Atommagok alapvető tulajdonságai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Atommagok alapvető tulajdonságai"

Gabi Halász
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Atommagok alapvető tulajdonságai Mag és részecskefizika 5. előadás 017. március 17.

2 Áttekintés Atommagok szerkezete a kvarkképben proton szerkezete, atommagok szerkezete, magerő Atommagok összetétele izotópok, izotóptérkép A magerők alaptulajdonságai Az atommagok kötési energiája, stabilitása A mágikus számok Az atommagok mérete, mérési módszerei

3 A proton belseje Kvarkok: RGB, nyugalmi tömeg 3-5 MeV Gluonok: keverék szín, 0 nyugalmi tömeg A proton nyugalmi energiájának nagy része nem nyugalmi tömeg

4 A proton belseje Konstituens kvark kvark + erős erőtér

5 A proton belseje Szín-mező Σci=fehér spinek is vannak

6 A proton élettartama Nem bomlik el legkisebb barion tovább nem alakul át barionszám megmaradás törvényével fejezzük ki Kvarkképben: kvarkok barionszáma1/3, kvarkszám megmaradás is fennáll év < T 1/

7 Több nukleon leírása a kvarkképben Fehér szín-mezők nem keverednek, de összeérnek Fehér objektumokat tudnak cserélni: π-mezon 1q oda 1 q vissza = qqoda = qq vissza magerő szemléletes képe a kvarkképben

8 A magerő a kvarkképben Mezoncsere fehér mikrorészecskék között

9 Keverjük össze a zsákok tartalmát Kvark-gluon-plazma

10 Magerő: másodlagos erős kölcsönhatás EM kcsh. Elektromos töltés Atomokon, molekulákok belül Semleges molekulák között foton kicserélés Van der Waals kcsh. Erős kcsh. Színek között hat Protonon belül Fehér részecskék között, fehér színmező kicserélés magerő

11 Magerő hatótávolsága mc energiát kölcsönveszünk a vákuumból h h hc 197MeVfm d = ct= cτ = c = = = = 1. 4 mc mc mc 140MeV fm Rövid hatótávolság Csak a szomszédos nukleonok között hat Az erős kcsh bezáró jellegű

12 A magerő első potenciálja Yukawa-potenciál A spinfüggést és szimmetria tulajdonságokat belevéve sokkal bonyolultabb V( r) α= k m m=0 Coulomb-potenciál = e r αr

13 Atommagok összetétele Z db proton, rendszám, izotópok N db neutron, izotónok A = Z + N tömegszám, izobárok Jelölés: A Z + X = Z N A X Kölcsönhatások: elektromágneses, erős, (másodlagos erős), gyenge Izotóp = általános atommag neve (nuklid)

14 Izotóptérkép

15 Izotóptérkép A magerő szemléletes tulajdonságai: Stabil atommagok (fekete) jobbra hajlik Nagy atommagoknál több neutron: proton proton taszítás párok között, magerő csak a szomszédok között Csipkés a széle Csatornák fekete részek között = páros neutronszámok stabilabbak Magerő párkölcsönhatás jellegű(páros ptl. számít) Spinfüggő(annak ellenére, hogy a π-mezon spinje 0)

16 Atommagok kötési energiája Végtelen távoli nukleonokból összegyúrjuk Mennyi energia szabadul fel Ez ki is sugárzódik, elveszik, a tömeg csökken E=mc precíz ellenőrzése és kísérleti alátámasztása E köt =(m-zm p -Nm n )c < 0 Az atommag tömegét tömegspektrométerrel lehet mérni, proton és neutron tömege megvan

17 Atommagok kötési energiája Egy nukleonra jutó kötési energia Az atommag stabilitását jellemzi

18 Atommagok kötési energiája Z=6 után kb. azonos a kötési energia nukleononként A proton-proton taszítás miatt csökken Magerő része = állandó magerők telítettek Minden nukleonnak megvan a maximális számú szomszédja Maximum a 6 Ni-nél van! Viszont csak 3,6% izotópgyakoriság A legkisebb tömegű: 56 Fe, de itt a magerő kevésbé erős

