Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Σχετικά έγγραφα
Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Μάθημα 5 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Μάθημα 2 α) QUIZ. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Μάθημα 2 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Ακήσεις #1 Μήκος κύματος σωματιδίων, χρόνος ζωής και ραδιοχρονολόγηση, ενεργός διατομή, μέγεθος πυρήνων

Μάθημα 2 α) QUIZ. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Μάθημα 2 α) QUIZ στην τάξη. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Μάθημα 2 Πείραμα Rutherford και μέγεθος πυρήνων, Πυρήνες-συμβολισμοί

Μάθημα 3α Ενεργός διατομή και μέση ελεύθερη διαδρομή

Μάθημα 2 Σχετικιστική μηχανική, μoνάδες, εκτίμηση μεγέθους ατόμων και πυρήνων, πυρήνες-συμβολισμοί

Ασκήσεις #1 επιστροφή 15/10/2012

Ασκήσεις #1 επιστροφή 11/11/2011

Ασκήσεις #1 επιστροφή 11/11/2011

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 1α Ενεργός διατομή αλληεπίδρασης σωματιδίων, μέση ελεύθερη διαδρομή σωματιδίου

Μάθημα 2-3 Σχετικιστική μηχανική, μoνάδες, εκτίμηση μεγέθους ατόμων και πυρήνων, πυρήνες-συμβολισμοί

Μάθημα 4 α) QUIZ στην τάξη β) Κοιλάδα β-σταθερότητας γ) Άλφα διάσπαση δ) Σχάση και σύντηξη

Μάθημα 5 Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Ενεργός διατοµή Χρυσός Κανόνας του Fermi

Μάθημα 2 α) QUIZ στην τάξη. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Μάθημα 2c Ενεργός διατομή, μέση ελεύθερη διαδρομή και ρυθμός διασπάσεων

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 1 Ενεργός διατομή αλληεπίδρασης σωματιδίων, μέση ελεύθερη διαδρομή σωματιδίου

Μάθημα 4 α) Άλφα διάσπαση β) Σχάση και σύντηξη

Μάθηµα 2 Πείραµα Rutherford και µέγεθος πυρήνων, Πυρήνες-συµβολισµοί

Πυρηνική και Στοιχειώδη Ι (5ου εξαμήνου) Eπανάληψη μέσω ασκήσεων #1 μέγεθος πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, η μάζα ως μορφή ενέργειας

Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Σ. Ε. Τζαμαρίας. Μάθημα 7 α-διάσπαση

Μάθημα 1 α) Ύλη, τρόπος διαβάσματος και εξέτασης β) Εισαγωγή στο αντικείμενο γ) Πείραμα Rutherford, μονάδες, χρόνος ζωής ενεργός διατομή και ορισμοί

Σχετικιστική Κινηματική

Μάθημα 1 α) Ύλη, τρόπος διαβάσματος και εξέτασης β) Εισαγωγή στο αντικείμενο γ) Πείραμα Rutherford, μονάδες, χρόνος ζωής ενεργός διατομή και ορισμοί

Μάθημα 12 α-διάσπαση

Μάθημα 3 Πείραμα Rutherford, ορισμοί, χρόνος ζωής ενεργός διατομή

Μάθημα 2 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 6β

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Χ. Πετρίδου. Μάθημα 9

Μάθημα 5 α) QUIZ στην τάξη β) Σχάση και σύντηξη γ) Πρώτο σετ ασκήσεων δ) β-διάσπαση (μέρος Α')

Μάθημα 3 α) QUIZ στην τάξη. Μέγεθος πυρήνα από μιονικά άτομα β) Μοντέλο σταγόνας: Hμιεμπειρικός τύπος Weitzecker Κοιλάδα β-σταθερότητας

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 15

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 7

Μάθημα 6 Μοντέλο σταγόνας: Hμιεμπειρικός τύπος Weitzecker Κοιλάδα β-σταθερότητας

Μάθημα 6 α) β-διάσπαση β) Χαρακτηριστικά πυρήνων, πέρα από μέγεθος και μάζα

Μάθημα 7 Διαγράμματα Feynman

Διάλεξη 1: Εισαγωγή, Ατομικός Πυρήνας

Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Τμήμα T2: Κ. Κορδάς & Δ. Σαμψωνίδης

