Rut-12 Jadrowa, WAT, I sem. Energetyka, Fizyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Slajd 1Fizyka jądrowabudowa jądra atomowegoprzemiany promieniotwórczereakcje jądroweSlajd 2Podstawowe pojęciajądra atomowe (nuklidy) dzielimy na:– trwałe (stabilne)– nietrwałe (promieniotwórcze)42Hejądro składa się z nukleonów:– protonów– neutronówAZXmp= 1.672·10-27kgmn= 1.674·10-27kgA=4Z=2N=2oznaczenie nuklidu–Aliczba masowa (liczba nukleonów)–Zliczba atomowa (protonów)–Nliczba neutronów (N =A-Z)Slajd 3około 300 trwałychponad 1000 promieniotwórczychIzotopyjądra atomów tego samego pierwiastka różniącesię masą nazywamy izotopamiizotopy mają jednakową liczbę protonów (Z =const.) zbliżone właściwości fizyczne i chemiczneizobary (A = const.), izotony (N = const.)Slajd 4Mapa znanych nuklidówliczba protonówjednakowa liczbaneutronówjednakowa liczba protonówaowak wadn oje asmzblicaliczba neutronówSlajd 5Porządkowanie nuklidówA = 198828180liczba atomowa Z79787776197Pbnuklidy promieniotwórcze199Pb43 min196Tl1,84 h195Hg9,5 h194Au39,4 h193Pt60 a192Ir73,8 d191Os15,4 d115198Pb2,4 h197Tl2,83 h196Hg0,15 %195Au186 d194Pt32,9 %193Ir62,7 %192Os41,0 %1161,5 h198Tl5,3 h197Hg64,1 h196Au6,18 d195Pt33,8 %194Ir19,2 h193Os30,5 h117200Pb21 min199Tl7,4 h198Hg10,0 %197Au100 %196Pt25,3 %195Ir2,8 h194Os6,0 a118201Pb9,33 h200Tl26,1 h199Hg16,9 %198Au2,69 d197Pt18,3 h196Ir52 s195Os6,5 min119202Pb53000 a201Tl72,9 h200Hg23,1 %199Au3,14 d198Pt7,2 %197Ir5,8 min196Os35 min120203Pb2,16 d202Tl12,2 d201Hg13,2 %200Au48 min199Pt30 min198Ir8s-121nuklidy trwałeliczba neutronów NSlajd 6Rozmiar jądraPromień jądraR≈1.2×10−15M A1 3()1 fermi = 1 fm = 10-15mObjętość jądra jest wprost proporcjonalna do liczby masowej AMasę jądra wyraża się w jednostkach masy atomowej u1 u = 1,661·10-27kg(1/12 masy atomu C)Liczba masowa A nuklidu równa się masie atomowej wyrażonej watomowych jednostkach masy i zaokrąglonej do liczby całkowitejJednostka masy atomowej jest równoważna energii 931,5 MeVE=Mc2E=M⋅931,5MeVSlajd 7Niektóre właściwości nuklidówNuklid Z1H7Li31P84Kr197AuN41648A173184Trwałość99,9%92,5%100%57,0%100%Masa[u]1,0087,01630,97483,911196,966Spin1/23/21/23/2EnergiawiązaniaMeV/N-5,608,488,727,9113153679 118 197Slajd 8Struktura materiiDoświadczenie Rutherforda (1911 r.) – rozpraszanie cząstekαprzezcienkie folie złota – odkrycie jądra i oszacowanie jego rozmiarówGęstość masy jądra nie zależy od jego rozmiarów i wynosi2,3 1017kg/m3(99,97% masy całego atomu)Slajd 9Defekt masyMasa M jądra jest mniejsza niż suma mas∑m tworzących je nukleonówdefekt masy∆m=∑m−M=Zmp+(A−Z)mn−M[]Energię wiązania jądra określamy jako energię spoczynkową defektu masyEw= ∆m c2=∑mc2−Mc2Całkowita energia wiązania jądra to praca potrzebna na rozłożenie jądrana jego składowe nukleony bez nadania im energii kinetycznej.Energię wiązania jest wygodną miarą trwałości jądra, choć lepiejpodawać energię wiązania przypadającą na jeden nukleon:EEwn=wAEnergią wiązania nukleonu nazywamy wielkość równą pracy potrzebnejna usunięcie danego nukleonu z jądra bez nadania mu energii kinetycznej.