Upload
kira
View
58
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Jądro atomowe. Doświadczenie Rutherforda. Jądro atomowe. Na jaką odległość może zbliżyć się do jądra cząstka ?. Wzór słuszny dla r > R , gdzie R – promień jądra. Jądro atomowe. Dla jądra węgla: E k = 5.1MeV, R = 3.4*10 -15 m. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
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 = 5.1MeV, R = 3.4*10-15m
Dla jądra aluminium: Ek = 9.0MeV, R = 4.1*10-15m
Rozmiar atomu: 10-10m
Rozmiar jądra: 10-15m
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
masa 1 cm3 materii jądrowej wynosi ok. 230 milionów ton
Gęstość materii jądrowej
Wzór Fermiego:
30 ARR fmmR 3,1103,1 15
0
Defekt masy
Suma mas neutronów i protonów
Masa jądraEnergia wiązania
Energia jądrowa
rozszczepienie
syn
teza
jąd
row
a
Spin jądra
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 powłokowyJądra podwójnie magiczne
Przemiany jądrowe
Przemiana :
Przemiana :
Przemiany jądrowe
Przemiana beta
Przemiany jądrowe
Przemiana :
Proces statystyczny:
Przemiany jądrowe
Czas połowicznego zaniku:
Ile jąder zostanie?
Przemiany jądroweAktywność źródła:
Bekerel Bq – 1 rozpad na sekundę
Datowanie promieniotwórcze
Szeregi promieniotwórcze
Po
Szeregi promieniotwórcze
Nazwa szeregu
AIzotop
początkowyIzotop
końcowyT1/2, lat
torowy 4n 23290Th 208
82Pb 1.4*1010
neptunowy 4n+1 23793Np 209
83Bi 2.2*106
uranowo-radowy
4n+2 23892U
20682Pb 4.5*109
uranowo-aktynowy
4n+3 23592U
20782Pb 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
2. Moderator ( spowalnia neutrony) - grafit lub tzw. ciężka woda
3. Kanał chłodzenia - ciekły sód lub woda
4. Pręty regulacyjne (kadm pochłania neutrony - ma spowalniać lub przyspieszać reakcję)
P.A.M.Dirac (1928) – relatywistyczne równanie falowe
energia:2242 cpcmE e
mc2
-mc2
0
cząstka (elektron)
dziura (pozyton)
Antycząstki
kreacja pary
foton
pozyton
elektron
hmin = 2mec2 1.02 MeV
anihilacja
Znikają elektron i pozyton, pojawiają się 2 fotony (E 0.5 MeV)
pozyton
elektron
foton
foton
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 [MeV]
ładunek lepton masa [MeV]
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 < 3.010-6
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
b – bottom spodni
4.0 4.5
103
-1/3 ντ – neutrino
taonowe
0 < 18.2
0
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
dudusu
Leptony
Leptony = (e, e), (, ), (, ) + antycząstkisą fermionami oddziałujacymi słabo,
Le L L
e, e +1 , +1 , +1
e+,e 1 +, 1 +, 1
inne 0 inne 0 inne 0
Liczba leptonowa:
Oddziaływania
Wirtualne cząstki przenoszące oddziaływanie
tEZasada nieoznaczoności:
czas
1 cząstka wysyła i pochłania cząstki wirtualne
1 cząstka wysyła, a 2 cząstka pochłania cząstki wirtualne
Oddziaływania
grawit. elektrosłabe silne (kolorowe)
grawiton(?)
masa [GeV]
ładunek masa [GeV]
ładunek
γ
W+
W-
Zo
0
80.480.491.2
0
+1-10
g - gluon
0 0
superoktet SU(3)
8 stanów koloru