Ο Πυρήνας του Ατόμου

Μάθημα 3 Αυθόρητη διάσπαση και χρόνος ζωής, Σκεδάσεις και Ενεργός διατομή

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 8

Μάθημα 5 α) β-διάσπαση β) Ασκήσεις

Μάθημα 7 α) QUIZ β-διάσπαση β) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό γ) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Ενεργός διατοµή Χρυσός Κανόνας του Fermi (a)

Μάθημα 5 Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : AΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ

Μάθημα 17 Σχάση, σύντηξη.

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 7: Οπτικό θεώρημα, συντονισμοί, παραγωγή σωματιδίων σε υψηλές ενέργειες

Μάθημα 3 Αυθόρητη διάσπαση και χρόνος ζωής, Σκεδάσεις και Ενεργός διατομή

Μάθημα 7 α) QUIZ β-διάσπαση β) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό γ) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Μάθημα Σχάση, σύντηξη.

Μάθημα 7 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Μάθημα 5 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Διάλεξη 6: Φυσική Ραδιενέργεια και πυρηνικές αντιδράσεις

Με διεθνή σύμβαση το 1961, καθιερώθηκε ότι 1 amu (atomic mass unit) είναι το 1/12 της μάζας του ουδέτερου ατόμου του άνθρακα 12 C, επομένως:

Μέγεθος, πυκνότητα και σχήμα των πυρήνων. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 6

Μάθημα 15 β-διάσπαση Α' μέρος (νετρίνα και ενεργειακές συνθήκες)

Πυρηνική και Στοιχειώδη Ι (5ου εξαμήνου) Επανάληψη μέσω ασκήσεων #2: Κοιλάδα σταθερότητας, ενέργεια σύνδεσης, φράγμα Coulomb

Μάθημα 15 β-διάσπαση B' μέρος (διατήρηση σπίν, επιτρεπτές και απαγορευμένες

Μάθημα 7 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15

Μάθημα 12, 13, 14 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

i. 3 ii. 4 iii. 16 Ε 1 = -13,6 ev. 1MeV= 1, J.

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 4: Οπτικό θεώρημα και συντονισμοί

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΤΑΞΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2003

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Μάθημα 7 & 8 Κβαντικοί αριθμοί και ομοτιμία (parity) ουσιαστικά σημεία με βάση το άτομο του υδρογόνου ΔΕΝ είναι προς εξέταση

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Ασκήσεις στην Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

γ-διάσπαση Διάλεξη 17η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Διάλεξη 11-12: Ασκήσεις στην Πυρηνική Φυσική

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΤΡΙΤΗ 22 MAIΟΥ 2007 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 20 ΜΑΪΟΥ 2015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 6α: Οπτικό θεώρημα και συντονισμοί

Ασκήσεις #2 Μέγεθος και Μάζα πυρήνα. Ενέργεια σύνδεσης και το Q μιάς αντίδρασης. Κοιλάδα σταθερότητας.

Μάθημα 14 β-διάσπαση B' μέρος

Διάλεξη 5: Αποδιέγερσεις α και β

ΘΕΜΑ Α. Ι. Οδηγία: Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 1γ: Επιταχυντές (α' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς

ΤΟ ΑΤΟΜΟ. ΔΗΜΟΚΡΗΤΟΣ [Η ύλη αποτελείται από πολύ μικρές αδιαίρετες και άφθαρτες μονάδες ΑΤΟΜΑ]

Μάθημα 10 & 11 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Πειραµατική Θεµελείωση της Φυσικής

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 14 ΙΟΥΝΙΟΥ 2000 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ

Μάθημα 6 Μοντέλο σταγόνας: Hμιεμπειρικός τύπος μάζας (ή τύπος του Weitzecker). Κοιλάδα β-σταθερότητας

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου. Μάθημα 4: Σκέδαση αδρονίων και O Xρυσός Kανόνας του Fermi

