieństwo emisji szybko maleje ze wzrostem polowości.

Izomeria jądrowa 230 ke. V + 0+ 5+ 2+ 0+ Rozpad ze stanu wzbudzonego.

28 Al produkcja: 27 Al (n, ) 3+ – detektor: 3” x 3” (2 Na I) t 1/2 = 2. 24 min E = 4. 84 Me. V 2+ 1, 78 0+

29 Al t 1/2 = 6. 56 min E = 3. 87 Me. V produkcja: 29 Si (n, p) 5/2+ – 3. 06 (00. 0%) 2. 43 (06. 3%) 2. 03 (03. 8%) 1. 27 (89. 0%) 5/2+ 3/2+ 1/2+ detektor: 3” x 3” (2 Na I)

schemat rozpadu (kobalt) b 5+ 60 27 Co E 1 = 1173. 2 ke. V E 2 = 1332. 5 ke. V 100% 1 2 60 28 Ni 4+ 2+ 0+

Rozpad 241 Am 237 Np I A X Z 3 3 2 1 1 2 3 A-4 Y Z-2 parcjalne czasy życia: E

Rozpad log. T 1/2 log. E Korelacja między czasami życia a energiami cząstek

Rozpad energie cząstek : < 10 Me. V czasy życia: od 10 -6 s do 1017 s Bz r stany związane ze – ładunek emitowanej cząstki Dla cięższych jąder i cząstek wysokość bariery ponad 20 Me. V. Klasyczny opis – emisja czastki niemożliwa!

Rozpad G. Gamov (1904 – 1968) – opis kwantowy: • cząstka istnieje wewnątrz studni potencjału • cząstka opisywana funkcją falową może przenikać barierę potencjału w zjawisku tunelowania V E prawdopodobieństwo emisji: r Rin Rout ze wzrostem E maleje wykładnik – silnie rośnie prawdopodobieństwo