Атомска и нуклеарна физика

Transcript

1 Атомска и нуклеарна физика Физика 2008 Структура материје Демокрит: добро наоштримо нож и почнемо да рецкамо материју шта ћемо видети? Физика

2 Развој представа о атому чврсте лопте (440 BC-904 АC), Леукип и Демокрит пудинг са шљивама (904-9) - Томсон нуклеарни модел (9-93), Радефорд планетарни-орбитални (93-930), Бор модел електронских облака (926- данас), Физика Радефордов експеримент Физика

3 Радефордов експеримент са металном фолијом Физика Физика

4 Физика Радефордов модел атома Већи део атома је празан простор. Већи део масе атома као и наелектрисање се налазиуцентруатома Физика

5 Шта не ваља код Радефордовог модела? Привлачење негативних електрона и позитивног језгра. Зрачење је континуално. Проблем је што није континуално у пракси зраче се одређене боје, то бар сви знамо!!!! Физика Борове идеје-планетарни модел Електрони се крећу око језгра по стабилним орбитама и при том не емитују зрачење. Електрон на таквој (стабилној) орбити има одређену енергију. dopuštene putanje elektroni Jezgro Физика

6 Енергија се зрачи када електрони прелазе са више орбиту на нижу Физика Физика

7 Енергија се емитује као фотон енергије која је тачно једнака енергијској разлици нивоа hf = E E initial final Физика Водоник ињегов отисак прста Физика

8 Модел електронских облака s * Број уз слово је тзв. главни квантни број (n) који одређује запремину атомске орбитале у којој је вероватноћа налажења електрона максимална на Боровом радијусу је максимум. 2s * Са порастом n расте и запремина атомске орбитале, а тиме и удаљеност електрона од језгра Физика s * Одговарајуће орбитале обележавају се ознакама које представљају почетна слова речи за линије у спектралним серијама l = 0 s ( sharp отшра ) l = ) p ( principal - главна l= 2 d ( diffuse -дифузна) l = 3 f ( fundamental-основна) Физика

9 Нуклеарна физика и радиоактивност Физика Структура језгра Језгра се карактеришу бројем нуклеона: неутрони (неутралне честице) ипротони(p =.6x0-9 C). је томски број: = Z N Нотација за описивање језгара: Z X 4 = 6 Елементи су дефинисани бројем протона, Z Атоми који имају исти број Z а различит број се зову изотопи (различит број неутрона а исти број протона) Физика C 9

10 Атомска јединица масе као енергијска јединица (u) Ајнштајнова једначина E = mc 2 даје везу између масе и енергије! Може да се искористи и за изражавање атомске јединице масе у енергијским јединицама! u =.66 0 E = mc 2 = 27 E(u ) = 93.5Mev; kg; ev = (.66 0 kg)( 3 0 m / s) u = 93.5MeV / c J;MeV M_proton = u = MeV M_neutron = u = MeV M_electron = u = 0.5 MeV Физика = = = J 0 J 3 J; Димензије језгра и густина r = r r = 0 /3 5 (.2 0 ) fm = 0, 5 Димензијајезграјередавеличинефемтометра (ферми) 0-5 m, док је величина атома 0-0 m (ангстрем). m m Већи атоми имају већи радијус језгра, али према горњој формули, радијус расте спорије од атомског броја! Физика /3, 0

11 Густина језгра Да би се проценила густина језгра, треба израчунати запремину језгра и масу па направити однос! Како је радијус језгра пропорционална трећем корену атомског (масеног) броја А, густина језгра различитих елемената ће бити независна од атомског броја. M r = V ρ = = u 5 /3 (.2 0 m) / 3πr = 4 / 3π(.2 0 m) u / 4 / 3π(.2 0 m) = kg / m = Физика Да ли су језгра стабилна? Силе између нуклеона у језгру: Одбојна Кулонова сила између протона Привлачна јака нуклеарна сила (краткодометна сила радијус дејства је неколико fm) Јака сила не утиче на електроне: опада рапидно са растојањем N=Z Физика

12 Откриће радиоактивности Парче уранијума које је у мрачној просторији озрачило филм. Радиоактивност је на тај начин открио 896. године Henri Becquerel (оставио је уранов оксид на омот неразвијеног филма у фиоци.) Добио је Нобелову награду за ово откриће 903. године Физика Сан алхемичара 98. Радефорд је извео прву нуклеарну реакцију у лабораторији. Алфа честицама је бомбардовао азот и претворио га у кисеоник Физика

13 Радиоактивност Алфа (α) распад: језгро се распада кроз емитовање алфа честице језгра хелијума. Бета (β) распад: емитовање или захватање високоенергетских eлектрона од стране језгра. Гама (γ) распад: језгро емитује фотоне γ-decay Бета (β ) распад: емитују се позитрони. 4 2 He Када језгро доживљава радиоактивни распад, маса система опада и та разлика у маси се ослобађа као енергија! Ово је базирано на Ајнштајновој једначини: E=( m)c 2! Физика Поређење зрачења: Разне врсте зрачења заустављају различити материјали Физика

14 Пошто имају различите карактеристике (наелектрисање, маса,...) различито се понашају у магнетном пољу Физика Алфа распад Алфа распад: језгро се распада кроз Z X 4 емитовање алфа честице He Z Z X > Y α У алфа распаду укупан број протона и неутрона остаје као и пре реакције! Масени број језгра потомка је за четири мањи од језгра претка. Уранијум U доживљава алфа распад! Физика

15 β, β - распад и електронски захват β - - распад Z X Z Y e ν e 0 n p e ν e β - распад e - - захват Z Z X Z Y e X e Z ν e Y ν e p 0 p e n e 0 ν e n ν e У β (β ) распаду, eмитују се електрони и позитрони разних енергија (уз неутроне и електронске неутрине (антинеутрине означени цртом изнад ознаке ν e )) Физика γ-распад Гама распад: емитују се фотони. Уњему, побуђена језгра прелазе у ниже енергијско стање C 4 7 N* N * e 4 7 N γ ν e Акојезгродоживљаваα-, β- или γ-распад, маса система опада а разлика у маси се рефлектује као ослобођена енергија : E = ( m)c 2! Физика