Ενότητα 4: Κεντρικές διατηρητικές δυνάμεις

Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 3 - Μέτρηση ορμής σωματιδίου - Ταυτοπίηση σωματιδίων

Transcript:

Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό 2017-18) Τμήμα T2: Κ. Κορδάς & Δ. Σαμψωνίδης Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Πυρηνική & Στοιχειώδη, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης, 11 Οκτωβρίου 2017

Σήμερα Μέγεθος των πυρήνων. Βιβλίο C&G : Κεφ. 4, έως και παρ. 4.3 Βιβλίο Ελευθεριάδη: Κεφ. 3 Σημειώσεις Πυρηνικής: Κεφ. 2 http://skiathos.physics.auth.gr/atlas/nuclear_physics/ Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 2

1. Σκέδαση Rutherford (=σκέδαση σημειακών σωματιδίων με δύναμη Coulomb) Βιβλίο C&G: παρ. 13.1 και Α.4, βιβλίο Χ. Ε: παράγραφος 3.3.3 ή το βιβλίο σας στη Γενική Φυσική V Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 3

Φορτισμένο σωματίδιο-βλήμα σκεδάζεται από ένα ακίνητο σωμάτιο: μεταβολή της ορμής του βλήματος Τροχιά γρήγορου σωματιδίου, ταχτητας υ, ενέργειας Ε, φορτίου ze b = impact parameter = παράμετρος κρούσης x=ut Ακίνητο σωμάτιο του υλικού διέλευσης, μάζας m R και φορτίου z' e Εξίσωση κίνησης: Δύναμη = Μεταβολή ορμής: Δp y = p T Μεταβολή ορμής κάθετα στην κίνηση Δεν έχουμε συνολική μεταβολή ορμής κατά τον άξονα κίνησης p T ~ 1/υ Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 4

Φορτισμένο σωματίδιο-βλήμα σκεδάζεται από ένα ακίνητο σωμάτιο: αλλαγή κατεύθυνσης βλήματος (1) p θ p Τ Απόδειξη: παράγραφος 13.2, και παράρτημα Α.4 Cottingham & Greenwood Απόκλιση από την αδιατάρακτη τροχιά του: - αντιστρόφως ανάλογη της ορμής του Aν το βλήμα είναι πρωτόνιο z=1, και αν ο στόχος έχει φορτίο z' = Z, τότε το βλήμα Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 5

Φορτισμένο σωματίδιο-βλήμα σκεδάζεται από ένα ακίνητο σωμάτιο: αλλαγή κατεύθυνσης βλήματος (2) Aν το βλήμα είναι πρωτόνιο z=1, και αν ο στόχος έχει φορτίο z' = Z, τότε το βλήμα Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 6

Φορτισμένο σωματίδιο-βλήμα σκεδάζεται από ακίνητο σωμάτιο: διαφορική ενεργός διατομή αλληλεπίδρασης (1) Aν το βλήμα είναι πρωτόνιο z=1, και αν ο στόχος έχει φορτίο z' = Z, τότε το βλήμα Η ολική ενεργός διατομή της αλληλεπίδρασης είναι η ενεργός επιφάνεια που παρουσιάζει ο στόχος στο πρωτόνιο, και αντιστοιχεί σε σκεδάσεις που προέρχονατι από περιοχή από κάποια ελάχιστη μέχρι κάποια μέγιστη παράμετρο κρούσης b Η dσ αντοιστιχεί σε σκέδαση προς στερά γωνία dω = 2π sinθ dθ (ολοκληρωμένη ως προς φ) Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 7

Φορτισμένο σωματίδιο-βλήμα σκεδάζεται από ακίνητο σωμάτιο: διαφορική ενεργός διατομή αλληλεπίδρασης (2) Aν το βλήμα είναι πρωτόνιο z=1, και αν ο στόχος έχει φορτίο z' = Z, τότε το βλήμα Η ολική ενεργός διατομή της αλληλεπίδρασης είναι η ενεργός επιφάνεια που παρουσιάζει ο στόχος στο πρωτόνιο, και αντιστοιχεί σε σκεδάσεις που προέρχονατι από περιοχή από κάποια ελάχιστη μέχρι κάποια μέγιστηπαράμετρος κρούσης b Προσέγγιση του sin(θ) με θ ΟΚ για μικρές γωνίες Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 8

