Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése"

Márta Borosné
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése Mag és részecskefizika 1. előadás Február 17.

2 A félév tematikája 1. Mikrorészecskék felfedezése 2. Kvark gondolat bevezetése, béta-bomlás, neutrínóhipotézis 3. Elemi részecskék standard modellje 4. Erős kölcsönhatás, színek, gluonok 5. Atommagok alapvető tulajdonságai 6. Atommag modellek 7. Radioaktivitás minőségi leírása 8. Radioaktivitás időbeli leírása 9. Töltött és gamma részecskék kölcsönhatása az anyaggal 10. Neutron-és neutrínódetektorok 11. Detektorok típusai 12. Maghasadás, természetes radioaktivitás

3 Mag és részecskefizikai kutatások MeV atommagok 0,1-1 GeV 5 GeV 5 TeV n, p, Λ, Ω, π, K? mikrorészecskék elemi részecskék a standard modellen túl

4 Mag és részecskefizikai kutatások

5 Alkalmazott nukleáris kutatások Nukleáris szilárdtestfizika Részecskegyosító fejlesztések Nukleáris orvostudomány Nukleáris környezetfizika Atomreaktorok működése Nukleáris energetika Anyagtudomány Sugárvédelem

6 Történelmi kísérletek Fizika 4 aranyéve Rutherford: alfa és béta-sugárzás Villard gamma-radioaktivitás Rutherford: az alfa-bomlás azonosítására 1907 Rutherford-szóráskísérlet 1911 Rutherford: ingadozó aktivitás azonosítása Chadwick: Neutron felfedezése 1932 Anderson: a pozitron felfedezése 1932 Neddermayer: müonok felfedezése 1937

7 A fizika 4 aranyéve 1895 William Conrad Röntgen A röntgensugárzás felfedezése A1 Technikai újdonság: Geissler-féle szivattyú Keletkezése: fékezési sugárzás karakterisztikus röntgensugárzás Nature 53, (1896)

8 A fizika 4 aranyéve 1896 Henry Becquerel A2 Technika: véletlen + fotopapír + feketedés Az uránsók radioaktivitásából a gammasugárzást érzékelte megfeketedés gamma-sugárzás: atommag gerjesztett állapota megváltozik

9 A fizika 4 aranyéve 1897 J.J. Thomson Az elektron töltés/tömeg aránya Jelentősége: elfogadottá vált, hogy az elektron egy részecske, és nem hullám (G.P.)

A fizika 4 aranyéve 1898 Curie-házaspár A radioaktivitás forrásának meghatározása A3 Technika: kémiai recept arra, hogyan lehet a rádiumot kivonni az uránszurokércből

10 A fizika 4 aranyéve 1898 Curie-házaspár A radioaktivitás forrásának meghatározása A3 Technika: kémiai recept arra, hogyan lehet a rádiumot kivonni az uránszurokércből Jelentősége: radioaktív preparátumok előállítása, ettől kezdve megindult a kísérletezés vele Sugárvédelmi vonatkozások

folyamatosan hatótávolság Semleges részecskék

11 Rutherford: alfa-és béta-sugárzás Sugárzás és anyag kölcsönhatása Ionizáció Töltött részecskék folyamatosan hatótávolság Semleges részecskék néha-néha exponenciális intenzitás-csökkenés Technika: ZnS képernyő A4

12 Rutherford, Villard kísérletei A5 A6 Mágneses térben történő eltérülés Pályasugár Szcintillációs detektor Később ködkamra Paul Villard becsomagolta a forrást mágneses tér def: gamma sugárzás fotopapír

13 Rutherford: az alfa-bomlás azonosítása A7 Cél: Mi alkotja az alfa-sugárzást? Higanygőzzel teli légtér Kisülés Színképelemzés Emissziós vonalak öh: Nap színképében a fekete vonalak

14 Rutherford:ingadozó aktivitás azonosítása A8 Minta aktivitása az ajtó nyitogatásától függött detektor detektor detektor 40 detektált beütésszám/idő idő 40 detektált beütésszám/idő idő 40 detektált beütésszám/idő idő

15 Exponenciális bomlástörvény A detektált beütésszám/idő exponenciálisan csökkent def. Bomlási állandó Aktivitás is def. A=bomlások száma/idő Feltárja a radioaktivitás elemi tulajdonságait Függetlenek, bomlási állandó konstans N( t) A( t) = = N Ae 0 0 e λt λt

