Stavba atomu: Atomové jádro

Transkript

1 Stavba atomu: tomové jádo

2 Výzkum stuktuy hmoty: Histoie Jen zdánlivě existuje hořké či sladké, chladné či hoké, ve skutečnosti jsou pouze atomy a pázdno. Démokitos, př. n.l. Heni Becqueel objev adioaktivity (896) nest Ruthefod objev atomového jáda (9) a potonu (98) Joseph J. Thomson objev elektonu (897) James Chadwick objev neutonu (93)

3 Standadní model elementáních částic lementání částice femiony bosony g, g,, W ±, H leptony kvaky existují samostatně e, m, t, n e, n m, n t u, c, t, d, s, b tvoří složené částice hadony Inteakce gavitační (?): nejslabší, univezální inteakce slabá (, W ± ): způsobuje b + a b přeměnu silná (g gluon): působí mezi kvaky elektomagnetická (g foton): působí mezi částicemi s elektickým nábojem, zpostředkovává chemickou vazbu Stavební částice atomu elekton (e) poton (p = uud) neuton (n = udd)

4 3 4π ) ( q 3 e 4π ) ( ) ( q q q F lektomagnetická inteakce elektické pole intenzita elektického pole elektický potenciál q 4π ) (,,,, z y x z y x z y x lektické pole náboje o velikosti q 8, F m pemitivita vakua Síla působící na náboj o velikosti q v poli Potenciální enegie náboje o velikosti q v poli q q q V 4π ) ( ) ( z y x,, Coulombův zákon x y F e + +

5 lektomagnetická inteakce magnetické pole Magnetické pole náboje o velikosti q a ychlosti v B( ) F m q 4π c ( ) q v v 3 B( ) Magnetická indukce BiotůvSavatův zákon c =, m s ychlost světla ve vakuu Síla působící na náboj o velikosti q pohybující se ychlostí v (Loentzova síla) v poli B μ q v V ( ) μb( ) qq 4π c v v 3 Magnetický moment náboje o velikosti q otujícího po kužnici o poloměu kuhovou ychlostí v Potenciální enegie magnetického momentu m v magnetickém poli B lementání částice mají vnitřní otaci spin, kteá, jsouli nabité, vytváří spinový magnetický moment. m + v

6 Stavební částice atomu částice Klidová hmotnost (u) lektický náboj (e) Spinový magnetický moment ( 7 J.T ) Poločas ozpadu (s) poton,7 4 > 4 neuton,9 886 elekton 5, tomová hmotnostní jednotka: lementání elektický náboj: u, kg e, C

7 Stavba atomu atomové jádo: potony a neutony (výjimka H jen poton), tvoří většinu hmotnosti atomu, ale zaujímá jen zanedbatelný objem (půmě jáda ~ 5 m) elektonový obal: zaujímá většinu objemu atomu (půmě atomu ~ m) X potonové číslo (počet potonů v jádře) N neutonové číslo (počet neutonů v jádře) nukleonové číslo ( = + N) Podmínka elektoneutality: = počet elektonů, poto učuje poto elektonovou konfiguaci, a tím i chemické vlastnosti atomu pvek nuklid soubo atomů se stejným soubo atomů se stejným i ůzné nuklidy téhož pvku se nazývají izotopy a mají podobné chemické vlastnosti Izotopy vodíku: H potium, H=D deuteium, 3 H=T titium Přitažlivá inteakce mezi nukleony v jádře silná inteakce (g)

8 Vazebná enegie jáda hmotnostní úbytek (defekt): m mp ( ) mn m( X) Relativistický jev důsledek ekvivalence hmotnosti a enegie. vazebná enegie jáda: j mc vazebná enegie na jeden nukleon: j j vyjadřuje stabilitu jáda nejstabilnější jáda oblast tiády železa ev,6. 9 J

9 Radioaktivní ozpad (přeměna) a adioaktivní záření g b b 4 4 X X* Y X Y X Y X Rozpad: : b : b+: g: záření: jáda 4 He elektony pozitony (antičástice elektonu) fotony o vysoké enegii (l < m) Ponikavost: <b,b + <g Radioaktivní záření má enegii postačující k vyažení elektonu z elektonového obalu atomu (ionizující záření). Detekce: GeigeMülleovy detektoy, scintilační detektoy e e e n p ~ e p n n n Rozpady b + a b :

10 N(t) / N() Poločas ozpadu t / čas, za kteý dojde u daného jáda k přeměně s pavděpodobností,5, tzn. čas, za kteý se přemění polovina z počátečního množství jade N( t) N ln l t / t / t / N e lt ozpadová konstanta t / t / dn( t) dt ln( t)

11 Stabilita jade lehké pvky: N/ těžké pvky: N/ ~ stabilní > b zářiče < b + zářiče ~,5 stabilní >,5 b a zářiče <,5 b + zářiče

12 Příklady adioaktivních ozpadů U C Cs I C Ni* Th, N b, t Ba b, t Xe b, t B b, t 6 8 Ni g, / / t / / 4, a / 3,3 a 8, d,38 min t / ~ 4 s 9 a Rozpadové řady thoiová 4n 3 Th 8 Pb neptuniová 4n+ 37 Np 5 Tl (umělá) uanová 4n+ 38 U 6 Pb aktiniová 4n+3 35 U 7 Pb

13 thoiová řada Rozpadové řady neptuniová řada uanová řada

14 Jadené eakce Jadené eakce: a) tansmutace: (n,p), (n,), (,n), (,p), (d,n), (d,p) a další b) záchyt neutonu c) štěpení těžkých jade jadená enegetika d) slučování lehkých jade (jadená fúze) pobíhá v jádech hvězd Příklady: a) (n,p): 4 N + n 4 C+ p (n,): 7 O + n 4 C+ (,p): 4 N + 7 O+ p b) 36 Xe + n 37 Xe + g b) 35 U + n 89 K + 44 Ba + 3n c) p + p d + b d + p 3 He + g Účinný půřez jadených eakcí závisí na kinetické enegii částic, kteými jsou jáda ostřelována.