O nuklearnim silama OTKRIE NUKLEARNE SILE n n

O nuklearnim silama

OTKRIĆE NUKLEARNE SILE n n n Hideki YUKAWA, japanski fizičar Najznačajniji je njegov rad o nuklearnim silama (1935) Nobelova nagrada za fiziku 1949 god.

VRSTE SILA n n Gravitaciona sila Elektromagnetna sila Slaba nuklearna sila Jaka nuklearna sila

GRAVITACIONA SILA n n n Najslabija sila u prirodi. Djeluje između svih čestica. Uvijek je privlačna. Dejstvo se primjećuje svuda oko nas. Za faktor 1035 je manja od elektrostatičke pa se zanemaruje u proračunima u nuklearnoj fizici.

ŠEMATSKI PRIKAZ GRAVITACIONE SILE

ELEKTROMAGNETNA SILA n n Druga sila po jačini. Dejstvo ove sile zapažamo gotovo svuda u svakodnevnom životu. Dejstva ove sile najvidljivija u životu na Zemlji. 100 puta je slabija od Jake nuklearne sile.

ŠEMATSKI PRIKAZ ELEKTROMAGNETNE SILE

SLABA NUKLEARNA SILA n n n Njena jačina je 10 milijardi puta manja od jačine elektromagnetne sile. Radijus njenog dejstva je hiljadu puta manji od dejstva radijusa jake nuklearne sile. Odgovorna je za pojavu tzv. beta raspada nastanak beta-čestica iz atomskih jezgara.

JAKA NUKLEARNA SILA n n n n Najjača sila u prirodi. Djeluje među česticama u atomskim jezgrima. Ne primećujemo je u svakodnevnom životu. Osnovne karakteristike nuklearnih sila su: 1) vladaju između nukleona bez obzira da li su to pp, nn ili pn 2) ne zavise od naboja 3) imaju osobinu ZASIĆENJA Njihovo privlačno djelovanja počinje tek na rastojanju od 2 -3 fm,

KARAKTERISTIKE SILA Međudjelovanje Jako Trenutna teorija Prenosnici Relativna jačina Zavisnost o udaljenosti Kvantna kromodinamik a (QCD) gluoni 1038 1 fotoni 1036 1/r 2 Quantum W i Z bozoni flavourdynami cs (GWS) 1025 e-mw, zr/r Opća teorija relativnosti (GR, nije kvantna teorija. ) 1 1/r 2 Elektromagnet Kvantna sko elektrodinami ka (QED) Slabo Gravitaciono gravitoni

ZAKLJUČAK n n Nuklearne sile nisu centralne. Nuklearne sile imaju svojstvo zasićenosti. Nuklearne sile su kratkog dometa. Nuklearne sile su nezavisne od naelektrisanja.

NUKLEARNE SILE IMAJU SVOJSTVO ZASIĆENOSTI

Nuklearne sile n n Ugaona raspodjela neutrona koji se klasično rasijava na protonima. Neutron + proton (np) i proton + proton (pp) elastično. Nuklearni potencijal

Nuklearne sile n n Stabilnost elemenata u prirodi govori da mora postojati sila mnogo većeg intenziteta od elektrostatičke sile među protonima u jezgru. Elektrostatička potencijalna energija samo dva protona koji su na rastojanju r=10 -15 m iznosi: n Ep= e 2/4¶ε 0 r = +1, 44 Me. V n Osnovne karakteristike nuklearnih sila su: 1) vladaju između nukleona bez obzira da li su to pp, nn ili pn 2) ne zavise od naboja 3) imaju osobinu ZASIĆENJA Njihovo privlačno djelovanja počinje tek na rastojanju od 2 -3 fm, n n

Nuklearne sile n Internuklearni potencijal ima “tvrdu koru” koja sprječava nukleone da priđu jedan drugom na rastojanje manje od oko 0. 4 fm. n Proton ima radijus naboja do 1 fm. Dva nukleona na rastojanju oko 2 fm “osjećaju” privlačnu silu. n n n Nuklearna sila (kratkog dometa): Pada na nulu naglo sa povećanjem međučestičnog rastojanja. n Unutrašnji nukleoni su potpuno opkoljeni drugim nukleonima sa kojima intereaguju. n Jedina razlika između np i pp potencijala je Kulonov potencijal koji postoji za r ≥ 3 fm za pp silu.

