ΕΡΓΑΣΗΡΘΟ ΠΤΡΗΝΘΚΗ ΦΤΘΚΗ ΘΘ

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΗΡΘΟ ΠΤΡΗΝΘΚΗ ΦΤΘΚΗ ΘΘ ΑΚΗΗ: ΜΕΣΡΗΗ ΣΗ ΕΝΕΡΓΕΘΑ ΤΝΔΕΗ ΔΕΤΣΕΡΟΝΘΟΤ ΚΑΘ ΣΗ ΜΑΖΑ ΣΟΤ ΝΕΣΡΟΝΘΟΤ ΟΝΟΜΑΣΕΠΩΝΤΜΟ: ΑΣΚΑ ΔΗΜΗΣΡΘΟ 1470 ΖΗΣΟΤΜΕΝΑ: Ελεργεηαθή βαζκοιογία ζπηλζερηζηή, εύρεζε από γ θαζκαηοζθοπία ελέργεηα ζύλδεζες δεσηερολίοσ, εύρεζε κάδας λεηρολίοσ Average bidig eergy per uleo - mass umber

2 ΘΕΩΡΗΣΘΚΗ ΕΘΑΓΩΓΗ Τν λεηξόλην καδί κε ην λεηξόλην ζπληζηνύλ ηνλ απινύζηεξν ππξήλα πνπ ππάξρεη ζηε θύζε, δειαδή ην δεπηέξην ν ππξήλαο πδξνγόλνπ είλαη ζηελ νπζία έλα πξσηόλην-. Τν άηνκν πνπ έρεη ηνλ ππξήλα ηνπ δεπηεξίνπ θαη έλα ειεθηξόλην νλνκάδεηαη δεπηεξόλην. Όπσο βιέπνπκε από ην δηάγξακκα Weizsäker ηνπ εμσθύιινπ ην δεπηέξην έρεη πεξίπνπ 1 MeV ελέξγεηα ζύλδεζεο αλά λνπθιεόλην πνπ ζεκαίλεη όηη έρεη ζπλνιηθή ελέξγεηα ζύλδεζεο MeV. Απηό ζεκαίλεη όηη αλ κε θάπνην ηξόπν δνζεί ζε ππξήλα δεπηεξίνπ MeV ελέξγεηα απηόο ζα δηαζπαζζεί ζηα ζπζηαηηθά ηνπ, δειαδή ζε πξσηόλην θαη λεηξόλην. Αθξηβέζηεξεο κεηξήζεηο έδεημαλ όηη ε ελέξγεηα ζύλδεζεο ηνπ δεπηεξίνπ είλαη: B ( ) MeV Ελ γέλεη ε ελέξγεηα ζύλδεζεο ελόο ππξήλα ηζνύηαη κε ηε δηαθνξά ηεο κεηξνύκελεο κάδαο ηνπ ππξήλα από ην άζξνηζκα ησλ καδώλ ησλ ζπζηαηηθώλ πνπ ηνλ απνηεινύλ, πνιιαπιαζηαζκέλε θπζηθά κε ηελ ηαρύηεηα ηνπ θσηόο ζην ηεηξάγσλν. Ο γεληθόο ηύπνο πνπ αθνξά ηνπο ππξήλεο είλαη ν εμήο: Ο αληίζηνηρνο γηα ηα άηνκα είλαη: d B( Z, A) [( Zm Nm m( Z, A)] B( Z, A) [( Zm Nm m( Z, A)] Η κάδα ηνπ πξσηνλίνπ αληηθαηαζηάζεθε κε απηήλ ηνπ Υδξνγόλνπ γηαηί έρνπκε ηώξα θαη Ζ ειεθηξόληα, αλ θαη ε ελέξγεηα ζύλδεζεο ησλ ειεθηξνλίσλ κε ηνλ ππξήλα κπνξεί λα ζεσξεζεί ακειεηέα. Τν δεπηεξόλην κπνξεί λα ζρεκαηηζηεί κε αξπαγή ζεξκηθνύ λεηξνλίνπ- 0.05eV - από πξσηόλην ζύκθσλα κε ηελ αληίδξαζε: p d, όπνπ ην γ έρεη ελέξγεηα.5 MeV, αθνύ απηή ε αληίδξαζε είλαη εμώζεξκε θαη ην δεπηέξην έρεη ζρεδόλ κεδεληθή θηλεηηθή ελέξγεηα. Η αληίζηξνθε δηαδηθαζία νλνκάδεηαη θσηνδηάζπαζε θαη όπσο είπακε πξνεγνπκέλσο θσηόλην κε απηή ηελ ελέξγεηα δηαζπάεη ην δεπηέξην. H p

