320 likes | 514 Views
FIZYKA III MEL. Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych. Wykład 3 – Promieniotwórczość naturalna. promieniotwórczość. laboratorium Curie. 1903 – PC, MSC. 1911 – MSC. 1935 – FJ, IJC. ich troje (noblistów). P rzemiany jądrowe. rozpad . rozpad –. rozpad +. wychwyt K ( ).
E N D
FIZYKA IIIMEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 3 – Promieniotwórczość naturalna
1903 – PC, MSC 1911 – MSC 1935 – FJ, IJC ich troje (noblistów)
Przemiany jądrowe rozpad 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 1g Ra)
Proces statystyczny – zmiana (ubytek) jąder proporcjonalny do całkowitej liczby jąder N oraz do czasu t. Prawo rozpadu
warunki początkowe: stała rozpadu średni czas życia: Prawo rozpadu http://www.lon-capa.org/~mmp/applist/decay/decay.htm
mierzymy aktywność Aktywność źródła: Prawo rozpadu
Pomiar stałej rozpadu ln A/A0 t1/2 2t1/2
Ile jąder zostanie? Czas połowicznego zaniku: Prawo rozpadu
fluktuacje statystyczne fluktuacje względne Przemiany jądrowe Proces statystyczny – liczba jąder, które ulegną rozpadowi w czasie T1/2fluktuuje wokół wartości N0/2
Przemiana Jądro wzbudzone przechodzi do stanu podstawowego pozbywając się energii wzbudzenia. przemiana wewnętrzna konwersja e
Przemiana • widmo energetyczne dyskretne: h = Ei - Ef jądro macierzyste • energia: kilka, kilkanaście MeV jądro pochodne • przemiana jest procesem wtórnym – następuje po procesach prowadzących do wzbudzenia jądra (zderzenie, rozpad lub )
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:
Dla przejściamiędzy dwoma stanami jądra o określonym spinie i parzystości: musi być spełniona zasada zachowania momentu pędu i parzystości. • spin kwanu gamma - 1ħ • zakaz przejścia 0 0 Przemiana Pełny opis przejść radiacyjnych w jądrach daje elektrodynamika kwantowa. Całkowity moment pędu L unoszony przez kwant - multipolowość przejścia
E + E - po zastosowaniu operacji parzystości Multipolowość – dipol elektryczny Elektryczne promieniowanie dipolowe (E1) zmienia parzystość stanu.
E E Multipolowość – dipol magnetyczny Magnetyczne promieniowanie dipolowe (M1) nie zmienia parzystości stanu.
E E Multipolowość – kwadrupol elektryczny Elektryczne promieniowanie kwadrupolowe (E2) nie zmienia parzystości stanu.
przejście E ogólnie: przejście M Zasada zachowania całkowitego momentu pędu: Multipolowość zmienia parzystość: E1, M2, E3,…itd. dla danych spinów jądra Jp i Jk dopuszczone są tylko pewne wartości polowości przejść radiacyjnych
T1/2 [s] 1015 E5 E4 1010 M5 105 M4 E3 1 M3 10-5 E2 M2 10-10 M1 E1 10-15 0,01 0,02 0,05 2 1 0,1 5 0,2 0,5 energia kwantów [MeV]
gdy parzystości stanów różne gdy parzystości stanów różne gdy parzystości stanów jednakowe dominujące przejście 3+ 2- Przykłady Prawdopodobieństwo emisji szybko maleje ze wzrostem polowości.
230 keV 0+ 5+ + 2+ 0+ Izomeria jądrowa Rozpad ze stanu wzbudzonego.
detektor: 3” x 3” (2Na I) 28Al produkcja: 27Al (n, ) 3+ – 2+ t1/2 = 2.24 min E = 4.84 MeV 1,78 0+
detektor: 3” x 3” (2Na I) 29Al 3.06 (00.0%) 2.43 (06.3%) 2.03 (03.8%) 1.27 (89.0%) t1/2 = 6.56 minE = 3.87 MeV produkcja: 29Si (n, p) 5/2+ – 5/2+ 3/2+ 5/2+ 3/2+ 1/2+
5+ 100% 6027Co 4+ 1 2+ E1 = 1173.2 keV 2 0+ E2 = 1332.5 keV 6028Ni schemat rozpadu (kobalt)
AZX 1 2 3 3 1 3 2 I A-4Z-2Y 2 1 parcjalne czasy życia: E Rozpad 241Am 237Np
logT1/2 logE Rozpad Korelacja między czasami życia a energiami cząstek
Bz ze – ładunek emitowanej cząstki r stany związane Rozpad energie cząstek : < 10 MeV czasy życia: od 10-6 s do 1017 s Dla cięższych jąder i cząstek wysokość bariery ponad 20 MeV. Klasyczny opis – emisja czastki niemożliwa!
Rozpad V E r prawdopodobieństwo emisji: ze wzrostem E maleje wykładnik – silnie rośnie prawdopodobieństwo • G. Gamov (1904 – 1968) – opis kwantowy: • cząstka istnieje wewnątrz studni potencjału • cząstka opisywana funkcją falową może przenikać barierę potencjału w zjawisku tunelowania Rin Rout