2. Κατανομή φορτίου στον πυρήνα με σκέδαση ηλετρονίων (=σημειακών σωματιδίωνβλημάτων) Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 9

Κατανομή φορτίου στον πυρήνα (1) Ο πυρήνας Au ως σημειακό φορτίο (για ηλεκτρόνιο με Ε = 126 MeV) Ενεργός διατομή ανά μονάδα στερεάς γωνίας Γωνία σκέδασης Σκέδαση ηλεκτρονίων ευαίσθητα στην κατανομή των πρωτονίων Υπολογισμός: Πόση ενέργεια πρέπει να έχει ένα ηλεκτρόνιο ώστε να έχει μήκος κύμματος λ=6 fm? Πόση για λ=1fm? Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 10

Κατανομή φορτίου στον πυρήνα (2) Ο πυρήνας Au ως σημειακό φορτίο (για ηλεκτρόνιο με Ε = 126 MeV) Ενεργός διατομή ανά μονάδα στερεάς γωνίας Γωνία σκέδασης Ενεργός διατομή σκέδασης ηλεκτρονίων από σημειακό πυρήνα (a la Rutherford): dσ dω = Ζ Ζ e 1 2 4 E Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 11 2 2 Ζ 1 e = φορτίο βλήματος 1 sin 4 θ /2 (για ηλεκτρόνια, e :Z 1 = 1) Ε = ενέργεια βλήματος Ζ 2 e = φορτίο στόχου (πυρήνα). (για χρυσό, Au : Z 2 = 79) θ=γωνία σκέδασης του βλήματος Υπολογισμός: Πόση είναι η ενεργός διατομή ανά μονάδα στερεάς γωνίας (dσ/dω) για σκέδαση σε θ=90 ο, ενός ηλεκτρονίου σε χρυσό, με ενέργεια ηλεκτρονίου 126 MeV?

Κατανομή φορτίου στον πυρήνα (3) Ο πυρήνας Au ως σημειακό φορτίο (για ηλεκτρόνιο με Ε = 126 MeV) Ενεργός διατομή ανά μονάδα στερεάς γωνίας Γωνία σκέδασης Το πείραμα δείχνει απόκλιση από το μοντέλο του σημειακού πυρήνα και μάλιστα, όσο μεγαλύτερη η ενέργεια των ηλεκτρονίων τόσο μεγαλύτερη η απόκλιση, δηλ, τόσο λιγότερο σημειακός δείχνει ο πυρήνας με φορτίο Ζe μικρότερα και μικρότερα μήκη κύμματος κβαντικά φαινόμενα Απλό μοντέλο της πυκνότητας των πρωτονίων περιγράφει τα δεδομένα δείτε πρόβλημα 4.2 στο βιβλίο όπου δοκιμάζουμε κάποιες κατανομές φορτίου για να εξηγήσουμε την παρατηρούμενη ενεργό διατομή Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 12

Κατανομή φορτίου στον πυρήνα (4) Απλό μοντέλο της πυκνότητας των πρωτονίων περιγράφει τα δεδομένα: Πυκνότητα πρωτονίων (αριθμός ανά fm 3 ) R Ακτίνα, r (fm) ~4a Συνθήκη κανονικοποίησης (εφαρμογή κοινής λογικής στο μέτρημα): το ολοκλήρωμα της πυκνότητας ρ c h πρέπει να δίνει τον αριθμό των πρωτονίων, Ζ Ζ Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 13

Πυκνότητα πρωτονίων (αριθμός ανά fm 3 ) Κατανομή φορτίου στον πυρήνα (5) Απλό μοντέλο της πυκνότητας των πρωτονίων περιγράφει τα δεδομένα: R Ακτίνα, r (fm) ~4a Πυκνότητα φορτίου ~ σταθερή μέχρι ακτίνα R. Φλοιός με το ίδιο πάχος για κάθε στοιχείο (Φλοιός πάχους ~4α, με α~0.5 fm για όλους) Η πυκνότητα φορτίου όμως μικραίνει όσο μεγαλώνει ο πυρήνας: μεγαλύτερος πυρήνας περισσότερα πρωτόνια που απωθούνται και δεν θέλουν να είναι κοντά το ένα στο άλλο (κοιτάξτε y-άξονα για r=0) Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 14

