Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů)

Podobné dokumenty
Historie zapsaná v atomech

Rozměr a složení atomových jader

Radioaktivita,radioaktivní rozpad

JADERNÁ FYZIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Atomové jádro, elektronový obal

Identifikace typu záření

Radioaktivní záření, jeho druhy, detekce a základní vlastnosti

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

Aplikace jaderné fyziky

Měření absorbce záření gama

8.STAVBA ATOMU ELEKTRONOVÝ OBAL

RADIOAKTIVITA KAP. 13 RADIOAKTIVITA A JADERNÉ REAKCE. Typy radioaktivního záření

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

2. ATOM. Dualismus částic: - elektron se chová jako hmotná částice, ale také jako vlnění

Identifikace typu záření

3. Radioaktivita. Při radioaktivní přeměně se uvolňuje energie. X Y + n částic. Základní hmotnostní podmínka radioaktivity: M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)

rezonanční neutrony (0,5-1 kev) (pojem rezonanční souvisí s výskytem rezonančních maxim) A Z

Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1

STŘEDOČESKÝ KRAJ ANTIHMOTA

Pozitron teoretická předpověď

Životní prostředí pro přírodní vědy RNDr. Pavel PEŠAT, PhD.

Biofyzikální chemie radiometrické metody. Zita Purkrtová říjen - prosinec 2015

1. Proveďte energetickou kalibraci gama-spektrometru pomocí alfa-zářiče 241 Am.

Gama spektroskopie. Vojtěch Motyčka Centrum výzkumu Řež s.r.o.

NEUTRONOVÁ AKTIVAČNÍ ANALÝZA

NEUTRONOVÁ AKTIVAČNÍ ANALÝZA S MĚŘENÍM ZPOŽDĚNÝCH NEUTRONŮ

8.1 Elektronový obal atomu

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Jaderná fyzika. Zápisy do sešitu

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

VY_52_INOVACE_VK64. Datum (období), ve kterém byl VM vytvořen červen 2013 Ročník, pro který je VM určen

atom Lomonosov Lavoisier Dalton Proutova modely atomů Thomsonův kladným elektronů vysílají elektromagnetické záření nedostatky: počet původ

vysokoteplotního plazmatu na tokamaku GOLEM

Prvek, nuklid, izotop, izobar

6.3.5 Radioaktivita. Předpoklady: Graf závislosti vazebné energie na počtu částic v jádře pro částice z minulé hodiny

RADIOAKTIVITA A VLIV IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

DUM č. 15 v sadě. 12. Fy-3 Průvodce učitele fyziky pro 4. ročník

Stručný úvod do spektroskopie

Úvod do moderní fyziky. lekce 4 jaderná fyzika

212 a. 5. Vyzáří-li radioaktivní nuklid aktinia částici α, přemění se na atom: a) radia b) thoria c) francia d) protaktinia e) zůstane aktinium

Interakce záření s hmotou

Přednáška 12. Neutronová difrakce a rozptyl neutronů. Martin Kormunda

FYZIKA ATOMOVÉHO JÁDRA

Zdeněk Halas. Aplikace matem. pro učitele

Atomová a jaderná fyzika

Fyzika IV. Atomová a jaderná fyzika. kontakt: Petr Alexa, Institut fyziky A 952, mobil:

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Práce v radiochemické laboratoři - ověření zákonitostí radioaktivních přeměn

Stavba hmoty. Atomová teorie Korpuskulární model látky - chemické

Relativistická dynamika

1. Zadání Pracovní úkol Pomůcky

Úloha 5: Spektrometrie záření α

( ) 2 2 MODUL 5. STAVBA ATOMU SHRNUTÍ

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Úloha č.: I Název: Studium relativistických jaderných interakcí. Identifikace částic a určování typu interakce na snímcích z bublinové komory.

Prvek, nuklid, izotop, izobar, izoton

Počítačová tomografie (1)

Chemické složení vesmíru

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Příklady Kosmické záření

spinový rotační moment (moment hybnosti) kvantové číslo jaderného spinu I pro NMR - jádra s I 0

Fyzika - 2. ročník. očekávané výstupy ŠVP

Měření pravděpodobnosti reakcí neutronů s materiály důležitými pro aktivační detektory neutronů

Ohlédnutí za ranou spoluprací s SÚJV Dubna v jaderné spektroskopii Doc. Ing. Vladimír HNATOWICZ, DrSc. Ústav jaderné fyziky AV ČR, v. v. i.

Zobrazování. Zdeněk Tošner

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

VY_32_INOVACE_FY.17 JADERNÁ ENERGIE

Nebezpečí ionizujícího záření

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

13. Spektroskopie základní pojmy

dvojí povaha světla Střední škola informatiky, elektrotechniky a řemesel Rožnov pod Radhoštěm Název školy Předmět/modul (ŠVP) Vytvořeno listopad 2012

jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony

ÚVOD DO JADERNÉ FYZIKY ATOMOVÉ JÁDRO

DUM označení: VY_32_INOVACE_... Jméno autora výukového materiálu: Ing. Jitka Machková Škola: Základní škola a mateřská škola Josefa Kubálka Všenory

Ullmann V.: Jaderná a radiační fyzika

29. Atomové jádro a jaderné reakce

ZÁKLADY SPEKTROMETRIE NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÉ REZONANCE

Záchyt pozitronů v precipitátech

Radioaktivita a radionuklidy - pozitivní i negativní účinky a využití. Jméno: Ondřej Lukas Třída: 9. C

Spektrometrie záření gama

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

SPEKTROSKOPIE NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÉ REZONANCE

Úloha 4: Totální účinný průřez interakce γ záření absorpční koeficient záření gama pro některé elementy

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Atom jeho složení a struktura Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

Geochemie endogenních procesů 2. část

Fyzika atomového jádra

Svazek pomalých pozitronů

Nebezpečí ionizujícího záření

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

MAKROSVĚT ~ FYZIKA MAKROSVĚTA (KLASICKÁ) FYZIKA

Jaderné reakce a radioaktivita

Použití radionuklidů při určování stáří předmětů

Elektroenergetika 1. Jaderné elektrárny

Transkript:

Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů) Pavel Cejnar Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK pavel.cejnar@mff.cuni.cz

Příklad I Datování Galileiho rukopisů Galileo Galilei (1564 1642)

Všechny vázané kvantové objekty mají čarová spektra! H Ne Na

Metoda PIXE Particle-Induced X-Ray Emission Rozpoznávání (stopových) příměsí prvků v různých vzorcích podle charakteristického röntgenovského záření emitovaného při ozáření nabitými částicemi (např. protony)

Metoda PIXE Particle-Induced X-Ray Emission Rozpoznávání (stopových) příměsí prvků v různých vzorcích podle charakteristického röntgenovského záření emitovaného při ozáření nabitými částicemi (např. protony)

Conteggi Conteggi PIXE analýza inkoustů Galileových rukopisů Porovnání složení inkoustů umožňuje zjistit, které rukopisy vznikly ve stejné době 1400 1200 Fe 1000 800 600 400 Fe 200 Mn Cu 0 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 Fe Ms.Gal.72 f.128 Pb Pb Zn Pb Ms.Gal.26 f.29v Fe Zn Mn Cu Zn Pb Pb 3000 2500 2000 1500 Fe Ms.Gal.14 f.27r 1000 Fe 500 Mn Cu 0 Zn Zn Pb Pb 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 13000 14000 Energia (ev) Energie fotonu

PIXE analýza inkoustů Galileových rukopisů Datování rukopisů na základě srovnání se záznamy v účetní knize

Příklad II Uhlíkové datování

Lidské stopy ve vulkanickém bahně Nikaragua (stáří cca 2100 let) Zachované tělo ženy Dánsko (stáří cca 2500 let) Kosterní zbytky prehistorického muže stát Washington (stáří cca 9500 let) Jeskynní malby, Francie (stáří cca 26000-32000 let)

Nestabilní jádra se rozpadají Z = počet protonů N = počet neutronů X X Y e X e Y X e Y X Y X A Z A Z e A Z A Z e A Z A Z e A Z A Z A Z A Z * 1 1 1 4 2 4 2 He α α β β β + nebo záchyt e β + záchyt e γ Rozpad probíhá exponenciálně / 0 t t e N N střední doba života poločas rozpadu 2 ln ln / 2 1/ 2 1 2 1/ 2 1 / 2 1/ t t e t geometrická řada

