Budowa atomu - siły jądrowe

Budowa atomu - siły jądrowe
Dotąd:siły grawitacyjne F ~ 1/r2, słabe
siła Coulomba
F ~ 1/r2, znacznie silniejsze
Teraz siły jądrowe
F ~ krótkozasięgowe, b. duŜe
(ciąg dalszy
F ~ r?, kwarki)
Dlaczego musimy wprowadzić siły jądrowe:
bo jak wyjaśnić trwałość jądra helu? (i reszty tablicy
układu okresowego pierwiastków)
m(p)=m(n)=1830m(e)
p
n
F(pp)=F(np)=F(nn)
e
Budowa atomu – notacja (Z, M)
Nr
Z=p=1
nazwa
1H1 n=0
wodór
(n
p stabilny?, n: 25min
(1/6700) 1H2 n=1 deuter
(ślad)
1H3 n=2 tryt
Z=p=2
2He3 n=1 hel-3
2He4 n=2 hel
(cząstka α to He++)
M
1
1
m
1,00783
1,00867)
2
3
3
4
2,01410
3,01605
3,01603
4,00260
Budowa atomu – notacja (Z, M)
Nr
nazwa
M
m
2He5 n=3
5
5,0122?
Z=p=3
3Li6 n=3 lit
6
6,01703
Z=p=6
6C12 n=6 węgiel
12
12
6C14 n=8 węgiel
14
14,00324
(definicja, 1jam=masa(węgiel)/12=931.5MeV, E=mc2)
(C14 promieniotwórczy, datowanie)
...
Z=p=92
92U235
T=0,102·1010 lat
0,7%
Z=p=92
92U238
T=0,652·1010 lat
99,3%
wiek Ziemi 10·109 lat, (Wszechświata 15·109 lat)
Energia reakcji jądrowych
energia wiązania (około 8MeV)
E(He4)=E(n)+E(n)+E(p)+E(p)-Q/4
4,0026=2·1,00867+2·1,00783 – 0,0304·931,5MeV
fuzja, próg reakcji
H2
+
H2 He3
+ n + 3,24MeV
2,01410+2,01410 3,01605+1,00867+0,00348·931,5MeV
H2
+
H2 He4
+ 23,8MeV
2,01410+2,01410 4,0026 +0,0256·931,5MeV
rozszczepienie
92U235 + 0n1 n + n + 54Xe140 + 38Sr94 + 200MeV
Rozpad promieniotwórczy
promieniotwórczość naturalna, 4 rodziny promieniotwórcze
4n+3: 92U235 (0,102·1010 lat) 2α4 + 90Th*231+Q
4n+2: 92U238(0,652·1010 lat) 2α4 + 90Th*234+4,25MeV
4n+1: 93Np237(0,0003·1010 lat)
4n+0: 90Th232(2·1010 lat)
prawo rozpadu promieniotwórczego
N (t ) = N 0 ⋅ e
− λ ⋅t
T=
log 2
λ
Promieniowanie α,β,γ
Z M
energia
α
+2 4
monoenergetyczne
β+
+1 0
0..max neutrino ν
β-1 0
0..max neutrino ν
γ
0 0
monoenergetyczne
pochłanianie promieniowania γ
uwagi
elektron?
I ( x) = I 0 ⋅ e − µ ⋅x
µ(E) = µf + µc + µp
µf
maleje z E
µc
wolniejsze malenie
µp
próg E=2mc2 = 1,02MeV
Schemat rozpadu cezu –
promieniowanie γ
55Cs137 (8%) β(1,18MeV) + 56Ba137
55Cs137 (92%)β(0,52MeV) + 56Ba*137
56Ba*137 γ(0,66MeV) + 56Ba137