alapvető tulajdonságai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "alapvető tulajdonságai"

Natália Dobos
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 A z a to m m a g o k alapvető tulajdonságai

2 Mérhető mennyiségek Az atommagok mérete, tömege, töltése, spinje, mágneses momentuma, elektromos kvadrupól momentuma

3 Az atommag töltés- és nukleon-eloszlása Rutherford szórás 10-1 cm R= r0 A 1/3 α-bomló magok R T1/ gyors neutronok, diffrakciós szórás σ= R π mμ =07me müon atomok gyors elektronok

4 Robert Hofstadter Az elektronokat többszáz MeV-es energiára gyorsítják. ami nagyságrendekkel meghaladja az elektron nyugalmi energiáját: m0c=0.51 MeV. E= pc m0 c pc D ℏ ℏ c 00 ƛ= = fm p E E MeV Δ p E ϑ q= = sin ℏ ℏc redukált hullámhossz tartozik; ez meghatározza, hogy adott E energiájú elektronokkal milyen felbontás érhető el, pl.: E = 100 MeV: = fm, E = MeV: = 0.01 fm.

5 Elektron-szórási kísérlet elrendezése E lektron-nyaláb θ E lektronspektrométer R ugalmasan sz órtelektronok R ugalmatlanul szórtelektronok Az elektron-spektrum A sz órtelektronenergiája

6 Differenciális szórási hatáskeresztmetszet σ(θ) cm/ sr E =40M ev

7 A Mott formula pontszerű atommagra: 4 cos Ze s M J = 4 E sin 4 J J E J 1 sin Mc [ ] Kiterjesztés véges méretű töltéseloszlásra s J = sm J ρ r e i q r 3 d r = sm J F q Gömbszimmetrikus töltés-eloszlásra: sinqr F q = ρ r dv qr

8 E=100 MeV-nél alacsonyabb energiájú szórás: 3 qr qr... sinqr 3! q F q = ρ r dv= ρ r dv= ρ r dv ρ r r dv= qr qr 6 q r négyzetes átlag-sugár r º ρ r r d v F(Q ) Exponenciális töltés-eloszlás rel=rmágn =0.8 fm 00 MeV 300 MeV 400 MeV 500 MeV 550 MeV Q

9 Nagy energiájú elektronok szórása Modell függvények alkalmazása. -paraméteres Fermi-féle sűrűségeloszlás ρf r = 0 / ρ ρ0 1 +e ρ t c r c z c+t/ S p 1, p,... = [ σ ϑ i σ M o d ϑ i ; 1p, p,... ] i

10 Modell-független kiértékelés l o gρ ρ (r) A Gauss-összeg módszer r fm 0 (r) 4 6 r fm Modell-független eljárással kapott ρ(r) töltéssűrűség-eloszlás a ± ρ(r) hibasávval

11 Fourier-Bessel eljárás F q = ρ r s i n q r d =v ρ r 0j q r d v qr inverz transzformáció: ρ r = F q j qr d q= q F q j 0 qr dq 0 3 π 0 π 0

12 A töltés-eloszlás mérések eredményei ρ (e/fm 3) Néhány mag töltés-sűrűség eloszlása

13 1/ 3 R st =r 0 Z st +N st =r 0 A st 1/ 3 dr (fm) 0. N =8 N =50 N =8 N = Z =8 50 Z =8 Z = A A töltés-sugár tömegszám-függésének finomszerkezete a stabilitási sáv mentén

14 Az atommag nukleon-eloszlása Totális neutron-hatáskeresztmetszetek mérés Neutron-forrás Detektor M inta Reakció Jel Szórás tnσ T I=I 0 e I0 1 st = ln tn I

15 Az atommag tömege 1 ev= Mv Mv evb= R M1 M = V V1 er B M= V

16 P e n n in g -c s a pda, g e o n iu m a t o m o k v e ω c= = B R M A P e nning -c s a p d a fe lé p íté s e : Felső elektróda ω m= ωc ωc 4 ωz Magnetron keringés Alsó elektróda Axiális oszcilláció B a proton tömegét relatív pontossággal sikerült meghatározni Ciklotron keringés

17 a 3 H é s 3 H e t ö m e g e k po n t o s s á g ú m é ré s e. E0 [M(Z)-M(Z+1)-mel ].c=eel +Eν+mνc

18 Mag-folyamatok energiamérlege A+B C+D (MA+MB)c+EA+EB=(MC+MD)c+EC+ED az elektromosan s e m le g e s neutron tömegének mérésére N+n 6 C+p Mp = MeV/c = me Mn = MeV/c = me

