Transcript Slajd 1
Nuclear physics Rozpady jąder, promieniotwórczość, reakcje rozszczepiania i syntezy jąder Co trzyma w całości atom i dlaczego nie rozpada się jądro? p 14 N p Odpychanie el.stat. protonów w jądrze Rodzaje oddziaływań Oddziaływanie Względna wartość Jądrowe silne ~1 Cząstki przenoszące oddziaływanie Występowanie 8 gluonów Jądra atomów Elektromagnety czne ~10-3 Fotony Warstwy atomów, urządz. elektr. Jądrowe słabe ~10-5 Bozony Rozpady radioaktywne Grawitacyjne ~10-38 Grawitony(?) Ciała niebieskie Rozmiary jąder - eksperymenty Rutherforda Mikroskop Blok z ołowiu Ekran fluorescencyjny Próbka polonu Złota folia Do czego przydała się tu mechanika klasyczna (prawo Newtona)? Masy jąder - spektrograf masowy Źródło Czy jądro (atomu) można zważyć? Stanford Linear Accelerator Laboratory (SLAC) in California To nie są ślady Obcych… We wnętrzu akceleratora Komora pęcherzykowa Binding energy for atom and for nucleus 1 eV=10-19 J I.D. pierwiastka (jądra) Liczba masowa (protony + neutrony) Liczba atomowa (protony) A Z X A jednak się rozpada… promieniotwórczość naturalna Tor Rad Radon Polon Ołów Szeregi promieniotwórcze Układ okresowy pierwiastków Nuclear stability Dlaczego (jądro się rozpada) ? E mc 2 c 3 10 m / s 2 8 Co „siedzi” w masie jądra? Energia przyciągających się nukleonów: E m 2 c ujemna! E Eo Ep Masy składników Energie oddziaływania składników Mass deffect m X Z m H (A Z) m n A Z 1 1 1 0 m X Z mprotonu (A Z) mneutronu A Z m Z mprotonu (A Z) mneutronu m X A Z Nomenclature… Energy of the composite object + energy expended to split it up = sum of the energies of the separate parts after the split Energy of the composite object = sum of the energies of its parts - energy needed to split the object apart Physicists call the "energy needed to split the object apart" its binding energy Mass of bound system = sum of masses of its parts (binding energy)/c2 Binding energy per nucleon (+) Energia odziaływania na jeden nukleon…. (-) Energia na nukleon w MeV Dlaczego przy naturalnych rozpadach nie obserwuje się emisji pojedynczych nukleonów? Odp.:E b (A) E b (A 1) Neptun239..???..Uran238 neutron 7.5MeV 239 7.51MeV 238 1792.5MeV 1787.38MeV E Eo Eb Dlaczego nie obserwuje się emisji cząstek lżejszych niż jądro helu (cząstka α)? Podobnie: E b (A) E b (A 2) E b (2) E b (A) E b (A 3) E b (3) Dla A>140 zachodzi relacja: E b (A) E b (A 4) E b (4) E Eo Eb Dlaczego pierwiastki o A>140 jeszcze się nie rozpadły? E 0 (A) E b (A) E 0 (A 4) E b (A 4) E 0 (4) E b (4) ( Z 2)2e 2 r czyli: Dodatnia (!) energia kulombowskiego odpychania jądra (A-4) i cząstki alfa E b (A 4) E b (4) E b (A) ( Z 2)2e r 2 Nierówność ta spełniona jest dopiero dla r większych od pewnej granicznej wartości r(A) Siła Coulomba „hamulcem” (!!!) rozpadów Kulombowska bariera Reakcje (przemiany) jądrowe można wymuszać - rozszczepienie uranu 235 Zysk energii z rozpadu Prawie to samo, ale inaczej pokazane… Reakcja łańcuchowa • • • • • Neutrony termiczne Kontrolowana reakcja łańcuchowa Lawinowa reakcja łańcuchowa Masa krytyczna Bomba atomowa i reaktor jądrowy charge face boron control rod hot gas graphite moderator reactor core fuel element channel heat exchanger concrete steel Cut away of a Magnox nuclear reactor B-10 + neutron cold gas Li-7 + alpha + energy Elektrownia atomowa How Nuclear Power Acts Pressurized Water Reactor Boilling Water Reactor Control the Nuclear Power Plant (Demonstration) Liquid-Metal Fast-Breeder Reactor Synteza deuter + tryt Porównanie! Proton-Proton Chain Collision The end Radiation and the human body Behaviour in electric & magnetic fields Penetration of matter