To tylko jedna z 31 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Fizyka jądrowa – cechy jądra atomowego
Odkrycie – 1913 Ernest Rutherford
Układ doświadczalny uŜywany w
laboratorium Rutherforda w latach 19111913 do badania rozpraszania cząstek α w
cienkiej metalowej folii. Detektor moŜna
obracać, zmieniając kąt φ. Źródłem
cząstek jest radon - gaz będący
produktem rozpadu radu.
Punkty na wykresie prezentują wyniki
pomiarów rozpraszania cząstek w folii
ze złota, uzyskane przez Geigera i
Marsdena. Linia ciągła odpowiada
przewidywaniom teoretycznym opartym
na załoŜeniu, Ŝe w atomie występuje
małe, cięŜkie, naładowane dodatnio
jądro.
Kąt rozpraszania padającej
cząstki zaleŜy od odległości
jej toru od jądra atomu.
Fizyka jądrowa - cechy jądra atomowego
skład:
Protony
Neutrony
Z
A
Z
A-Z
nukleony A
Z – liczba atomowa
A – liczba masowa
X
R = R03 A
promień
R0=1.2 10-15 [m] - promień jądra wodoru
R ∈ (1,2 − 6,3) ⋅ 10 −15 [m ]
Rj ≈
1
100000
R at
koncentracja nukleonów
N=
A
4
πR 3
3
=
A
4
π[R 0 A1 3 ]3
3
= 1.38⋅10 44
nukleonów
m3
Fizyka jądrowa - cechy jądra atomowego
gęstość
ρ = N mn = (1.38·1044) (1.67·10-27) kg/m3 = 2.3·1017 kg/m3
Odpowiada to masie około 230 milionów ton dla 1 cm3.
masa
m j = Z ⋅ m p + (A − Z ) ⋅ m n − ∆m
m j ≈ m at
∆m – defekt masy
j.m.a - jednostka masy atomowej – 1/12 część masy atomu
1 [j.m.a.] = 1,65976 10-27[kg]
ładunek
Q=Ze
12
6
C
Fizyka jądrowa - cechy jądra atomowego
spin - uzaleŜniony od ustawienia spinów poszczególnych
nukleonów : 0, ħ/2, ħ, 3ħ/2, ....
siły jądrowe:
•NaleŜą do oddziaływań silnych
•Mają zasięg około 2 ⋅10-15 [m]
•Są niezaleŜne od ładunku nukleonów
•Są zaleŜne od ustawienia spinów
•Wysycają się – 1 nukleon moŜe oddziaływać tylko
z ograniczoną liczbą innych nukleonów
•Mają charakter wymienny – oddziaływanie między
nukleonami odbywa się
poprzez wymianę cząstki
zwanej mezonem π
Fizyka jądrowa - cechy jądra atomowego
energia wiązania jądra W – praca potrzebna na rozłoŜenie jądra
na poszczególne nukleony
Podczas tworzenia się jądra wydziela się energia W równa
energii wiązania jądra:
W = ∆m c2
∆m – defekt masy
energia wiązania nukleonu w jądrze w – praca potrzebna do
uwolnienia z jądra 1 nukleonu
Energia wiązania przypadająca na 1 nukleon:
w = W/A
Fizyka jądrowa - cechy jądra atomowego
Fizyka jądrowa - cechy jądra atomowego
klasyfikacja jąder ze względu na parzystość liczby nukleonów:
Z
Parzysto
Parzysto
Nieparzysto
Nieparzysto
-
parzyste
nieparzyste
parzyste
nieparzyste
A-Z
klasyfikacja ze względu na trwałość :
·
jądra trwałe (stabilne)
·
jądra nietrwałe (promieniotwórcze).
Fizyka jądrowa - cechy jądra atomowego
Mapa znanych nuklidów (nuklid - jądro większe niŜ 1 nukleon).
Kolor zielony - pasmo nuklidów trwałych,
kolor beŜowy – nuklidy promieniotwórcze.
W przypadku cięŜszych nuklidów wzrasta nadmiar neutronów.
Dla liczby atomowej Z 83 (bizmut) nie istnieją trwałe nuklidy
Fizyka jądrowa - cechy jądra atomowego
Izotopy - jądra o tej samej
liczbie Z.
Izobary - jądra o tej samej
liczbie A.
Izotony - jądra zawierające
jednakowe
(…)
… i
Wheelera
Fizyka jądrowa – reakcje jądrowe
Reakcje jądrowe:
•kontrolowane – reaktor jądrowy
•niekontrolowane – bomby atomowe
Reakcja łańcuchowa
Rozszczepienie 1 jądra cięŜkiego –
wprowadzenie kilku neutronów –
rozszczepienie kolejnych jąder –
wyzwolenie następnych neutronów itd.
•Wydzielenie bardzo duŜej energii
•Zastosowanie U235 (mniejsza energia aktywacji – łatwiejszy proces
rozszczepienia)
Uran naturalny – 0,7% U235 (wzbogacanie do 20%)
•Zastosowanie moderatorów – wyzwolone neutrony mają energię 0,7 MeV (neutr.
term. 0,025eV); Moderator – spowalniacz neutronów np.woda bo zawiera duŜo jąder
wodoru czyli protonów (mp~=mn)
Fizyka jądrowa – reakcje jądrowe
•Podtrzymywanie reakcji łańcuchowej –
powielanie neutronów (współczynnik
powielania neutronów k = stosunkowi liczby
neutronów powstałych…
… odpowiadający czterem
okresom połowicznego zaniku.
− λt
Fizyka jądrowa – promieniotwórczość naturalna
Rodzaje promieniowania jądrowego:
• α - strumień jąder helu
A
Z
X→ A −−42Y + 4 He
Z
2
rozpad α
• β - strumień elektronów lub pozytonów E > 10 [MeV]
A
Z
0
−1
X→ ZA1Y + −0 e + ν
+
1
e
- elektron
1
0
A
Z
0
+1
e
rozpad βν
- antyneutrino
n →1 p + −0 e + ν
1
1
X→ ZA1Y + +0 e + ν
−
1
rozpad β+
- pozyton…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)