1 / 45

Atomy, jádra a částice ve vývoji lidského myšlení

Atomy, jádra a částice ve vývoji lidského myšlení. Jaderná fyzika – věda o složení, vlastnostech a přeměnách atomových jader. Vznik jaderné fyziky jako samostatné vědecké oblasti je možné datovat do konce 19. a začátku 20. století.

joylyn
Download Presentation

Atomy, jádra a částice ve vývoji lidského myšlení

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Atomy, jádra a částice ve vývoji lidského myšlení

  2. Jaderná fyzika – věda o složení, vlastnostech a přeměnách atomových jader. Vznik jaderné fyziky jako samostatné vědecké oblasti je možné datovat do konce 19. a začátku 20. století. Úzká souvislost mezi třemi oblastmi fyzikálních věd o mikrosvětě: - fyzika elektronového obalu (atomová fyzika), - fyzika atomového jádra, - fyzika subjaderných („elementárních“) částic. Radiační fyzika (fyzika ionizujícího záření) – část fyziky mikrosvěta zabývající se ionizujícím zářením. Ionizující záření – záření vyvolávající při svém průchodu a interakci s látkou ionizaci. Ionizace – děj, při němž vznikají ionty změnou náboje elektronového obalu atomu nebo molekuly a uvolňují se elektrony (utváří se pár nosičů nábojů – kladný iont a elektron, kladný a záporný iont, pár elektron-díra).

  3. Literatura: • Мухин, К.Н.: Експериментальнаяядернаяфизика I. Москва, Энергоатомиздат 1983. • Musílek, L.: Úvod do fyziky ionizujícího záření. Praha, SNTL 1979. • Petržílka, V.: Základy jaderné fyziky I, II (skripta). SPN, Praha 1968. • Lapp, R.E. – Andrews, H.L.: Nuclear Radiation Physics. Prentice Hall, Engelwood Cliffs (N.J.) 1972. • Vanovič, J.: Atómová fyzika. Alfa, Bratislava 1980. • Usačev, S. a kol.: Experimentálna jadrová fyzika. Alfa, Bratislava 1982. • Úlehla, I. – Suk, M. – Trka, Z.: Atomy, jádra, částice. Academia, Praha 1990. • Povh, B. – Rith, K. – Scholz, Ch. – Zetschke, F.: Particles and Nuclei. Springer, Berlin 1999. • Magill, J. – Gally, J.: Radioactivity, Radionuclides, Radiation. Springer, Berlin 2005. • Martin, B.R.: Nuclear and Particle Physics. Wiley, Chichester (U.K.) 2006. • ČSN-ISO-31-9: Veličiny a jednotky – Atomová a jaderná fyzika. • ČSN-ISO-31-10: Veličiny a jednotky – Jaderné reakce a ionizující záření.

  4. Antické počátky: První dochované filosofické úvahy o atomu: Démokritos z Abdér (cca 460 – 370 př.n.l.) – nejvýznamnější představitel antického atomismu. Základ světa: dva principy – atomy (plno, jsoucno) a prázdno (nejsoucno). Atomy (atomos = nedělitelný) jsou věčné, neproměnné a nedělitelné, je jich nekonečný počet a věčně se pohybují. Věci vznikají, mění se a zanikají spojováním a rozlučováním různých atomů. Za zakladatele atomismu je považován Leukippos (500 – 440 př. n.l.) patrně Démokritův učitel – jeho dílo se ale dochovalo pouze v pozdějších odkazech (jediná doslovná citace: „ Ani jedna věc nevzniká bez příčiny, vše vzniká z nějakého důvodu nebo příčiny“) – někteří historikové se domnívají, že jde jen o literární fikci.