3 ΠΕΘΡΑΜΑΣΘΚΗ ΕΡΓΑΘΑ Τν ζύζηεκα ηνπ ζπηλζεξηζηή πνπ έρνπκε κπνξεί λα κεηξάεη ηελ ελέξγεηα θσηνλίσλ πνπ εθπέκπνληαη από πεγή. Επνκέλσο ζα πξέπεη κε θάπνην ηξόπν λα δεκηνπξγήζνπκε ηελ αληίδξαζε p d, λα κεηξήζνπκε ηελ ελέξγεηα ησλ γ θαη ηόηε ζα έρνπκε ηελ ελέξγεηα ζύλδεζεο ηνπ δεπηεξνλίνπ. Γηα λα επηηύρνπκε ην παξαπάλσ επηιέγνπκε ζαλ πεγή πξσηνλίσλ πνπ ζα αξπάμεη ηα λεηξόληα ηελ ρεκηθή έλσζε παξαθίλε CH3CH CHR, γηαηί είλαη πινύζηα ζε πδξνγόλν. Ωο πεγή λεηξνλίσλ ζα πάξνπκε ηελ θιαζηθή πεγή ηνπ 41 Am. Τν 41 Am εθπέκπεη ππξήλεο 4 He θαη απηνί αιιειεπηδξνύλ κε ην 9 Be, ζύκθσλα κε ηελ αληίδξαζε: 9 Be 4 He 1 C. Εδώ λα πνύκε όηη επεηδή ηα ζσκάηηα α έρνπλ πνιύ κηθξή εκβέιεηα ην 9 Be είλαη ηπιηγκέλν γύξσ από ην 41 Am, έηζη ώζηε λα πξνιάβεη λα γίλεη ε αληίδξαζε. Είπακε πξνεγνπκέλσο όηη γηα λα ζπκβεί ε p d πξέπεη ηα λεηξόληα πνπ ζα αξπαρζνύλ λα είλαη ζεξκηθά. Όηαλ εθπέκπνληαη θαηά ηελ αληίδξαζε έρνπλ ζπλερέο θάζκα ελεξγεηώλ από 0 έσο 11 MeV. Θεξκηθά θαζίζηαληαη θαηά ηελ πξόζθξνπζή ηνπο ζηελ παξαθίλε. Να πξνζζέζνπκε όηη επεηδή ηα ζεξκηθά λεηξόληα είλαη ηδηαίηεξα βιαβεξά γηα ηνλ άλζξσπν γύξσ από ηελ πεηξακαηηθή δηάηαμε ηνπνζεηνύκε καλδύα Cd, ζηνηρείν ην νπνίν έρεη απνξξνθά έληνλα ηα λεηξόληα. Αθνύ κειεηήζακε ηελ πεηξακαηηθή δηάηαμε ζηε ζπλέρεηα θάλνπκε θαηά ηα γλσζηά ελεξγεηαθή βαζκνινγία ηνπ ζπζηήκαηνο, ώζηε λα κπνξέζνπκε αξγόηεξα λα ηαπηνπνηήζνπκε ην θαλάιη ζηελ άγλσζηε ελέξγεηα ηνπ θσηνλίνπ γ. Καηαξρήλ πεξηκέλνπκε εθ ησλ πξνηέξσλ κηα θσηνθνξπθή ζηα.mev πεξίπνπ επνκέλσο πξέπεη λα θαζνξίζνπκε θαηάιιεια ηελ ελίζρπζε, ώζηε απηή ε θνξπθή λα βξίζθεηαη εληόο ηνπ θάζκαηνο. Γηα ηελ ελεξγεηαθή βαζκνινγία ρξεζηκνπνηνύκε πεγέο γλσζηώλ ελεξγεηώλ ηόζν ρακειόηεξα όζν θαη πςειόηεξα από ηα. MeV, όπσο ηα Na, Cs, M, BI. Σηνλ παξαθάησ πίλαθα θαίλνληαη νη ελέξγεηεο ησλ θσηνθνξπθώλ ηνπο, θαζώο θαη ην θαλάιη ζην νπνίν αληηζηνηρνύλ. Η άγλσζηε θνξπθή εκθαλίζηεθε ζην θαλάιη 694. Εδώ λα ηνλίζνπκε όηη έγηλε ζηξνγγπινπνίεζε ζηελ ηηκή ησλ θαλαιηώλ, κηαο θαη δελ έρεη λόεκα δεθαδηθόο αξηζκόο θαλαιηνύ, θαζώο θαη όηη ην ζθάικα ζηα θαλάιηα είλαη.