Vznik a rozpad uhlíku 14 C N = počet neutronů N β α 14 6 C (n,p) 16 8 O 12 6 C β 14 7 N 14 N n Z p 14 C β + nebo záchyt e Z = počet protonů t 1/2 ( 14 C) = 5730 let Při stálém ozařování přírodního dusíku konstantním tokem neutronů se ustaví dynamická rovnováha: počet za jednotku času vytvořených 14 C = počet za jednotku času rozpadlých 14 C konstantní koncentrace 14 C

Vznik a rozpad uhlíku 14 C Rovnovážná koncentrace ve vzduchu 14 C/ 12 C 10 12 Produkce 14 C 7.5 kg/rok Aktivita 14 rozpadů/1g přír.c/min Měření a) Přímo aktivita 14 C (rozpad β ) Ale: velmi nízké aktivity, nízké energie emitovaného elektronu

Vznik a rozpad uhlíku 14 C Rovnovážná koncentrace ve vzduchu 14 C/ 12 C 10 12 Produkce 14 C 7.5 kg/rok Aktivita 14 rozpadů/1g přír.c/min Měření b) Relativní příměs izotopu 14 C Accelerator Mass Spectroscopy

Vznik a rozpad uhlíku 14 C Rovnovážná koncentrace ve vzduchu 14 C/ 12 C 10 12 Produkce 14 C 7.5 kg/rok Aktivita 14 rozpadů/1g přír.c/min Vliv prostředí: zásoba vody v oceánech, klima, sluneční aktivita Vliv lidské činnosti: spalování fosilních paliv, zkoušky jaderných zbraní, provoz jaderných reaktorů Rovnovážná koncentrace závisí na mnoha faktorech. Změny koncentrace cca ±10%

Určení stáří z koncentrace 14 C ( ( t 0 C14 14 14 C) exp C) t t kalibrace 1/ 2 real t C14 / ln 2 nejednoznačnost způsobená zvlněním kalibrační křivky

Datování Turínského plátna Plátno obsahující otisk těla muže, který byl ukřižován Plátno poprvé vystaveno v Lirey (Francie) cca 1350, od roku 1578 umístěno v Turíně (Itálie) Od konce 19.století několik pokusů o vědecký výzkum V roce 1978 zahájen výzkum metodou uhlíkového datování. Klíčové měření v roce 1988: 3 laboratoře (Tuscon, Oxford, Zürich) obdržely vzorek plátna a také podobný kontrolní vzorek

Datování Turínského plátna

Příklad III Pozitronová emisní tomografie

Princip PET β + rozpad jádra A Z X A Z 1 Y e Emitovaný pozitron v látce anihiluje za vzniku dvou fotonů. Anihilace se děje při malé energii a proto jsou fotony vyzářeny do opačných směrů a mají téměř stejnou energii 511 kev. e N = počet neutronů β α β + nebo záchyt e Z = počet protonů

Princip PET

Rekonstrukce obrazu Radonova transformace t I (, s) A(, s) N(, s, t) dt závislost hustoty rad. jader na souřadnici podél dané úsečky celkové zeslabení γ podél dané úsečky počet γγ koincidencí zaregistrovaných dvojicí detektorů na protilehlých koncích dané úsečky

Produkce izotopů pro PET Izotopy vznikající v radioaktivních rozpadových řadách (v přírodě) nebo při štěpení (reaktory) mají vždy přebytek neutronů jsou to β zářiče. Zářiče β + pro PET a další aplikace se musí vyrábět pomocí záchytu nabitých částic, např. protonů (cyklotrony). Příklady izotopů pro PET: Izotop Energie β + Dolet Poločas 11 C 0.96 MeV 1.1 mm 20.3 min 15 O 1.70 MeV 1.5 mm 2.03 min 18 F 0.64 MeV 1.0 mm 109.8 min 124 I 2.13 50/1.5323 MeV 1.7/1.4 mm 4.5 dnů

Příklad IV Jaderná magnetická rezonance

Elementární měření jaderné magnetické rezonance

Vysvětlení jaderné magnetické rezonance Precese jaderného spinu (magnetického momentu) ve vnějším magnetickém poli Kvantové vysvětlení rezonanční absorpce Sklápění spinu v dodatečném rotujícím poli o rezonanční frekvenci

Spektroskopie jaderné magnetické rezonance Příklad:

Tomografie na bázi jaderné magnetické rezonance