3. Κατανομή φορτίου στον πυρήνα με μιονικά άτομα Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 15

Αλλος τρόπος μέτρησης κατανομής φορτίου: μιονικά άτομα (1) Αν αντί για κάποιο ηλεκτρόνιο, έχουμε ένα μιόνιο σε κάποια ατομική τροχιά, τότε το μιόνιο είναι πολύ κοντά (σημαντικό χρόνο μέσα ) στον πυρήνα, και αισθάνεται τις λεπτομέρειες της κατανομής φορτίου του πυρήνα οι ενεργειακές του στάθμες επηρεάζονται από την κατανομή φορτίου του πυρήνα οι ακτίνες Χ που ακτινοβολούνται από αποδιεγέρσεις ατομικών μιονίων συμφωνούν με κατανομή φορτίου σαν της προηγούμενης σελίδας Σημείωση: Το μιόνιο (μ) αρχικά είχε ονομαστεί μ μεσόνιο, ενώ αργότερα έγινε αντιληπτό ότι δεν έχει καμία σέση με μεσόνιο, όπως θα δείτε στα Στοιχειώδη Σωμάτια Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 16

Αλλος τρόπος μέτρησης κατανομής φορτίου: μιονικά άτομα (2) de Broglie Αν ηλεκτρόνιο είναι (στάσιμο) κύμα, δεσμευμένο στο άτομο, με λ = h/p, τότε: Στροφορμή = Κβαντισμένη!!! Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 17

Αλλος τρόπος μέτρησης κατανομής φορτίου: μιονικά άτομα (3) ακτίνα Bohr μιονίου μικρή Στροφορμή = r x p=mur=n ħ F =F κεντρομόλος Coulomb Σταθερά λεπτής υφής a= ħ c=197 MeV fm m c 2 =105 MeV E= 1 2 m u2 Z e2 r = 1 2 m u2 r = Z e2 r 2 r= e 2 ħ /m c m c 2 = 1 137 e2 =a ħ c Ενεργειακές στάθμες αν ο πυρήνας ήταν σημειακός, και το σωμάτιο m μόνο του: Z e 2 = 1 r 2 a2 Z 2 m c 2 n 2 Ενέργειες μεταπτώσεων δεκάδων MeV Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 18 ħ 2 m Z e 2 n2 r= ħ c a Z m c 2 n2 257 fm r= n 2 Z r 5 fm for Z =50 ~ μέσα στον πυρήνα! For n=1, m=0.511 MeV: E = -13.6 ev for Z=1 E = -34 kev for Z=50 For n=1, m=105 MeV: E = -2.8 kev for Z = 1 E = -7 MeV for Z=50

4. Κατανομή πυρηνικής ύλης (δηλ. και πρωτονίων και νετρονίων) στον πυρήνα με σκέδαση νετρονίων Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 19

Κατανομή πρωτονίων και νετρονίων (1) Με σκέδαση νετρονίων αλληλεπιδρούμε με την ισχυρή δύναμη, το ίδιο με όλα τα νουκλεόνια (πρωτόνια ή νετρόνια), κι έτσι αισθανόμαστε τα νουκλεόνια σε όλο τον όγκο του πυρήνα. Απλοϊκά (γεωμετρικά), με R=ακτίνα πυρήνα, r n = ακτίνα νετρονίου, θα είχαμε: σ~π(r+r n ) 2 Σωστά (από το οπτικό θεώρημα), με λ μήκος κύμματος νετρονίου: σ = 2π(R + λ) 2 R = σταθ. * Α 1 / 3 R 3 = σταθ. * Α 4/3 * π * R 3 = σταθ. * Α V = σταθ. * Α πυκνότητα νουκλεονίων ρ=a/v =σταθ. Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 20

