Śladami marii curie : odkrycie nowej promieniotwórczości
Post on 30-Dec-2015
34 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Śladami Marii Curie :
odkrycie nowej promieniotwórczości
Marek PfütznerInstytut Fizyki Doświadczalnej
Uniwersytet Warszawski
VI Festiwal NaukiWarszawa, 21 września, 2002
Promieniowanie
Każdy atom radu spontanicznie wyrzuca cząstkę i powstaje atom radonu.
Półokres rozpadu (czas połowicznego zaniku) Ra = 1600 lat.
Ok. 1 cząstka /sek.
1 atom Ra : czekamy 1600 lat szansa na rozpad = ½ czekamy 1 sek. szansa 1/100.000.000.000 = 1/1011
szansa trafienia szóstki w TotoLotku 1/107
na kartce jest ok. 1011 atomów Ra- dla fizyków to dużo,- ale dla chemików bardzo mało : 1/(31010) g = 1/30.000.000.000 g.
Budowa atomu
Składniki : Jądro atomowe
proton (q = +1)
neutron (q = 0) elektron (q = -1)
Powłoka elektronowa
Przykłady jąder atomowych :
- wodór (1 proton)
- hel (2 protony + 2 neutrony) = cząstka
- węgiel (6 protonów + 6 neutronów) : 12C
- węgiel (6 protonów + 7 neutronów) : 13C
izotopy
NuklidyNuklid (elektrycznie obojętny atom) : Z protonów + N neutronów + Z elektronów
Liczba Z decyduje o własnościach chemicznych pierwiastki chemiczne
Różne liczby N izotopy
liczba neutronów, N
liczb
a p
roto
nów
, Z
1 5 9
1
5
Mapa nuklidów
wodór
hel
izotopy węgla: 12C, 13C
Nuklidy trwałe
liczba neutronów, N
liczb
a p
roto
nów
, Z
287 nuklidów, w tym
83 pierwiastki od wodoru (Z=1) do uranu (Z=92)
?
przemiana
238U 4.5 mld lat
ołów
bizmut
uran
tor
Nuklidy promieniotwórcze
liczba neutronów N
przemiana n p
protoaktyn
125 130 135 140 145
rad
226Ra 1600 lat
radon
polon
liczba neutronów, N
liczb
a p
roto
nów
, ZNuklidy odkryte do dziś
- trwałe
-+
- -
-
- rozszczepienie
- p
Przemiana +
p n + e+ + eEmisja p
ZX Z-1Y + pPrzemiana -
n p + e- + e¯
Emisja
ZXN Z-2YN-2 +
Zagadka przemiany
226Ra : energia cząstek E = 5 MeV, T1/2 = 1600 lat
prędkość v = 0.05 c = 15000 km/s !
238U : E = 4.2 MeV, T1/2 = 4.5 mld lat
212Po : E = 8.8 MeV, T1/2 = 0.3 s
Dlaczego półokresy rozpadu tak bardzo się różnią ?
Cząstka o energii 5 MeV wystrzelona w kierunku jądra 222Rn możezbliżyć się do niego najwyżej na odległość 6 jego promieni !?
222Rn
E = 5 MeV
E E222Rn
5 MeV
Model „minigolfowy”
Ruch ładunku w polu elektrycznym można zobrazować toczeniem się kulki po nierównej powierzchni.
Kulka wtacza się na wysokość odpowiadającąpoczątkowej energii kinetycznej
E E
222Rn
5 MeV
Model „minigolfowy”
Ruch ładunku w polu elektrycznym można zobrazować toczeniem się kulki po nierównej powierzchni.
Kulka wtacza się na wysokość odpowiadającąpoczątkowej energii kinetycznej.
Staczając się z tej wysokości uzyskuje tę samą energię na końcu.
E 226Ra
5 MeV
Model „minigolfowy”
Jak cząstka z wnętrza 226Ra może znaleźć się nazewnątrz ?
Zachodzi kwantowe „przenikanie przez ścianę” !
E 212Po
5 MeV
Model „minigolfowy”
Jak cząstka z wnętrza 226Ra może znaleźć się nazewnątrz ?
Zachodzi kwantowe przenikanie przez ścianę !
Przy wyższej energii ściana jest cieńsza i prawdo-podobieństwo przenikania gwałtownie rośnie.
E
9 MeV
Z = 2
Z = 8
Z = 20
Z = 28
Z = 50
Z = 82
N = 2 N = 8
N = 20
N = 28
N = 50
N = 82
N = 126
Badania egzotycznych nuklidów(na skraju mapy)
Nuklidy dalekie od „ścieżki stabilności” : żyją bardzo krótko, trudno je wytworzyć.
Ale : mają inne własności niż nuklidy już poznane, są bardzo ważne poznawczo, występują wśród nich nowe zjawiska.
Przykład : nowy rodzaj promienio-twórczości – emisja dwóch protonów
Promieniotwórczość dwuprotonowa
+
45Fe
45Mn44Mn
43Cr
N19 20 21
26
25
24
23
Z
43V
45Cr
+
+
2p
Proces przewidziany teoretycznieprzed 40 laty dla skrajnie neutrono-deficytowych nuklidów.
Główne przeszkody w obserwacji :
1) bardzo trudno wytworzyć te nuklidy,
2) oba protony muszą „przeniknąć przez ścianę” zanim zajdzie przemiana (10 ms). ostry warunek energetyczny : E2p 1 MeV
Schemat współczesnego eksperymentu
tarcza
magnetycznyseparator produktów
Produkcja(reakcja jądrowa)
Selekcja
Obserwacja
Akceleratorpocisków
układ detektorówelektronika pomiarowa
komputery
Badanie 45Fe w GSI
Pocisk
58Niv = 0.8 c
= 240000 km/s
Tarcza
beryl
Separator
72 m
p
p
Detektor
krzem
Pomiary :
ok. 5 dni,
2.5 1014 pocisków
Analiza danych :
kilka miesięcy
elektronikakomputery
Wyniki : 5 atomów 45Fe wydzielona energia, E = 1.1 MeV
półokres rozpadu, T1/2 3 ms
zgodne tylko z hipotezą emisji 2p !
Inny eksperyment, we Francji, potwierdził to odkrycie
Na przyszłość
Poszukiwania innych nuklidów emitujących 2p (48Ni, 54Zn,...)
Rejestracja obydwu protonów oddzielnie jakie jest ich wzajemne oddziaływanie ? jak przechodzą przez „ścianę” ? jak zachowują się wewnątrz jądra ?
W świecie nuklidów występuje bogactwo zjawisk Duża część tego świata nie jest jeszcze poznana Gdzie i jak powstały w Kosmosie ciężkie pierwiastki ?
top related