()Slajd 10Energia wiązania jądraEnergia wiązania na jeden nukleon (MeV)rozszczepienie•maksimum 8,7 MeV dla A = 60synteza•ostre maksima dla A = 4, 8, 12, 16jądra parzysto-parzyste•duża stabilność jąderz magiczną liczbą nukleonów(N lub Z) = 2, 8, 20, 28, 50Liczba nukleonów, A (liczba masowa)Slajd 11Parzystość, a trwałość nuklidówLiczbaRodzaj parzystości (Z-N) trwałychnuklidówparzysto-parzysteparzysto-nieparzystenieparzysto-parzystenieparzysto-nieparzyste161545042H,6Li,10B,14NUwagi87% masyZiemiSlajd 12Modele struktury jądraatomowegoKonieczność użycia modeli wynika z braku pełnej teoriioddziaływań silnych oraz potrzeby równoczesnegouwzględnienia oddziaływań wielu nukleonów.Kilkanaście modeli struktury jądra dzielimy na dwiepodstawowe grupy:modele cząstek silnie skorelowanych (ruch jednegonukleonu jestściśleskorelowany z ruchem innych)– model kroplowymodele cząstek niezależnych (nukleony poruszają sięniezależnie we wspólnym potencjale)– model gazu Fermiego– model powłokowymodel kolektywnySlajd 13Model kroplowywynika z dwóch faktów doświadczalnych– stałej gęstości materii w jądrze– prawie stałej energii wiązania w przeliczeniu na jedennukleon (około 8 MeV)obie powyższe własności są charakterystyczne dla cieczy –gęstość i ciepło parowania są stałe, niezależne od objętościsiły jądrowe są analogiem napięcia powierzchniowegojądro przypomina kroplę cieczy – jest kulą o promieniu A1/3nukleony poruszają się w jądrze w sposób chaotyczny i niemogą pozostawać w określonych stanach energetycznychdobrze opisuje rozpadαoraz rozszczepienie i syntezę jąderatomowychSlajd 14Model kroplowy - energiawiązania jądraempiryczna energia wiązaniaparzysta liczba nukleonówEw=E+E1+E2+E3+E4napięcie powierzchnioweodpychanie elektrostatycznepomiędzy protonamiwpływ liczby nukleonówna energię wiązaniaEw= αA− βA2− γEw= ∆mc23Z23A−ε(A−2Z)24A+ δA−3 4M=Zmp+(A−Z)mn− ∆mNa podstawie powyższych wzorów można wyznaczyć zdokładnością nie mniejszą niż 0,01% masę dowolnego atomuSlajd 15Model powłokowyzbudowany na wzór modelu atomu –nukleony poruszająsię niezależnie od siebie w potencjale będącym wynikiemoddziaływania jednego nukleonu ze wszystkimipozostałymiposzczególne nukleony mogą obsadzać kolejne poziomyenergetyczne zgodnie z zakazem Pauliegoich stany własne określone są za pomocą 4 liczbkwantowych: radialnej n, orbitalnej l, magnetycznej m,spinowej sneutrony posiadają piątą liczbę kwantową – izospin, stądoba rodzaje nukleonów tworzą własne powłoki o niewieleróżniących się energiach [ Pobierz całość w formacie PDF ]

Rut-12 Jadrowa, WAT, I sem. Energetyka, Fizyka

Tematy