16 Rutherford-szóráskísérlet A9 Alfa-sugárzás + arany fólia (vékony) ZnS ernyő + mikroszkóp + edzett szem Várakozás Eredmény

17 Rutherford-szóráskísérlet A szóródás szögeloszlása (ϑ szög valószínűsége) pontszerű szórócentrumnak megfelelő: 1/sin 4 (ϑ/2) Az atommag méretére felső határ a legkisebb megközelítés távolsága E kin r= 1 2 Z Ehelyzeti = mv + 0= ,44MeVfm = 45,5fm 5MeV + α Z r Au ke 2 = 5MeV

18 Rutherford atommodellje Nincs benne neutron, nem ismeri az elemi részecskék többségét, Nem ismeri az elektronhullámot Az energia nem kvantumos benne De felismerte az atommag létét Az atommag mérete nagyon kicsi Meg lehet határozni az atommag töltését! (Adott szögbe szóródás valószínüségéből.) RBS

19 Hatáskeresztmetszet Magfizikai reakciók valószínűsége m 2 -ben Valószínűség: p= σ/a Definíció: dn dt r I = σ jn = σ ρadx= c A σiρ dx Differenciális hatáskeresztmetszetek

20 A proton mint atommag alkotórész A10 Blackett 1923 Ködkamra

21 Ködkamra Expanziós ködkamra Diffúziós ködkamra

22 Atommag-modell 1. Proton az egyik alkotórész! Az atomok tömegét Aston a tömegspektroszkópiai mérésekkel meghatározta Rutherford-kísérlet a tömeg az atommagban van 14 N tömege 14x a H tömegének 14 proton van az atommagban, de csak 7 elektron van az atomhéjon: ezért az atommag töltése 7+, kell bele még 7 negatív töltés: 7 db e! Atommag: A db proton, A-Z db elektron (Nem mazsolás kalács! Az atommodell volt, és abban folytonos pozitív töltésű anyag volt feltételezve) Ez sem jó! 14 N spinje ebben páratlan: 14+7 db ½ de valójában 1-es spinű. (További kérdés, hogy miért nem esik szét az a sok proton, miért marad egy kupacban?)

sugárzás A11 1932 Irene Joliot-Curie: ha ez a sugárzás paraffinra esik, Akkor

23 A neutron felfedezése James Chadwick Nem elég a proton? 1931: Bothe, Becker: újfajta, minden eddiginél nagyobb áthatolóképességű sugárzás A Irene Joliot-Curie: ha ez a sugárzás paraffinra esik, Akkor nagy energiájú protonok lépnek ki! Neutron 1932 Új kcsh = magerők Chadwick megmérte a neutron tömegét!

24 A pozitron felfedezése A Anderson (Cal Tech) ködkamra kozmikus sugárzás 1300 db fénykép pozitrónium PET Antihidrogén Kozmikus sugárzás antirészecske: tömeg azonos, töltés ellentétes

25 Elektron-pozitron párkeltés Párkeltés - annihiláció

26 Pozitron-annihiláció

27 Müon felfedezése A13 Anderson és Neddermayer 1936 Street és Stevenson mE r= qb R>5cm R(proton,1MeV) 2cm

28 Müon tulajdonságai Elektronnál 210-szer nagyobb a tömege Erősen ionizálja a közeget Vastag nyomokat hagy a ködkamrában Felezési ideje 2,2 µs Forrás a kozmikus sugárzás Kicsi a fékezési sugárzása A Föld felszín alá le tud jutni több száz méterre

Pi-mezonok felfedezése A14 1947 Powell, Lattes fotoemulzió (Ag) hegytető kozmikus sugárzás mc 2 150 MeV π + π π - µ + µ

29 Pi-mezonok felfedezése A Powell, Lattes fotoemulzió (Ag) hegytető kozmikus sugárzás mc MeV π + π π - µ + µ µ keletkezés: - protonok ütközése atommagokkal. e + e - hamar elbomlik müonra, a pálya megtörik: láthatatlan részecskék

Hasonló dokumentumok

Kvarkok. Mag és részecskefizika 2. előadás Február 23. MRF2 Kvarkok, neutrínók

Kvarkok. Mag és részecskefizika 2. előadás Február 23. MRF2 Kvarkok, neutrínók Kvarkok Mag és részecskefizika. előadás 018. Február 3. A pozitron felfedezése A1 193 Anderson (Cal Tech) ködkamra kozmikus sugárzás 1300 db fénykép pozitrónium PET Antihidrogén Kozmikus sugárzás antirészecske: