Atomové jádro

Komentáře

Transkript

Atomové jádro
Stavba atomu: Atomové jádro
Výzkum struktury hmoty: Historie
„Jen zdánlivě existuje hořké či sladké, chladné či horké, ve skutečnosti
jsou pouze atomy a prázdno.“
Démokritos, 460–370 př. n.l.
Henri Becquerel
1852–1908
Ernest Rutherford
1871–1937
objev radioaktivity (1896)
objev atomového jádra (1911)
a protonu (1918)
Joseph J. Thomson
1856–1940
James Chadwick
1891–1974
objev elektronu (1897)
objev neutronu (1932)
Standardní model elementárních částic
Elementární částice
bosony
g, g, Z0, W±, H
fermiony
leptony
kvarky
existují samostatně
tvoří složené částice – hadrony
e, m, t, ne, nm, nt
u, c, t, d, s, b
Interakce
gravitační (?): nejslabší, univerzální interakce
slabá (Z0, W±): způsobuje b+ a b- přeměnu
silná (g - gluon): působí mezi kvarky
elektromagnetická (g – foton): působí
mezi částicemi s elektrickým nábojem,
zprostředkovává chemickou vazbu
Stavební částice atomu
elektron (e)
proton (p = uud)
neutron (n = udd)
Elektromagnetická interakce – elektrické pole
Elektrické pole náboje o velikosti q1
E (r ) 
q1 r
4π 0 r 3
intenzita elektrického pole
 (r ) 
q1 1
4π 0 r
elektrický potenciál
0  8,854188.10-12 F m-1 permitivita vakua
r  x, y , z 
E  Ex , E y , Ez 
r  x2  y 2  z 2
    
E  -  ,- ,- 
 x y z 
Síla působící na náboj o velikosti q2 v poli E
Fe (r )  q2E (r ) 
q1q2 r
4π 0 r 3
Coulombův zákon
x
+
Potenciální energie náboje o velikosti q2 v poli E
qq 1
V (r )  q2 (r )  1 2
4π 0 r
r
+
Fe
–
y
Elektromagnetická interakce – magnetické pole
Magnetické pole náboje o velikosti q1 a rychlosti v1
B (r ) 
q1 v1  r
4π 0c 2 r 3
Magnetická indukce – Biotův-Savartův zákon
c = 2,998.108 m s-1 rychlost světla ve vakuu
Síla působící na náboj o velikosti q2 pohybující se rychlostí v2 (Lorentzova síla) v poli B
Fm (r )  q2v 2  B(r ) 
q1q2 v 2  v1  r 
4π 0c 2
r3
Magnetický moment náboje o velikosti q rotujícího po kružnici o poloměru r
kruhovou rychlostí v
1
μ  qr  v
2
m
v
r
+
Potenciální energie magnetického momentu m v magnetickém poli B
V (r )  - μB(r )
Elementární částice mají “vnitřní rotaci” – spin, která, jsou-li nabité, vytváří
spinový magnetický moment.
Stavební částice atomu
částice
Klidová
hmotnost (u)
Elektrický
náboj (e)
Spinový magnetický
moment (10-27 J.T-1)
Poločas
rozpadu (s)
proton
1,007
1
14
>1042
neutron
1,009
0
–10
886
elektron
5,486.10-4
-1
–9285

Atomová hmotnostní jednotka:
Elementární elektrický náboj:
u  1,660539.10-27 kg
e  1,602176.10-19 C
Stavba atomu
protony a neutrony (výjimka 1H – jen proton), tvoří většinu hmotnosti atomu,
ale zaujímá jen zanedbatelný objem (průměr jádra ~ 10 -15 m)
elektronový obal: zaujímá většinu objemu atomu (průměr atomu ~ 10-10 m)
atomové jádro:
A
Z
Z
N
A
X
protonové číslo (počet protonů v jádře)
neutronové číslo (počet neutronů v jádře)
nukleonové číslo (A = Z + N)
Podmínka elektroneutrality: Z = počet elektronů, Z proto určuje proto elektronovou
konfiguraci, a tím i chemické vlastnosti atomu
prvek
nuklid
soubor atomů se stejným Z
soubor atomů se stejným Z i A – různé nuklidy téhož prvku se nazývají
izotopy a mají podobné chemické vlastnosti
Izotopy vodíku: 1H protium, 2H=D deuterium, 3H=T tritium
Přitažlivá interakce mezi nukleony v jádře – silná interakce (g)
Vazebná energie jádra
hmotnostní úbytek (defekt):
m  Zmp  ( A - Z )mn - m( ZA X)
Relativistický jev – důsledek ekvivalence
hmotnosti a energie.
2
vazebná energie jádra: E j  mc
vazebná energie na jeden nukleon:
j 
Ej
A
vyjadřuje stabilitu jádra
nejstabilnější jádra – oblast triády železa
1eV  1,602.10-19 J
Radioaktivní rozpad (přeměna) a radioaktivní záření
Rozpad: :
záření:
jádra 4He
A
Z
X  AZ--42Y  24
A
Z
X  Z A1Y  -10b
elektrony
b+:
A
Z
X  Z -A1Y  10b
pozitrony (antičástice elektronu)
g:
A
Z
X*  ZA X  00g
fotony o vysoké energii (l < 10-10 m)
b–:
Pronikavost: <b–,b+<g
Radioaktivní záření má energii postačující k vyražení elektronu z elektronového obalu
atomu (ionizující záření).
Detekce: Geiger-Müllerovy detektory, scintilační detektory
Rozpady b+ a b–:
n  p   e -  n~e
p  n  e n e
Poločas rozpadu
t1/2 – čas, za který dojde u daného jádra k přeměně s pravděpodobností 0,5, tzn. čas, za
který se přemění polovina z počátečního množství jader
1.00
N(t) / N(0)
t / t1/ 2
1
N (t )  N 0  
 N 0 e - lt
2
ln 2
l
rozpadová konstanta
t
0.75
0.50
1/ 2
0.25
0.00
0
1
2
t / t1/2
3
4
5
dN (t )
 lN (t )
dt
Stabilita jader
lehké prvky: N/Z
~ 1 stabilní
>1 b– zářiče
<1 b+ zářiče
těžké prvky: N/Z
~ 1,5 stabilní
>1,5 b– a  zářiče
<1,5 b+ zářiče
Příklady radioaktivních rozpadů
U23490Th   , t 1 / 2  4,468.109 a
238
92
14
6
C147 N  b - , t 1 / 2  5730 a
137
55
Cs137
56 Ba  b , t 1 / 2  30, 23 a
131
53
I131
54 Xe  b , t 1 / 2  8,02 d
11
6
C115 B  b  , t 1 / 2  20,38 min
60
28
-14
Ni*60
s
28 Ni  g , t 1 / 2 ~ 10
Rozpadové řady
thoriová
neptuniová
uranová
aktiniová
A
4n
4n+1
4n+2
4n+3
 …  208Pb
237Np  …  205Tl (umělá)
238U  …  206Pb
235U  …  207Pb
232Th
Rozpadové řady
thoriová řada
neptuniová řada
uranová řada
Jaderné reakce
Jaderné reakce:
a) transmutace: (n,p), (n,), (,n), (,p), (d,n), (d,p) a další
b) záchyt neutronu
c) štěpení těžkých jader – jaderná energetika
d) slučování lehkých jader (jaderná fúze) – probíhá v jádrech hvězd
Příklady:
a)
b)
b)
c)
(n,p): 14N + n  14C+ p
(n,): 17O + n  14C+ 
(,p): 14N +   17O+ p
136Xe + n  137Xe + g
235U + n  89Kr + 144Ba + 3n
p+pd+b
d + p  3He + g
Účinný průřez jaderných reakcí závisí na kinetické energii částic, kterými jsou jádra
ostřelována.

Podobné dokumenty

Vlastnosti atomového jádra

Vlastnosti atomového jádra nerozpadlých jader, N0...počátační stav, λ...přeměnová konstanta

Více

RADIOAKTIVITA: Přirozená radioaktivita:

RADIOAKTIVITA: Přirozená radioaktivita: ¾ Objevil ji r. 1896 francouzský fyzik Henri Becquerel u solí uranu. ¾ Podrobněji radioaktivitu zkoumali manželé Marie Curie Sklodowská a Piere Curie a v roce 1898 objevili další radioaktivní prvky...

Více

I m

I m Zřejmě půjde o pole vektorové •Existuje přitažlivá i odpudivá síla Existuje existuje + a – mgt. náboj? NE! Když se magnet jakéhokoli tvaru nebo velikosti rozdělí, každá vzniklá část má vždy oba „ná...

Více

221 21 MAGNETICKÉ POLE Lorentzova síla, Ampérův zákon

221 21 MAGNETICKÉ POLE Lorentzova síla, Ampérův zákon Již skutečnost, že se jako základní charakteristika základních částic látky s ohledem na magnetické jevy uvádí tzv. magnetický moment (a ne např. magnetický "náboj") nasvědčuje tomu, že elementární...

Více

Dodatečné příklady - příklady, které nejsou ve skriptech

Dodatečné příklady - příklady, které nejsou ve skriptech VI. 4. Porovnejte: gravitační, elektrickou a magnetickou sílu v případě atomu vodíku. Potřebná data: gravitační konstanta je rovna 6,7 × 10−11 N⋅m2/kg2, permitivita vakua 8,9 × 10−12 F/m, rychlost...

Více

Historická geologie

Historická geologie • 238U  206Pb, 235U  207Pb, 232Th  208Pb (velmi staré nerosty, poměr 206Pb, 207Pb 208Pb a 204Pb) • 40K  40Ar (muskovit, silikáty) • 87Rb  87Sc • 14C  12C (organické látky, tis. let)

Více

Niels Bohr 1885–1962 Bohrův model atomu Max Born 1882–1970

Niels Bohr 1885–1962 Bohrův model atomu Max Born 1882–1970 Orbitální magnetický moment elektronu Pohybu („rotaci“) elektronu v orbitalu přísluší určitý moment hybnosti, a tím i magnetický moment, jehož velikost a směr závisí na l a ml

Více