19 Az atommag kötési energiája Ek(Z,A)=[ZMp+(A-Z)Mn-M(Z,A)].c ε Z,A = Ek A A leválasztási (szeparációs) energia Sn=[Mn+M(Z,A-1)-M(Z,A)].c Sα=[Mα+M(Z-,A-4)-M(Z,A)].c

20 H e 6 N i 88 S r 96 M o O 1 C e Ca F 117 S n 138 B a 154 D y 11 B 7L i Pb 35 U E gy n u kleon raju tókötésien ergia 1.00 K ísérletib /A A = <B /A >~ 800keV /nukleon 14 N E lméletib /A Y b N= Elmélet / kísérlet (B/A) N -függés H e H 1000 Neutronszám, N E lmélet/kísérlet(b /A ) A-függés T ömegszám, A

21 A kötési energia fenomenológikus értelmezése B = v.a térfogati energia, v~15850 kev - s.a/3 felületi energia, s~18360 kev - c.z.(z-1)/a1/3 Coulomb-energia, c~7 kev - a.(a-.z)/a aszimmetria tag, a~30 kev + p.δ/a1/ párenergia, p~11985 kev δ= +1 páros Z, páros N atommagokra, 0 páratlan A=Z+N magokra, -1 páratlan Z, páratlan N esetén

22 Nukleon-stabilitási határok; a határ-magok tulajdonságai Z N Stabil magok, az ismert β-bomló magok és a nukleonstabilitás becsült határvonalai

23 A stabilitási határvonal menti atommagok kísérleti vizsgálata N ehéz-ionreakciók S palláció H asadás F ragmentáció A stabilitási sávon kívüli nuklidok előállítására szolgáló magreakciók

24 Milyenek a határvonal közelébe eső atommagok? Z Ne Proton halo Egy-neutron halo 17 F B C B 14 Be Be 11 Li 6 He 8 He Két-neutron halo N

25 Hatáskeresztmetszet mérő elrendezés T ermelõ céltárgy 9 (B e) 1 Cnyaláb 8 B +x... fragmentumok C éltárgy (B e, C,A l) P P A C 8 S i S i det H e zsák B P lasztik számláló 0.6m nyaláb V ákuum-kamra.1m

26 A neutron bőr R n R p 0.0 4R p Mérése az óriásrezonanciák gerjesztésével Majdnem tiszta neutronanyag az atommag felületén A nukleáris kölcsönhatás szimmetria tagjának pontosítása A neutron gazdag atommagok szerkezete A neutroncsillagok sugara

27 Óriásrezonanciák, eredmények a folyadékcsepp modellel ΔW=αA βa /3 γ Z ζ 1/ 3 A A/ Z A +δa 3/ 4

28 Az atommagok spinje és mágneses momentuma Az elektron spinje és mágneses momentuma e e μl = l μ s= s finomszerkezet m0 c m0 c Hiperfinom szerkezet az atommag spinje!!! e U ~ F F+1 J J+1 I I+1 1.) J>I I+1 vonal.) J<I intervallum szab.

29 Eltérítés inhomogén mágneses térben Stern (1933) µmag µelektron Proton Lorentz erő H atomok H orto- és parahidrogén H z

30 Rezonancia módszerek E=ℏ ω ~ μh A molekulasugár módszer (Rabi, 1939)

31 A mag-mágneses rezonancia abszorpció (NMR) Adó fokozat Vevő fokozat minta Állandó mágneses tér I/I0 ω

32 A neutron mágneses momentumának mérése Bloch (1940)

33 A proton és a neutron mágneses momentuma Dirac s=1/ eℏ μn = Mc free gs free gs p =5. 59 n = 3.83 A π-mezon elmélet??? g= p n π π

34 Az atommagok mágneses momentuma A páros-páros magok esetén 0 Tekintsük a páratlan tömegszámú magokat A Schmidt-féle egyrészecske-modell I=L+1/ és I=L-1/ közé eső értékek mind a proton mind a neutron gerjesztések esetén

35 Az elektromos kvadrupólmomentum A nem gömbszerű töltéseloszlás jellemzése Z Q λ= r λk Y 0λ θ k k=1 Q 0= ez a b 5 A kvadrupólmomentum mérése A hiperfinom felhasadás E ΔU= Q z

36 A kvadrupolmomentumokra kapott kísérleti eredmények Minimumok a mágikus számoknál

Hasonló dokumentumok

http://www.nature.com 1) Magerő-sugár: a magközéppontból mért távolság, ameddig a magerők hatótávolsága terjed. Rutherford-szórásból határozható meg. R=1,4 x 10-13 A 1/3 cm Az atommag terének potenciálja