  5. Démokritovo učení bylo toto: Počátky všeho jsou atomy a prázdno… Světů je neomezené množství, vznikají a zanikají. Nic nevzniká z ničeho a nezaniká v nic. Atomy jsou neomezené co do velikosti a co do počtu, jsou unášeny ve vesmíru vířivým pohybem, a takto vytvářejí všechny složeniny, oheň, vodu, vzduch a zemi, neboť i tyto živly jsou spojením určitých atomů. Atomy jsou neporušitelné a neměnné pro svou tvrdost. Díogenés Laertios Vůbec pak mimo Démokrita nikdo o ničem neuvažoval, ledaže povrchně. On však, jak se zdá, přemýšlel o všem… Aristotéles

  6. Epikúros ze Samu (341 – 270 př.n.l.) – další z významných filosofů uvažujících o atomech – Navazuje na Démokrita, ale na rozdíl od něho považuje pohyb atomů za do jisté míry nahodilý – dochází v něm k odchylkám, jimiž je možné vysvětlit svobodu lidské vůle. Titus Lucretius Carus (asi 99 – 55 př.n.l.) – ve své dochované didakticko-epické básni De rerum natura podává nejúplnější přehled antického atomismu, zejména Epikúrova učení. O jeho životě je však známo jen málo. Antický atomismus odporuje učení o přírodě i etice křesťanství => ve středověku není uznáván.

  7. Znovuzrození myšlenky o atomech v 17. století Galileo Galilei (1564 – 1642) – znám především pro své vědecké práce a pozorování o vesmíru, ale oživuje také představu, že svět je složen z velmi malých částeček matérie. Pierre Gassendi (1592 – 1655) – snaží se skloubit atomismus s církevním učením – překonává tím středověkou scholastiku: základem všech přírodních jevů jsou různá spojení atomů pohybujících se v prázdnu, atomy byly stvořeny bohem a je jich konečný počet, zatímco prostor je netělesný, nehybný a věčný. Duše má část nerozumovou (složená z atomů, smrtelná) a rozumovou(nehmotná, stvořená bohem, věčná).

  8. Filosofickéúvahy přecházejí ve vědu Robert Boyle (1627 -1691) – buduje základy chemie na principu spojování dále nedělitelných korpuskulí – zároveň ovšem epikureismus považuje za „odpornou atomistiku popírající božský princip v přírodě. Isaac Newton (1643 – 1727) – přijímá atomistickou hypotézu a tvoří korpuskulární teorii světla – předchází tak současné poznatky o fotonech. Michail V. Lomonosov (1711 – 1765) – předpokládá, že korpuskule (molekuly) látek jsou složeny z nejmenších částic, elementů (atomů).

  9. John Dalton (1766 – 1844) – každý chemický element je určen specifickým druhem atomů s přesně určenou atomovou hmotností – atomy se navzájem slučují v přesně definovaných poměrech (zákon jednoduchých poměrů slučovacích). Hlavní body Daltonovy atomové teorie: - Prvky jsou tvořeny drobnými částicemi, nazývanými atomy. - Všechny atomy daného prvku jsou identické. - Atomy každého jednotlivého prvku jsou odlišné od atomů kteréhokoli jiného prvku. - Atomy jednoho prvku se mohou kombinovat s atomy jiných prvků a tvořit tak sloučeniny. Daná sloučenina má vždy stejné relativní počty daných druhů atomů. - Atomy nemohou být stvořeny, rozděleny na menší částice ani zničeny v chemických procesech. Chemická reakce pouze změní způsob, jakým jsou vzájemně spojeny. „Otec moderní chemie“

  10. Vědci 19. století William Prout (1785 – 1850) Amedeo Avogadro (1776 – 1856) Dmitrij I. Mendělejev (1834 -1907) Ludwig Boltzmann (1844 -1906) James Clark Maxwell (1831 – 1879) Johann Wilhelm Hittorf (1841 -1914)

  11. Wilhelm Conrad Röntgen (1845 – 1923) 1895 objevuje paprsky X 1901 – Nobelova cena za fyziku Obrázky: • snímek ruky paní Röntgenové • Röntgenův přístroj • Röntgenova laboratoř

  12. Antoine Henri Becquerel (1852 -1908) 1896 – objev radioaktivity 1903 – Nobelova cena (společně s P. a M. Curieovými Diplom o udělení Guinejská Nobelovy ceny známka (2001) Zčernání od uranové soli na fotografické desce

  13. Pierre Curie (1859 -1906) a Marie Curieová (1867 – 1934) Pokračování v Becquerelových pracích týkajících se radioaktivity 1898 objev polonia a radia 1903 Nobelova cena (společně s A.H. Becquerelem) za práce spojené s výzkumem záření objeveného Becquerelem 1911 Nobelova cena za objev radia a polonia

