28. Fizyka atomowa.
28.1 Liczby kwantowe.
Pierwsza liczba kwantowa (g�wna) - n - okrela ona numer i rozmiar powoki, n = 1,2,3,...
Druga liczba kwantowa (orbitalna (poboczna)) - l (el) -odpowiedzialna jest za moment pdu atomu w danym stanie energetycznym, l = 0,1,2,...,n-1
Trzecia liczba kwantowa (magnetyczna) - m - zwizana z momentem magnetycznym. Przyjmuje ona wartoci od -l do +l (od minus el do plus el)
Czwarta liczba kwantowa (spinowa) - s -
Na kadej powoce moe znale si maxymalnie
elektron�w.28.2 Zakaz Pauliego.
Na tej samej powoce w danym stanie energetycznym nie mog znale si dwa elektrony o jednakowych liczbach kwantowych. Musz si r�ni przynajmniej spinem.
28.3 Regua Kleczkowskiego.
Z dw�ch elektron�w mniejsz energi ma ten, dla kt�rego suma liczb orbitalnej i g�wnej jest mniejsza.
28.4 Regua Hunda.
Elektrony na danym podpoziomie rozmieszczaj si w taki spos�b, aby sumaryczny spina by jak najmniejszy.
28.5 Widmo.
28.5.1 Widmo
Jest to zbi�r wszystkich czstotliwoci wyemitowanych przez atom podczas przejcia atomu z poziom�w energetycznych wyszych na cile okrelone.
Widmo to linie papilarne atom�w.
Ze wzgldu na spos�b otrzymywania widma dzielimy na :
emisyjne - dostarczamy energii i pobudzamy atom do wiecenia
absorbcyjne - powstaje przy przejciu wiata biaego przez dan substancj. Typowym widmem absorbcyjnym jest widmo soneczne - czarne kreski oznaczaj, e dana dugo fali zostaa zaabsorbowana, czyli wystpuje pierwiastek absorbujcy j (zob.pkt.28.5.4).
Widmo cige - jedna barwa przechodzi w drug bez wyranej granicy (morphing)
Widmo liniowe - barwne prki na ciemnym tle (dla atom�w w stanie gazowym).
Widmo pasmowe - dla cieczy i zw. chemicznych.
Widmo soneczne suy do okrelania skadu chemicznego i poziom�w energetycznych.
Do badania widma suy spektrometr.
28.5.2 Serie widmowe.
Serie widmowe :
l=1 - seria Lymana (ley w nadfiolecie)
l=2 - seria Balmera (jedyna seria widzialna)
Wszystkie pozostae serie le w podczerwieni:
l=3 - seria Paschena
l=4 - seria Phunda
l=5 - seria Humpreysa
pierwiastki promieniotw�rcze wiec
dziaa bakteriob�jczo
jonizuje otoczenie
powoduje mutacje kom�rek
powoduje reakcj chemiczn (zaciemniaj klisz)
28.13 Prawo zaniku promieniotw�rczoci.
Prawo :
Oznaczenia
- dugo fali; N - liczba atom�w, kt�re NIE ulegy rozpadowi; N0 - pocztkowa liczba czstek; e - liczba e; t - czas.
28.14 Czas poowicznego zaniku promieniotw�rczego.
Jest to czas, po kt�rym poowa atom�w pierwiastka promieniotw�rczego ulega rozpadowi.
Czas poowicznego zaniku :
Oznaczenia
- dugo fali; t - czas poowicznego zaniku.
28.15 Reakcje jdrowe - samoistne rozpady promieniotw�rcze. Wasnoci promieniowania.
28.15.1 Reakcje jdrowe - samoistne rozpady promieniotw�rcze.
Rozpad zachodzi bez ingerencji z zewntrz.
Rozpad :
Podczas tego rozpadu emitowana jest czstka . Strumie czstek emitowany podczas rozpadu promieniotw�rczego nazywa si promieniowaniem .
Reakcja :
Przykad reakcji :
Rozpad - :
Podczas tego rozpadu emitowana jest czstka -. Jest to elektron. Strumie czstek - emitowany podczas rozpadu promieniotw�rczego nazywa si promieniowaniem -.
Reakcja :
Przykad reakcji :
Rozpad + :
Podczas tego rozpadu emitowana jest czstka +. Jest to pozytron. Strumie czstek + emitowany podczas rozpadu promieniotw�rczego nazywa si promieniowaniem +.
Reakcja :
Ten rozpad zachodzi bardzo rzadko, gdy wczeniej musi by pochonity elektron z powoki.
Rozpad :
Podczas tego rozpadu emitowana jest czstka . Jest to pozytron. Strumie czstek emitowany podczas rozpadu promieniotw�rczego nazywa si promieniowaniem .
Reakcja :
Oznaczenia
A - okrela ilo nukleon�w w jdrze (suma proton�w i neutron�w) (zob.pkt.28.9); Z - liczba porzdkowa, zwizana z adunkiem (liczba elektron�w, tyle samo co elektron�w jest te proton�w) (zob.pkt.28.9); X - pierwiastek przed rozpadem; Y - pierwiastek po rozpadzie; X* - pierwiastek z jdrem wzbudzonym; e - antyneutrino elektronowe.
28.15.2 Wasnoci promieniowania.
Wasnoci promieniowania :
jest to strumie czstek +;
poruszaj si z r�nymi prdkociami << prdkoci wiata;
maj du bezwadno;
oddziaywuje z polem elektrycznym i magnetycznym tak jak adunek +;
posiada cechy promieniowania (zob.pkt.28.12);
ze wszystkich rodzaj�w promieniowania jest najmniej przenikliwe i ma najkr�tszy zasig.
czstka to elektron;
jest to strumie czstek -
czstki poruszaj si z prdkociami bliskimi prdkociami wiata;
s bardziej przenikliwe ni czstki ;
oddziaywuj z polem elektrycznym i magnetycznym tak jak adunek ujemny;
maj mniejsz bezwadno od czstek ;
posiada cechy promieniowania (zob.pkt.28.12).
Wasnoci promieniowania :
jest to strumie kwant�w promieniowania elektromagnetycznego o bardzo maej dugoci fali (rzdu 10-14 m);
najbardziej przenikliwe ze wszystkich rodzaj�w promieniowania (aby zatrzyma trzeba 0,5 m oowiu);
nie niesie ze sob adunki i nie oddziaywuje z polem elektrycznym ani magnetycznym;
posiada cechy promieniowania (zob.pkt.28.12).
Oznaczenie promieniowania :
28.16 Izotopy promieniotw�rcze.
Izotop - odmiana pierwiastka wyjciowego r�nica si od niego liczb neutron�w. Izotopy maj te same waciwoci chemiczne przy zmieniajcych si waciwociach fizycznych.
28.17 Reakcje jdrowe. Wymuszone reakcje rozpadu.
Rozpad wymuszamy bombardujc atom czstk , protonem, neutronem, deutronem, trytonem lub jdrem litu. Typowa reakcja rozpadu :
, gdzie : X - bombardowany pierwiastek; x - czstka, kt�r bombardujemy; Y - otrzymany pierwiastek;y - wyemitowana czstka podczas procesu rozpadu.
Podczas reakcji jdrowej s spenione zasady zachowania energii, pdu i masy. Czstk, dziki kt�rej najatwiej zachodzi reakcja jdrowa, jest neutron.
28.18 Synteza - reakcja termojdrowa.
Synteza zachodzi wr�d pierwiastk�w, kt�rych liczba masowa A < 60. Synteza zachodzi w wysokiej temperaturze. Przykadem syntezy jest reakcja zachodzca w Socu :
- najbardziejenergetyczny cykl
- anihilacjaEnergia soneczna powstaje kosztem 4 wodor�w.
28.19 Reakcja rozszczepienia.
Rozszczepieniu zachodz te pierwiastki, kt�rych liczba masowa A jest wiksza od 60. Typow reakcj rozszczepienia jest rozszczepienie 235U :
. Jak wida, po zbombardowaniu 235U neutronem nastpia reakcja, w kt�rej powstay 2 nowe neutrony. Mog one samoistnie wej w reakcj z nastpnymi atomami 235U, powodujc reakcj acuchow. Zachodzi ona niekontrolowanie w bombach atomowych.28.20 Jonizacja gazu.
Aby przez gaz popyn prd elektryczny, gaz musi by zjonizowany. Czynniki jonizujce gaz :
wysoka temperatura;
promieniowanie jonizujce (, , , X);
porednio - silne pole elektryczne;
komorze Wilsona;
komorze dyfuzyjnej;
komorze pcherzykowej;
emulsjach jdrowych;
komorze jonizujcej;
liczniku Geigera - Mullera;
liczniku scentylacyjny;
licznikach p�przewodnikowych;
Komora Wilsona :
Jest to zbiornik wypeniony par przechodzon. Aby duej utrzyma czsteczk wewntrz komory, jest ona ustawiona w polu magnetycznym. Gdy we wntrzu komory pojawi si czstka, powoduje ona skraplanie si pary, co mona zarejestrowa. Komora Wilsona nadaje si do obserwacji kadego rodzaju czstek. Za pomoc wyznaczonego toru moemy okreli stosunek masy do adunku lub prdkoci czstki.
Komora pcherzykowa.
Zbudowana jest podobnie do komory Wilsona, jednak par przechodzon zastpiono ciecz przegrzan, np. ciekym azotem. Poruszajca si czstka powoduje parowanie cieczy. Na parze osadzaj si pcherzyki, kt�re pozostawiaj lad toru czsteczki. . Za pomoc wyznaczonego toru moemy okreli stosunek masy do adunku lub prdkoci czstki.
Emulsje jdrowe.
zawiesina bardzo rozdrobnionych halogenk�w srebra (bromku, jodku, chlorku) w elatynie w stosunku 4:1. W kliszach fotograficznych stosunek ten wynosi 1:1.
Licznik Geigera-Mullera.
Jest to licznik czstek jonizujcych. Skada si z metalowej rurki z izolowanym od niej drutem wolframowym nacignitym wzdu jej osi. Wewntrz rurki znajduje si rozrzedzony gaz, midzy rurk i drutem przyoone jest napicie. Wpadajca do licznika Geigera-Mullera czstka jonizujca powoduje wyadowanie elektryczne w gazie, odpowiednio rejestrowane (syszalny stuk); impulsy elektryczne pochodzce od wyadowa s nastpnie zliczane. Licznik Geigera-Mullera odznacza si du czuoci; jest stosowany m.in. w ochronie radiologicznej. Licznik wykrywa promieniowanie i w 100%, natomiast promieniowanie tylko w 0,1%, i dlatego si go nie stosuje do wykrywania promieniowania .
28.22 Reaktor jdrowy.
Reaktor :
Jest to urzdzenie do przeprowadzania w spos�b kontrolowany acuchowej reakcji rozszczepienia jder atomowych (reakcja jdrowa). Reakcja zachodzi w znajdujcym si w rdzeniu reaktora paliwie jdrowym (uran 235 lub 233, pluton 241 lub 239), a jej przebieg reguluj prty kontrolne (wychwytujc nadmiar neutron�w, zapobiegaj zbytniemu rozwiniciu si reakcji acuchowej). Do spowalniania neutron�w - w celu uatwienia reakcji z jdrami niekt�rych pierwiastk�w - w rdzeniu znajduje si moderator (grafit, zwyka woda, cika woda, beryl). Reaktory jdrowe su jako r�do energii (np. w elektrowniach jdrowych), r�do promieniowania neutronowego do produkcji radioizotop�w (izotopy) i wytwarzania materia�w rozszczepialnych oraz s stosowane do cel�w badawczych. W reaktorze na rysunku energia powstaa w reakcji jest transportowana przez ciecz chodzc do turbiny prdotw�rczej. Pierwszy reaktor jdrowy zosta uruchomiony 1942 w Chicago pod kierunkiem E. Fermiego.
28.23 Czstki elementarne.
(niedokoczone)
28.24 Oddziaywania w przyrodzie.
W przyrodzie wystpuj 4 podstawowe oddziaywania :
Grawitacyjne - podlegaj mu wszystkie czstki. Czsteczki w trakcie tego oddziaywania przekazuj sobie grawiton :
To oddziaywanie jest najsabsze, ale ma najwikszy zasig.
Elektromagnetyczne - oddziaywanie czstek naadowanych, kt�rych moment magnetyczny " 0. Czstk przekazywan podczas tego oddziaywania jest foton. Sia tego oddziaywania jest nawet dua, lecz ma may zasig.
Sabe - oddziaywanie pomidzy wszystkimi czstkami za wyjtkiem foton�w. Zachodzi w odlegoci 10-15m. Czstk przekazujc jest bozon :
Silne - jdrowe - jest bardzo silne, ale najkr�tsze (10-15m). Zachodzi midzy kwarkami.
28.25 Wielka unifikacja oddziaywa fizycznych.
28.26 Bomba atomowa i wodorowa.Schemat :
Paliwem (adunkiem atomowym) jest U233, U235 lub pluton. W bombie atomowej nastpuje rozszczepienie. Mechanizm wywoujcy wybuch uruchamia zapalnik. Eksploduje zwyky materia wybuchowy co powoduje zetknicie si dw�ch czci adunku atomowego. Masa krytyczna zostaje przekroczona i nastpuje niekontrolowana acuchowa reakcja rozszczepiania jder - czyli waciwy wybuch.Przy wybuchu bomby wodorowej nastpuje synteza jder izotop�w wodoru - do tego potrzebna jest wysoka temperatura. Tak temperatur mona uzyska przy wybuchu bomby atomowej. Tak wic „zapalnikiem” bomby wodorowej jest bomba atomowa.
Skutki wybuchu bomby atomowej :
promieniowanie cieplne;
fala uderzeniowa;
skaenie promieniotw�rcze, co powoduje choroby popromienne (biaaczka, choroby soczewki oka) i mutacje.
Kada seria jest ograniczona z obu stron.
28.5.3 Widmo promieniowania rentgenowskiego.
Katoda lampy rentgenowskiej jest zbudowana z wolframu.
Widmo :
Widmo jest cige i liniowe (charakterystyczne). Widmo cige nie zaley od materiau, z jakiego zbudowana jest katoda, od tego zaley widmo liniowe. Graniczna dugo fali (GR) zaley od r�nicy potencja�w(zob.pkt.27.12.1).
28.5.4 Skad Soca. Widmo soneczne. Budowa Soca.
Jest to typowe widmo absorbcyjne (zob.pkt.28.5.1). Ciemne linie to linie Fraunhofera. S to zaabsorbowane czstotliwoci, co oznacza, e wystpuje pierwiastek, kt�ry je zaabsorbowa. Stopie zaczernienia linii okrela w procentach ilo tego pierwiastka.
Skad Soca : H (73,8%), He (23,6%), C, Mg, CH, OH, NH, CN, Ca, Na, Al, Ne, Si, Fe, Ar, Na.
Dotychczas zidentyfikowano okoo 75% linii Fraunhofera.
Budowa Soca :
Wiatr soneczny, korona soneczna i chronosfera tworz atmosfer Soca. W warstwie konwektywnej energia transportowana jest przez konwekcj. W warstwie promienistej energia transportowana jest za pomoc promieni gamma.
Reakcja, kt�ra zachodzi w Socu, to synteza wodoru w hel (zob.pkt.28.18).
28.6 Klasyfikacja widmowa gwiazd - klasyfikacja Herztsprunga i Russela.
Klasa |
temperatura powierzchni oK |
O |
powyej 100 000 |
B |
50 000 - 100 000 |
A |
... |
F |
... |
G |
... |
K |
... |
M |
3 000 |
W kadej klasie wystpuj charakterystyczne linie.
28.7 Jasno absolutna.
Jest to jasno gwiazdy, kt�ra znajduje si w odlegoci 10 parsek�w od obserwatora.
1 parsek " 31 bilion�w km " 3,26 lat wietlnych.
28.8 Klasyfikacja Morgana Keena.
Klasyfikacja gwiazd wedug jasnoci :
nadolbrzymy
jasne olbrzymy
olbrzymy
podolbrzymy
gwiazdy cigu g�wnego i kary
podkary
biae kary
W tej klasywikacji zabrako czarnych dziur i gwiazd neutronowych (pulsar�w).
28.9 Tablica Mendelejewa.
Jest to ukad okresowy pierwiastk�w. Kady pierwiastek jest opisany w nastpujcy spos�b : 
, gdzie :
A - okrela ilo nukleon�w w jdrze (suma proton�w i neutron�w);
Z - liczba porzdkowa, zwizana z adunkiem (liczba elektron�w, tyle samo co elektron�w jest te proton�w).
28.10 Jdro atomu.
Skada si z proton�w obdarzonych adunkiem + i neutron�w nie obdarzonych adunkiem. W lekkich jdrach liczba proton�w i elektron�w jest jednakowa. W cikich przewaa ilo neutron�w. Odpowiedzialne s za to siy jdrowe: wystpuj one tylko pomidzy najbliszymi nukleonami - przycigaj si. Natomiast siy elektrostatyczne dziaaj odpychajco pomidzy wszystkimi protonami. Gdyby ilo proton�w i neutron�w w cikim jdrze bya jednakowa, przewayyby siy odpychajce, i jdro rozpadoby si.
Siy jdrowe maj may zasig, ale s najsilniejsze od wszystkich si w przyrodzie.
Rozmiary jdra atomowego :
.
Oznaczenia
r - promie jdra atomowego; A - okrela ilo nukleon�w w jdrze (suma proton�w i neutron�w)(zob.pkt.28.9).
28.11 Energia wizania jdra atomowego.
Przy obliczeniu masy jdra atomowego wedug wzoru : 
, dojdziemy do wniosku, e jest ona mniejsza od masy odczytanej z tablicy Mendelejewa. Niedob�r masy zwizany jest z energi wizania. Energi t wyliczymy ze wzoru: 
. W przeliczeniu : 1 jednostka atomowa jest r�wna 931 megaelektronowoltom. Ta energia to energia wizania - energia, kt�ra wydzieli si podczas czenia nukleon�w w jdra atomowe, lub kt�r naley dostarczy aby podzieli jdro na nukleony.
Energia waciwa - energia wizania atomowego przypadajca na jeden nukleon : 
. Najwaniejsza krzywa wiata :
Oznaczenia
A - okrela ilo nukleon�w w jdrze (suma proton�w i neutron�w) (zob.pkt.28.9); E - energia wizania; EW - energia waciwa.
28.12 Promieniowanie naturalne.
Jest to proces samoistnej emisji promieniowania korpuskularnego lub elektromagnetycznego (gamma).
Cechy promieniowania :
Wasnoci promieniowania - :
Jonizacja porednia - w dostatecznie duym polu elektrycznym elektrony si rozpdzaj i zderzajc si z atomami powoduj ich jonizacj.
28.21 Detekcja promieniowania jdrowego.
Detekcja moe zachodzi za pomoc dw�ch metod :
ladowa - obserwowanie ladu. Wykorzystywane w :
jonizacyjna - zliczanie impuls�w, pomiar napicia lub natenia prd�w przepywajcych przez detektor. Wykorzystywane w :
Wyszukiwarka