19 Atommagok stabilitása Radioaktív bomlás Kötési energia még negatívabb tud lenni, akkor átalakul az atommag Stabil atommagok völgye (fekete) Negatív energiájú (kötött) atommag sem stabil Pozitív energiájú atommag nem is létezik (izotóptérkép széle, rezonanciák)

20 Atommagok kötési energiája Neutron szeparációs energia S n =(m A -m A-1 -m n )c < 0

21 Stabil izotópok száma, 8, 0, 50 = Z-nél kiugróan sok van Páros számú rendszámnál jóval több van

22 Mágikus számok Neutron szeparációs energia ugrásszerűen leugrik Több stabil izotóp van Kötési energia lokálisan kiugróan nagy Magyarázat: Lezárt proton és neutron héjak vannak az atommagokban Szimmetrikusak = gömbszimmetrikus atommagok Kvadropol-momentumuk közel 0 Következmény: Magerő közel átlagteret alakít ki!

23 Atommagok mérete Nagyenergiájú elektronszórás anomális Rutherford-szórás müonatomokkarakterisztikus röntgensugárzása neutronok elnyelődése

24 Atommagok mérete Ekvivalens magsugár egyenletes sűrűségű R sugarú gömb általános sűrűségű atommag 3 ( R 5 r r) dv = egyenletes ρ r = r ρ( r) dv = REQ Azon egyenletes sűrűségűgömb sugara, melynek <r >-a azonos az adott sűrűségeloszlás <r >-val. 3 5

25 Atommagok mérete Nagyenergiájú elektronszórás Elektron hullámhossza SLAC gyorsító Stanford, 1953 dσ dσ ( ϑ) = ( ϑ) F( q) dω dω Mott ρ(r r ) Hofstadter, R., et al., Phys. Rev. 9, 978 (1953).

26 Atommagok mérete Nagyenergiás elektronszórás értelmezése A sűrűség állandó az atommagok közepénél ez az állandóa stabil atommagoknál meg is egyezik diffúz széle van R EQ =1,fmA 1/3 az atommagok sűrűségeloszlását jól leírja a Woods-Saxon-alak R.D. Woods and D.S. Saxon, Physical Review 95, (1954). ρ 0 ( ) = r r a r 0 1+ ρ e

27 Atommagok mérete Müonatomok karakterisztikus röntgensugárzása

28 Anomális Rutherford-szórás Ha ϑ<ϑ 0 azaz b>b 0 akkor nem érnek össze az atommagok Rutherford-szórás szögeloszlását kapjuk ϑ>ϑ 0 esetén levágást tapasztalunk v u ϑ ϑ 0 Adott szögben mérve a szóródott alfa-részecskéket, egyre nagyobb bombázó energiákon egyszer csak egymáshoz ér a két atommag szóródási szög E α >0MeV, hogy hozzáérjen a céltárgyhoz bombázó energia

29 Anomális Rutherford-szórás A legkisebb megközelítés fele centrális ütközésben legkisebb megközelítéskor perdület: mur=mbv energia: mv Z Z ke a a Z Z ke mv = = r amv v r b m r Z Z ke mu mv = + = = = 0 b a tg b ar r ϑ + = + + = + + = + + ± = ) / sin( ) / sin( ) / cos( ϑ ϑ ϑ a a a b a a b a r Mechanikában tanultuk

30 Anomális Rutherford-szórás R EQ =a(1+1/sin(ϑ 0 /)) Sok mérés alapján: R EQ =1,4fm A 1/3 Atommag térfogata: V=4/3πR 3 =V 0 A Nukleonok egyenként azonos térfogatot foglalnak el

31 Atommagok mérete, összefoglalás Elektronszórás r 0 =1,fm Nukleáris-szórás r 0 =1,4fm Különbség: kölcsönhatás = elektromos vagy nukleáris elektromos magsugár < nukleáris magsugár neutronbőr

Hasonló dokumentumok

Elemi részecskék, kölcsönhatások. Atommag és részecskefizika 4. előadás március 2.

Elemi részecskék, kölcsönhatások Atommag és részecskefizika 4. előadás 2010. március 2. Az elektron proton szóródás E=1MeVλ=hc/(sqrt(E 2 -mc 2 )) 200fm Rutherford-szórás relativisztikusan Mott-szórás E=10MeVλ