  14. Ernest Rutherford (1871 -1937) Experimentální i teoretické práce související s radioaktivitou 1899 objev radonu 1908 – Nobelova cena za chemii 1911 – „planetární“ model atomu Na obrázku schéma experimentu E. Rutherford a H. Geiger v laboratoři v Manchestru (1912) 1919 – první jaderná reakce 14N + α17O + p

  15. Albert Einstein (1879 – 1955) 1905 – speciální teorie relativity 1911 – 12 – řádný profesor na německé universitě v Praze 1915 – obecná teorie relativity 1921 – Nobelova cena za přínos v oblasti kvantové fyziky (fotoefekt) Werner Horwath (olej na plátně 1999) Einsteinův pomník ve Washingtonu

  16. Budování kvantové fyziky Niels Henrik David Bohr (1885 – 1962) – kvantování atomového obalu Louis Victor Pierre de Broglie (1892 – 1987) – vlnově-částicový dualismus Erwin Schrödinger (1887 – 1961) – Schrödingerova rovnice jako pohybová rovnice v kvantové mechanice Werner Karl Heisenberg (1901 – 1976) – Heisenbergovy relace neurčitosti Paul Adrien Maurice Dirac (1902 – 1984) – kvantová teorie elektronu Max Born (1882 – 1970) – statistická interpretace vlnových funkcí

  17. Hmotnostní spektrometrie (1919) Francis William Aston (1877 – 1945) Arthur Jeffrey Dempster (1886 – 1950)

  18. 30. léta 20. století James Chadwick (1891 – 1974) – objev neutronu Carl David Anderson (1886 – 1950) – objev pozitronu v kosmickém záření Irène Joliot-Curieová (1897 – 1956) a Frédéric Joliot-Curie (1900 – 1958) – objev umělé radioaktivity a radioaktivity β+

  19. Cockroftův a Waltonův lineární elektrostatický urychlovač John Douglas Cockroft (1897 – 1967) a Ernst Thomas Sinton Walton (1903 – 1995) sestrojují na počátku 30. let minulého století první lineární urychlovač a realizují první jadernou reakci vyvolanou uměle urychlenými částicemi 7Li+ p  8*Be  4He +4He Původní Cockroftův a Waltonův urychlovač z roku 1932 Moderní Cockroftův a Waltonův urychlovač v Argonne National Laboratory

  20. Van de Graaffův lineární elektrostatický urychlovač Robert Jemison Van de Graaff (1901 – 1967) sestrojuje téměř současně s Cockroftem a Waltonem urychlovač na podobném principu, lišící se způsobem generování vysokého napětí Původní Van de Graafův urychlovač Odkrytovaný Van de Graafův urychlovač na 2 MeV ze 60. let minulého století

  21. Cyklotron Ernest Orlando Lawrence (1901 – 1958) a Milton Stanley Livingston (1905 – 1986)konstruují v r. 1932 první cyklický urychlovač, cyklotron, který je později modifikován do relativistických energií jako synchrocyklotron a izochronní cyklotron. Dole vlevo: Lawrence (napravo) a Livingston u svého cyklotronu. Uprostřed: Moderní „baby cyclotron“ pro produkci pozitronových zářičů. Vpravo: Izochronní cyklotron v PSI Villingen na energii 590 MeV.

  22. Současné velké urychlovače LEP a LHC v CERNu LEP (Large electron Positron Collider) – obvod tunelu 27 km provoz zahájen 1989, ukončen 2000. Původní energie srážek 91 GeV, maximální dosažená 209 GeV. LHC (Large Hadron Collider) – je vestavován do původního tunelu LEP. Zahájení provozu 2007. Energie srážek protonů 14 Tev, předpokládá se i urychlování iontů olova (1150 TeV)

  23. CERN - LEP Tunel urychlovače s magnety DELPHI – jeden z detektorů na LEP – schéma a pohled do haly detektoru

  24. CERN - LHC Model urychlovače v tunelu Schéma detektoru ATLAS Stavba detektoru ATLAS Model drah částic v detektoru

  25. CERN – Les Horribles Cernettes Rocková kapela hrající a zpívající o kvarcích, urychlovačích a dalších pozoruhodnostech

