320 likes | 574 Views
FIZYKA III MEL. Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych. Wykład 1 – własności jąder atomowych. Ernest Rutherford (1871-1937). 1908. Odkrycie jądra atomowego. Rutherford (1911). R 10 fm. człowiek. do Słońca. atom. Ziemia. jądro. Wszechświat. 10 -20. 10 -10. 10 0. 10 10. 10 20.
E N D
FIZYKA IIIMEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych Wykład 1 – własności jąder atomowych
Ernest Rutherford(1871-1937) 1908 Odkrycie jądra atomowego Rutherford (1911) R 10 fm
człowiek do Słońca atom Ziemia jądro Wszechświat 10-20 10-10 100 1010 1020 1030 Skala przestrzenna rozmiary (w metrach)skala logarytmiczna!
Cząstki i oddziaływania • jądra atomowe • składniki jąder: protony i neutrony (nukleony) • liczne cząstki produkowane w wyniku procesów , w których uczestniczą nukleony lub jądra • Oddziaływania: • grawitacyjne • słabe • elektromagnetyczne • silne
Trzy grupy cząstek elementarnych • Nośniki oddziaływań: • fotony (oddz. elektromagn.) • bozony W i Z (oddz. słabe) • gluony (oddz. silne) • grawitony? (oddz. grawitacyjne) • Leptony: • elektrony i neutrina elektronowe • miony i neutrinamionowe • taonyi neutrinataonowe • Hadrony: • nukleony • mezony • …. (kilkaset cząstek)
Jednostka energii – elektronowolt: Masy wyrażamy w jednostkach energii: 1eV = 1,602 10-19 C V = 1,602 10-19 J Jednostka masy: MeV/c2 lub MeV (c = 1) Masy nuklidów wyrażamy w atomowych jednostkach masy u: 1 u = masy obojętnego atomu węgla Masy obiektów subatomowych
energia kinetyczna energia spoczynkowa energia całkowita pęd energia całkowita energia spoczynkowa Kinematyka relatywistyczna
Falowe własności materii Długość fali de Broglie’a: Zasada nieoznaczności:
tylko tu... Pustka materii Xe _ _ _ ośrodek ciągły (tu ciekły ksenon) jest prawie pusty!
większa energia Rozmiar jądra Na jaką odległość może zbliżyć się do jądra cząstka ? Wzór słuszny dla r > R, gdzie R – promień jądra.
60o Gdy padająca cząstka znajdzie się dostatecznie blisko jądra, włącza się oddziaływanie silne – formułaRutherforda załamuje się. Punkt tego załamania wyznacza rozmiar jądra. d parametr zderzenia
Dla jądra węgla:Ek = 5,1MeV R = 3,410-15m Dla jądra aluminium:Ek = 9,0MeV R = 4,110-15m Rozmiar jądra Rozmiar jądra: 10-15 m Rozmiar atomu: 10-10 m
jądro piłka o średnicy 10 cm Pustka materii elektrony 5 - 10 km Rozmiar jądra: 10-15 m Rozmiar atomu: 10-10 m
Skala gęstości w mikro- i makroświecie: materia jądrowa biały karzeł gwiazda neutronowa ciało stałe czarna dziura 10-5 100 105 1010 1015 1020 gęstość [g/cm3] Świat jądrowy ładunek: q = Ze e = 1.6 · 10-19 C energia jonizacji atomu wodoru – 13.6 eVenergia separacji nukleonu z jądra – 8.5 MeV
Ładunek jądra = n·e+ Masa jądra około dwukrotnie większa niż masa protonów. Nukleony – protony i neutrony Składniki jądra
zasada nieoznaczoności więc nie! oraz analiza spinów jąder… Elektrony w jądrze? Hipoteza: jądro zawiera A protonów i A – Z elektronów (masa elektronu 0.5 MeV) np:spin jądra147N jest całkowity (eksperyment) podczas, gdy suma spinów (połówkowych) 14 protonów i 7 elektronów byłaby połówkowa!
Nuklidy X - symbol pierwiastka A - liczba masowa Z - liczba atomowa N - liczba neutronowa
ścieżka stabilności + gwiazdy neutronowe
Jądra superciężkie IUPAC 101 Mendelevium Md102 Nobelium No103 Lawrencium Lr104 Rutherfordium Rf105 Dubnium Db106 Seaborgium Sg107 Bohrium Bh108 Hassium Hs109 Meitnerium Mt
Stabilne nuklidy 274 stabilnych nuklidów Z<84 od wodoruZ=1 do bizmutuZ=83 następny polonZ=84 jest już nietrwały niestabilne wyjątki: technetZ=43 oraz prometZ=61
nuklidy izotopy izobary izotony izomery wzbudzenie Nuklidy
detektor B B E selektor pędu źródło jonów selektor prędkości Spektrometr masowy separacja izotopów...
1922 Aston 1919 Francis Aston 1877 - 1945 od 1919 zidentyfikował i zmierzył masy 212 izotopów...
Defekt masy m– masa jądramp– masa protonu (938.3 MeV)mn– masa neutronu (939.6 MeV) defekt masy:m c2 = [Z · mp + (A – Z) ·mn – m] c2 > 0 energia wiązania:EB = mc2EB / A 8.5 MeV
Defekt masy (cd) kolaps jądrowy...
11H - wodór 21H - deuter 31H - tryt deuter md = 1875 MeV < mp +mp = 1878 MeV m 3 MeV słabo związany układ dwóch nukleonów
EB/A [MeV] 10 8 6 4 2 50 100 150 200 250 A Energia wiązania Energia potencjalna układu związanego jest ujemna
EB/A [MeV] 10 8 fuzja rozpady ,rozszczepienie 6 4 2 najsilniej związane (6228Ni, Fe) 50 100 150 200 250 A stabilność
EB/A [MeV] 10 8 6 Z=28 Z=50 N=82 N=50 N=28 Z=82N=126 4 Z=8N=8 Z=20N=20 2 Z=2N=2 50 100 150 200 250 A liczby magiczne 2820285082126