A Tömegspektrométer elve AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve. Az atommag komponensei:

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A Tömegspektrométer elve AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve. Az atommag komponensei:"

Erika Fülöp
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 AZ ATOMMAG FIZIKÁJA Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve Az atommag komponensei izotópok Tömeghiány, kötési energia, stabilitás Magerők Magmodellek Az atommag stabilitásának tényezői A Tömegspektrométer elve Vq = ½ mv 2 (mv 2 )/r = qvb m = (r 2 B 2 q) /(2V) vagy m/q=(r 2 B 2 ) /(2V) Radioaktivitás ( oldal) A radioaktív bomlás törvényszerűségei A radioaktív sugárzások módjai A radioaktív bomlási sorok Az atomenergia hasznosítása Vereb György DE OEC BSI, 2010 Az atommag szerkezete Az atommag komponensei: protonok (Z = rendszám) neutronok (N) összefoglaló néven: nukleonok Ezek olyan nehéz részecskék (hadronok, ezen belül barionok), melyek viszonylag stabilak, és önállóan is megfigyelhetők A korábbi elképzeléssel szemben nem oszthatatlanok, kvarkokból és gluonokból épülnek fel A proton tömege 1%-al kisebb mint a neutroné ATE = atomi tömeg egység, 12 C tömege / 12 Az atommagok összetétele, izotópok tömegszám: A=N+Z Izotóp atommagok (azonos protonszám) Izobár atommagok (azonos tömegszám) Izotón atommagok (azonos neutronszám) Az atommag komponenseinek megismerését a következő felfedezések (is) előmozdították: Béta sugárzás - elektron Alfa sugárzás hélium atommag (2 proton, 2 neutron)

sugárzások módjai A radioaktív bomlási sorok Az atomenergia hasznosítása Vereb György DE OEC BSI, 2010 Az atommag szerkezete Az atommag komponensei: protonok (Z = rendszám) neutronok (N) összefoglaló

Néhány ismertebb izotóp, izotópeffektus Tömeghiány, kötési energia, stabilitás Tömegdefektus m= Zm p +(A-Z)m n -m(a,z) E= mc 2 Kötési energia: E= [Zm p +(A-Z)m n -m(a,z)]c 2 Izotópeffektusok:

2 Néhány ismertebb izotóp, izotópeffektus Tömeghiány, kötési energia, stabilitás Tömegdefektus m= Zm p +(A-Z)m n -m(a,z) E= mc 2 Kötési energia: E= [Zm p +(A-Z)m n -m(a,z)]c 2 Izotópeffektusok: Eltérések a fizikai és kémiai tulajdonságokban egy elem izotópjai, vagy azok vegyületei között Atom- vagy molekulatömeg különbsége miatt (hőmozgás, eltérő mozgás erőtérben, egyéb mechanikai tulajdonság) Molekulán belüli tömegeloszlás különbsége miatt (színképeltolódás, intermolekuláris kölcsönhatások, reakcióképesség, reakciósebesség) Egy nukleonra eső kötési energia a tömegszám függvényében Az atommag spontán átalakulásainak iránya Magerők tulajdonságai bomlás fúzió Egy nukleonra eső kötési energia a tömegszám függvényében ( erős kölcsönhatás Π mezon = Pion ) Vonzó erők (meghaladja a Coulomb erőket) Töltéstől függetlenek Hatótávolságuk kb. egy nukleonnyi Átmenet a centrális erők és a tenzor erők (pl. mágneses erő) között

tulajdonság) Molekulán belüli tömegeloszlás különbsége miatt (színképeltolódás, intermolekuláris kölcsönhatások, reakcióképesség, reakciósebesség) Egy nukleonra eső kötési energia a tömegszám

Magmodellek, az atommag stabilitása Folyadékcsepp-modell az atommag sűrűsége a nukleonok számától független - E köt ~ A (térfogat) - E köt ~ 1/A 2/3 (felületi feszültség) - E köt ~ 1/Coulomb - E köt