  26. Urychlovače pro medicínské účely První lékařský lineární urychlovač na západní polokouli (San Francisco 1956) Moderní lékařský lineární urychlovač a schéma listového kolimátoru pro tvarování ozařovacího pole

  27. Objev štěpení jader Otto Hahn (1879 – 1968), Lisa Meitnerová (1878 – 1968) a Fritz Strassmann (1902 – 1980)dospívají k závěru, že při ozařování uranu neutrony dochází ke štěpení jader, v r.1939. Pracovní stůl O. Hahna, na kterém realizoval štěpení O. Hahn a L. Meitne- rová v laboratoři v r. 1907

  28. První jaderný reaktor (1942) Enrico Fermi (1901 – 1954) a spolupracovníci pod tribunou stadionu University of Chicago. Malba Gary Sheahana Model Fermiho jaderného reaktoru

  29. Jaderná puma - Hirošima Vývoj vedl po vědecké stránce Julius Robert Oppenheimer (1904 -1967) po administrativní a organizační gen. Leslie Groves (1896 – 1970)

  30. Účinky jaderného výbuchu v Hirošimě Distance from Ground Zero (km) Killed Injured Population 0 -1.0 86% 10% 31,200 1.0 - 2.5 27% 37% 144,800 2.5 - 5.0 2% 25% 80,300 Total 27% 30% 256,300

  31. Jaderná energie v lodní dopravě Schéma ponorky na jaderný pohon Ponorka Nautilus (1955) Ledoborec Lenin (1959) Ledoborec Arktika (1973)

  32. Jaderná loď Savannah (1962) NS Savannah Technical Specifications • Overall length596 feet • Width78 feet • Displacement22,000 tons • Load carrying capacity14,040 tons • Waterproof compartmetns14 • Loadingspaces6 • Crew124 • Passengers60 • Top speed21 knots • Shaft Horsepower20,300 • Reactor74 MW • Reactor ManufacturerBabcock & Wilcox • BuildersNew York Shipbuilding, Camden, NJ

  33. První experimentální jaderná elektrárna - Obninsk Reaktor kanálového typu moderovaný grafitem – výkon 5 MWe (30 MWt) Uvedena do provozu 26. června 1954, po 5 letech provozu přeměněna na výzkumné pracoviště, reaktor ukončil činnost v r. 2002.

  34. První komerční jaderná elektrárna – Calder Hall Poprvé připojena k síti 27. srpna 1956, oficiálně uvedena do provozu za přítomnosti královny Alžběty II. 17. října 1956. Součást rozsáhlého jaderného komplexu Sellafield, kde je mimo jiné i závod na přepracování jaderného paliva. 4 magnoxové reaktory (chlazené plynem, moderované grafitem) o výkonu 50 MW každý. Provoz ukončen v r. 2003.

  35. Principiální schéma jaderné elektrárny

  36. Jaderné elektrárny ve světě JE Crystal River (1977 – PWR) JE Cofrentes (1984 – BWR) JE Ohi (1979-93 – PWR) JE Cruas (1983-4 – PWR)

  37. JE Dukovany (1985-87) Celkový pohled Strojovna Velín Reaktorová hala

  38. JE Temelín

  39. JE Temelín Celkový pohled Protijaderná demonstrace

  40. Detekceneutrina Clyde Lorrain Cowan (1919 – 1974) a Frederick Reines (1918 – 1998) 2 experimenty v r. 1953 a 1956

  41. Teoretická fyzika 2. poloviny 20. století Murray Gell-Mann (*1929) – hypotéza, že všechny hadrony lze složit jako kombinace tří kvarků a antikvarků Sheldon Lee Glashow (*1932), Abdus Salam (1926 – 1996) a Steven Weinberg (*1933) – sjednocení elektromagnetické a slabé interakce

  42. Nova a supernova

  43. Tokamaky T-15 ITER JET

  44. Tokamaky v Ústavu fyziky plasmatu AV ČR V současnosti – tokamak CASTOR V budoucnosti – tokamak COMPASS

More Related