4 ergy (KeV) Chael () ergy of photopeak (kev) Value rror a 11,057 13,9011 b 3,1156 0, Chael () Η επζεία ειαρίζησλ ηεηξαγώλσλ ηεο ελεξγεηαθήο βαζκνινγίαο δίλεηαη από ηνλ ηύπν: ( ) ( ) Όκσο δελ ζπλππνινγίζακε ην ζθάικα πνπ εηζάγνπλ ηα θαλάιηα. Από κεηάδνζε ζθαικάησλ έρνπκε b 3.11 Τειηθά παίξλνπκε ( ) ( ) Μπνξνύκε επνκέλσο ηώξα λα βξνύκε ηελ ελέξγεηα ηεο άγλσζηεο θσηνθνξπθήο: ( ) kev, ηηκή ε νπνία καδί κε ην ζθάικα ηεο βξίζθεηαη πνιύ θνληά ζηελ πεηξακαηηθά κεηξνύκελε ηηκή. Γηα ηελ αθξίβεηα ην ζθάικα καο από ηελ πεηξακαηηθά κεηξνύκελε ηηκή είλαη % 5

5 Σηε ζπλέρεηα, γλσξίδνληαο πηα ηελ ελέξγεηα ζύλδεζεο ηνπ δεπηεξίνπ ζα βξνύκε ηε κάδα ηνπ λεηξνλίνπ από ηνλ ηύπν B( d) ( m m m ) p d. Η κάδα ηνπ δεπηεξνλίνπ είλαη.014 amu, ελώ ε κάδα ηνπ πξσηνλίνπ θαη ε ελέξγεηα ζύλδεζεο.8 MeV, δειαδή 0,00448 amu. B( d) Έρνπκε m md [ mp ] θαη αλ ζεσξήζνπκε όηη δελ έρνπκε ζθάικα ζηε m κάδα ηνπ πξσηνλίνπ είλαη B B B Τειηθά έρνπκε m ( ) MeV ή m ( ) MeV Φπζηθά παξαηεξνύκε όηη δελ είλαη απηέο νη ηηκέο ηεο κάδαο ηνπ λεηξνλίνπ. Τν ζρεηηθό ζθάικα ζηε κέηξεζε ηεο κάδαο είλαη 0.043% ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ Σηελ νπζία βγάιακε δύν ηηκέο, κία γηα ηελ ελέξγεηα ζύλδεζεο ηνπ δεπηεξνλίνπ θαη άιιε κία γηα ηε κάδα ηνπ λεηξνλίνπ. Αλ θαη δηέθεξαλ νη ηηκέο καο από ηηο πεηξακαηηθέο, εηδηθά ζηελ πεξίπησζε ηνπ λεηξνλίνπ, ην ζρεηηθό ζθάικα δελ ήηαλ κεγάιν. Παξαθάησ θαίλνληαη ζπλνπηηθά ηα απνηειέζκαηα: Τηκέο από βηβιηνγξαθία Τηκέο από ην πείξακα Ελέξγεηα ζύλδεζεο (kev) Μάδα λεηξνλίνπ (MeV) Μάδα λεηξνλίνπ (amu)