Κατανομή πρωτονίων και νετρονίων (2) Ο όγκος του πυρήνα μεγαλώνει ανάλογα με το Α Ισχυρές δυνάμεις ανεξάρτητες φορτίου τα νουκλεόνια μοιράζονται σε όλον τον πυρήνα ρ n =N/V, ρ p =Z/V ρ n / ρ p = N/Z Ολική πυκνότητα ρ= ρ p + ρ n ρ = (Α/Ζ) * ρ p ρ p ρ=(α/ζ) * ρ p Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 21

Ίδια πυκνότητα για όλους τους πυρήνες ρ 0 = 0.17 νουκλεόνια / fm 3 ( πυρηνική πυκνότητα ) Μέγεθος πυρήνα Αφού η πυκνότητα είναι σταθερή (ρ = A/V = constant) σημαίνει ότι όσον αφορά στο μέγεθος, ο πυρήνας είναι σαν ένα σακουλάκι ( υγρή σταγόνα ) που ο όγκος του (V) είναι ανάλογος του αριθμού νουκλεονίων (A) που περιέχει: V = const * A R = R 0 * A 1 / 3 4 3 π R 3 =const A R 3 A R A 1 3 R=1.1 fm A 1 3 Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 22

Μέγεθος πυρήνα Au Ποιό είναι το μέγεθος ενός πυρήνα χρυσού (Au), με Α=197 σαν κι αυτούς που χρησιμοποιήθηκαν στη σκέδαση Rutherford? Γιατί λοιπόν δούλεψε το πείραμα και είδαμε σκεδάσεις σωματιδίων α από τους πυρήνες χρυσού? Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 23

Σχετικιστική κινηματική: Σχετικιστική κινηματική E = mc 2 = η ενέργεια πού έχω επειδή απλά και μόνο έχω μάζα m ενέργεια μάζα c = ταχύτητα του φωτός Η μάζα είναι μια μορφή ενέργειας γενικά, με κινητική ενέργεια Κ, έχουμε : E =Κ m c 2 E=m γ c 2, όπου γ = 1, και β= υ/c, με υ=ταχύτητα 2 1 β μ p=m γ υ =m γ β c,όπου p= ορμή σω ατιδίου E 2 = pc 2 m c 2 2 E [MeV], p [MeV/c], m [MeV/c 2 ] Σημ είωση: μ ε c = 1, γράφουμε : E 2 =p 2 +m 2, κλπ. Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 24

Μονάδες c= 3 10 8 m/s μ ονάδα ταχύτητας 1 μ ονάδα ενέργειας ev =1.6 10 19 Cb V =1.6 10 19 Joule Συνήθως χρησιμοποιούμε το MeV (= 10 9 ev) Σταθερά του Plank = h = ħ c=197 MeV fm, όπου ħ= h 6.626 x 10-3 4 J s 2π μ ονάδα δράσης ενέργειας χρόνου 1 α= e 2 e2 [mks ]= 4 πε 0 ħ c ħ c [cgs]= 1 137 α = η σταθερά λεπής υφής = 1/137 Θα χρησιμοποιούμε παντού: ev για ενέργεια (ή MeV στην πυρηνική), 1/4πε 0 = 1 σε όλους τους τύπους, και θα βάζουμε: e 2 =αħ c, όπου α=1/137 Μετράμε: ħ c=197 MeV fm Μάζα: MeV/c 2 (αφού Ε = mc 2 ) Ορμή: MeV/c (αφού p = mγβc) Χρόνο σε: 1/MeV (αφού η μονάδα δράσης = Ενέργεια * Xρόνος = 1) Μήκος σε: μονάδες χρόνου = 1/MeV (αφού η μονάδα ταχύτητας=1) 1 amu = 1/12 μάζας ουδέτρου ατόμου 12 C = 931.5 MeV/c 2 Mάζα ηλεκτρονίου = 0.511 MeV/c 2 Μάζα πρωτονίου = 938.3 MeV/c 2, Μάζα νετρονίου = 939.6 MeV/c 2 Α.Π.Θ - 11 Οκτ. 2017 Κ. Κορδάς - Πυρηνική και Στοιχειώδη 5ου - Μάθημα 4 : Mέγεθος πυρήνων 25