3 Magmodellek, az atommag stabilitása Folyadékcsepp-modell az atommag sűrűsége a nukleonok számától független - E köt ~ A (térfogat) - E köt ~ 1/A 2/3 (felületi feszültség) - E köt ~ 1/Coulomb - E köt ~ 1/Pauli (A-Z) Héjmodell α,γ és (β+ν) : mind kvantált! protonok és neutronok külön héjakra töltődnek mágikus számoknál stabilitás (lezárt héjak) (neutron- vagy protonszám: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) Az atommag stabilitása N/Z arány növekszik Több páros Z mint páratlan Több páros N mint páratlan Több páros A mint páratlan Proton szám Neutronszám Stabil izotópok száma Páros Páros 141 Páratlan Páros 45 Páros Páratlan 51 Páratlan Páratlan 5 1/eN 0 Radioaktivitás A radioaktív bomlás törvényszerűségei N/N 0 =e -λt =e -t/τ λ: bomlási állandó Élettartam: τ=1/λ Ennyi idő alatt csökken 1/e (é-ad) részére (37%) a bomlatlan magok száma Felezési idő: T 1/2 = ln2/λ= ln2 τ Ennyi idő alatt csökken felére a bomlatlan magok száma Radioaktivás Fizikai és biológiai felezési idő fizikai effecktív biológiai Felezési idő: T 1/2 = ln2/λ λ eff = λ fiz + λ biol 1/T eff = 1/T fiz + 1/T biol τ time

protonok és neutronok külön héjakra töltődnek mágikus számoknál stabilitás (lezárt héjak) (neutron- vagy protonszám: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) Az atommag stabilitása N/Z arány növekszik Több páros Z

4 Radioaktivitás α: (He mag), tömegszámváltozás: -4, rendszámváltozás: -2 A radioaktív sugárzások módjai α: (He mag), tömegszámváltozás: -4, rendszámváltozás: -2 vonalas spektrum β: tömegszámváltozás: 0, rendszámváltozás: -1 vagy +1 folytonos spektrum 1. β + (p n,ν, β + ) (β + + β - 2 γ foton) 2. β - (n p,ν, e - ) 3. K-befogás (p + e - n, ν, rtg/auger elektron) γ: tömegszámváltozás: 0, rendszámváltozás: 0, α, β-hoz társulva elektromágneses sugárzás, vonalas spektrum β: tömegszámváltozás: 0, rendszámváltozás: -1 vagy β + (p n, ν, β + ) 2. β - (n p, ν, e - ) 3. K-befogás (p + e - n,ν, rtg/auger elektron) A K befogás kísérő jelenségei

K-befogás (p + e - n, ν, rtg/auger elektron) γ: tömegszámváltozás: 0, rendszámváltozás: 0, α, β-hoz társulva elektromágneses sugárzás, vonalas spektrum β:

5 β részecske folytonos energiaspektruma β - részecske és anti-neutrino energiájának összege állandó A radioaktív bomlási sorok Urán-rádium (4n+2) 238 U 206 Pb, T 1/2 =4.5x10 9 év Tórium (4n) 232 Th 208 Pb, T 1/2 =1.41x10 10 év Urán aktínium (4n+3) 235 U 207 Pb, T 1/2 =0.71x10 9 év Neptúnium (4n+1) 237 Np 209 Bi, T 1/2 =2.14x10 6 év Természetben nem fordul elő! Radioaktív egyensúly λ 1 N 1 = λ 2 N 2 Nukleáris hasadás termikus neutronokkal LÁNCREAKCIÓ A reakció lehet: - szubkritikus (kevesebb mint egy n vesz részt új reakcióban az előzőben keletkezett n-ok közül) - kritikus (a keletkezett n közük átlagosan egy indít új reakciót) - szuperkritikus (több mint egy n minden egyes reakcióból új reakciót vált ki) atomrobbanás

6 ATOMERŐMŰ

Hasonló dokumentumok

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve Az atommag komponensei Izotópok Tömeghiány, kötési energia, stabilitás Magerők Magmodellek Az atommag stabilitásának