Nuklearne sile n n n Poznato je da je nuklearna sila zavisna od spina. Spinovi neutrona i protona su paralelni za vezana stanja deuterona, ali nema vezanog stanja ako su spinovi antiparalelni. nn sistem je mnogo teže istraživati jer slobodni neutroni nisu stabilni. Nuklearni potencijal između dva nukleona je nezavistan od njihovog naboja. Termin nukleon se odnosi bilo na protone ili neutrone jer se neutroni i protoni mogu smatrati različita stanja po naboju iste čestice.

Nuklearna stabilnost n n U periodnom sistemu elemenata ima nešto više od 100 različitih elemenata. Nuklearna fizika poznaje nešto više od 260 stabilnih jezgara, dakle na svaki element u prosjeku otpada po 2, 5 izotopa. Naravno, ta raspodjela nije ravnomjerna. Uočena je tendencija nukleona da se uparuju: od 264 stabilna nuklida čak njih 158 ima paran broj protona Z i paran broj neutrona N, 49 ima neparan Z i paran N a samo četiri elementa imaju neparno i Z i N U prirodi ne postoje teža jezgra od jezgra. Ako su ikada i postojali mora da su se raspala tako brzo da od njih nisu preostali mjerljivi iznosi.

Nuklearna stabilnost n n Linija koja predstavlja stabilne nuklide zove se linija stabilnosti. Utvrđeno je da za A ≤ 40, priroda voli da je broj protona i neutrona približno isti Z ≈ N. Međutim, za A ≥ 40, postoji jasna nadmoć za neutrone N > Z pošto je nuklearna sila nezavisna od toga da li su čestice nn, np, ili pp. n Kako broj protona raste, Kulonova sila između svih protona postaje jača sve dok konačno ne počne da bitno utiče na vezu. n Rad potreban da se naboj unese u sferu iz beskonačnosti je:

Nuklearna stabilnost n Za pojedinačni proton je, n Ukupna Kulonova energija odbijanja u jezgru je n Za teški nukleus važno je da ima manje protona od neutrona radi jake odbojne Kulonove energije. n Većina stabilnih nuklida ima parne i Z i N (takozvani parni-parni nuklidi). Samo četiri stabilna nuklida imaju neparni Z i neparni N (nepar-nepar nuklidi). n

Energija veze po nukleonu n n Ovaj dijagram se koristi da se uporedi relativna stabilnost raznih nukleona. On ima maksimum blizu A = 56. Krivulja naglo raste demonstrirajući efekat ekraniranja nuklearne sile. Na njoj imamo oštre pikove za čvrsto vezane par-par nuklide 4 He, 12 C, i 16 O

Nuklearni modeli n Dijagrami energetskih nivoa za 12 C i 16 O. n Oba su stabilna jer su par-par nukleusi. Slučaj 1: Ako dodamo 1 proton jezgru 12 C da bi napravili Slučaj 2: ako dodamo jedan neutron jezgru 12 C da napravimo 13 C: nestabilan stable

Nuklearni modeli n Čak i kad dodamo drugi neutron da bismo napravili 14 C, otkrijemo da je on tek malo nestabilan n U ovom regionu mase, priroda više voli da je broj neutrona i protona N > Z, ali ne voli N < Z. Ovo objašnjava zašto je 13 C stabilan, a 13 N to nije. n ¸Zato su neutronski energetski nivoi manje energije nego odgovarajući protonski.

Otkriće neutrona Rutherford (Radeford) je predložio atomsku strukturu koja ima masivno jezgro još 1911. g. n Naučnici su znali od kojih čestica se sastoji nukleus još 1932. n Razlozi zašto elektron ne može postojati unutar nukleusa: 1) Veličina nukleusa Princip neodređenosti stavlja niže ograničenjena njegovu kinetičku energiju koja je mnogo veća nego bilo koja kinetička energija koja se mogla registrovati kod elektrona koji je emitovan iz nukleusa. 1) Nuklearni spin Ako se deuteron sastoji od protona i elektrona, onda deuteron mora da sadrži 2 protona i 1 elektron. Nukleaon koji se sastoji od tri fermijona morao bi imati spin polovice cijelog broja. Ali mjerenja n su pokazala da je on 1.

Otkriće neutrona 3) Nuklearni magnetni moment: Magnetni moment elektrona je preko 1000 puta veći od magnetnog nuklearnog momenta protona. Mjereni nuklearni magnetni momenti su istog reda veličine kao protonovi, stoga elektron nije dio nukleusa. n 1930. godine njemački fizičari Bothe i Becker su koristili radioaktivni polonijum koji emituje α čestice. Kada se ovim česticama bombardovao berilijum, zračenje je prodiralo kroz nekoliko centimetara olova.