FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Prezentacja na temat: "FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych"— Zapis prezentacji:

1 FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych
Wykład 3 – Promieniotwórczość naturalna

2 promieniotwórczość

3 laboratorium Curie

4 ich troje (noblistów) 1903 – PC, MSC 1911 – MSC 1935 – FJ, IJC

5 Przemiany jądrowe rozpad  rozpad – rozpad + wychwyt K ()
przemiana  wewnętrzna konwersja

6 Przemiany jądrowe spontaniczne przypadkowe stała rozpadu 
stała czasowa okres połowicznego zaniku

7 Przemiany jądrowe aktywność – liczba rozpadów na jednostkę czasu:
jednostka - bekerel: dawna jednostka – kiur (aktywność 1g Ra)

8 Prawo rozpadu Proces statystyczny – zmiana (ubytek) jąder proporcjonalny do całkowitej liczby jąder N oraz do czasu t.

9 Prawo rozpadu warunki początkowe: średni czas życia: stała rozpadu

10 Prawo rozpadu Aktywność źródła: mierzymy aktywność

11 Pomiar stałej rozpadu ln A/A0 t1/2 2t1/2

12 Prawo rozpadu Ile jąder zostanie? Czas połowicznego zaniku:

13 Przemiany jądrowe Proces statystyczny – liczba jąder, które ulegną rozpadowi w czasie T1/2 fluktuuje wokół wartości N0/2 fluktuacje statystyczne fluktuacje względne

14 Datowanie promieniotwórcze

15 Przemiana  Jądro wzbudzone przechodzi do stanu podstawowego pozbywając się energii wzbudzenia. przemiana   wewnętrzna konwersja e

16 widmo energetyczne dyskretne: h = Ei - Ef
Przemiana  przemiana  jest procesem wtórnym – następuje po procesach prowadzących do wzbudzenia jądra (zderzenie, rozpad  lub ) widmo energetyczne dyskretne: h = Ei - Ef  jądro macierzyste jądro pochodne energia: kilka, kilkanaście MeV

17 Przemiana  czas życia stanu wzbudzonego:  = 10-16 - 10-15 s
izomeria jądrowa – bardzo długie czasy życia stanu wzbudzonego Procesem konkurencyjnym do emisji kwantu  jest proces wewnętrznej konwersji – energia wzbudzenia jądra jest przekazywana bezpośrednio elektronowi z powłoki bliskiej jądra (K lub L) i elektron wylatuje z atomu. współczynnik konwersji:

18 Przemiana  Pełny opis przejść radiacyjnych w jądrach daje elektrodynamika kwantowa. Dla przejścia między dwoma stanami jądra o określonym spinie i parzystości: musi być spełniona zasada zachowania momentu pędu i parzystości. spin kwanu gamma - 1 ħ zakaz przejścia 0  0 Całkowity moment pędu L unoszony przez kwant  - multipolowość przejścia

19 Multipolowość – dipol elektryczny
+ - E E po zastosowaniu operacji parzystości Elektryczne promieniowanie dipolowe (E1) zmienia parzystość stanu.

20 Multipolowość – dipol magnetyczny
Magnetyczne promieniowanie dipolowe (M1) nie zmienia parzystości stanu.

21 Multipolowość – kwadrupol elektryczny
Elektryczne promieniowanie kwadrupolowe (E2) nie zmienia parzystości stanu.

22 Multipolowość ogólnie: zmienia parzystość: E1, M2, E3,…itd.
przejście E przejście M ogólnie: zmienia parzystość: E1, M2, E3,…itd. Zasada zachowania całkowitego momentu pędu: dla danych spinów jądra Jp i Jk dopuszczone są tylko pewne wartości polowości przejść radiacyjnych

23 T1/2 [s] energia kwantów [MeV] 10-15 1 10-5 10-10 105 1010 1015 0,01
0,02 0,05 0,1 0,5 0,2 2 5 E1 M1 E2 M2 E3 M3 E4 M4 E5 M5 energia kwantów [MeV] T1/2 [s]

24 Przykłady gdy parzystości stanów różne gdy parzystości stanów jednakowe dominujące przejście 3+ 2-  Prawdopodobieństwo emisji szybko maleje ze wzrostem polowości.

25 Izomeria jądrowa 230 keV 5+ 0+ 2+ +  Rozpad  ze stanu wzbudzonego.

26 28Al – produkcja: 27Al (n, ) 3+ detektor: 3” x 3” (2Na I) 2+
t1/2 = 2.24 min E = 4.84 MeV 1,78 0+

27 29Al 3.06 (00.0%) 2.43 (06.3%) 2.03 (03.8%) 1.27 (89.0%) t1/2 = 6.56 min E = 3.87 MeV produkcja: 29Si (n, p) 5/2+ – 5/2+ detektor: 3” x 3” (2Na I) 3/2+ 5/2+ 3/2+ 1/2+

28 schemat rozpadu (kobalt)
6027Co 6028Ni 0+ 2+ 4+ 5+ 1 2 E1 = keV E2 = keV  100%

29 Rozpad  parcjalne czasy życia:  241Am 237Np A-4Z-2Y AZX 1 2 3 I
1 2 3 1 2 3 parcjalne czasy życia:

30 Rozpad  Korelacja między czasami życia a energiami cząstek  logT1/2
logE logT1/2 Korelacja między czasami życia a energiami cząstek 

31 Rozpad  energie cząstek  : < 10 MeV
czasy życia: od 10-6 s do 1017 s r Bz ze – ładunek emitowanej cząstki stany związane Dla cięższych jąder i cząstek  wysokość bariery ponad 20 MeV. Klasyczny opis – emisja czastki  niemożliwa!

32 Rozpad  G. Gamov (1904 – 1968) – opis kwantowy:
cząstka  istnieje wewnątrz studni potencjału cząstka  opisywana funkcją falową może przenikać barierę potencjału w zjawisku tunelowania r V E prawdopodobieństwo emisji: ze wzrostem E maleje wykładnik – silnie rośnie prawdopodobieństwo Rin Rout