44. Przedstaw liczby kwantowe określające właściwości elektronu w atomie.

45. Przedstaw własności elektronu związane z posiadaniem przez elektron własnego momentu pędu.

46.Przedstaw widmo emisyjne atomu wodoru.

47.Jaka jest różnica pomiędzy emisją spontaniczną a wymuszoną.

48.Naczym polega inwersja obsadzeń.

49.jakie są warunki zajścia akcji laserowej. Przedstaw zasadę pracy lasera.

1.Opisz budowę jądra atomowego o liczbie masowej A i porządkowej Z.

2.Co to są izotopy.

3. Co to jest energia wiązania jądra atomowego i jaki jest jej związek z defektem masy?

4.Wyprowadź prawo rozpadu promieniotwórczego.

5.Co to są rozpady promieniotwórcze β? Czy świadczą one o tym, że w jądrze atomowym znajdują się elektrony? Jeżeli nie , to jakie jest pochodzenie tych elektronów?

6. Co to jest promieniowanie α ? Przedstaw mechanizm emisji cząstek α z jądrem uranu.

7.Przedstaw w jaki sposób za pomocą izotopów węgla określić można wiek wykopalisk.

8.Przedstaw reakcje rozpadu uranu
pod wpływem termicznych neutronów.

9. Opisz reakcje syntezy jądrowej przebiegające na Słońcu.

10.Opisz model i właściwości sił jądrowych.

44. Przedstaw liczby kwantowe określające właściwości elektronu w atomie.

45. Przedstaw własności elektronu związane z posiadaniem przez elektron własnego momentu pędu.

Spin jest to własny moment pędu (moment) danej cząstki w układzie w którym cząstka spoczywa. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) posiadają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w jej skład cząstek elementarnych. Spin jest pojęciem czysto kwantowym.

46.Przedstaw widmo emisyjne atomu wodoru.

47.Jaka jest różnica pomiędzy emisją spontaniczną a wymuszoną.

Emisja spontaniczna

Molekuła w stanie wzbudzonym emituje foton przechodząc do nowego stanu.

• Fotony emitowane są we wszystkich kierunkach z jednakowym

prawdopodobieństwem w przypadkowych chwilach.

• Emitowana fala elektromagnetyczna nie jest spójna.

Emisja wymuszona

Molekuła w stanie wzbudzonym pod wpływem zewnętrznego fotonu

emituje drugi foton przechodząc do nowego stanu.

• Wymuszający i emitowany foton mają takie same :

• częstotliwość

• kierunek

• fazę

• Emitowana fala jest spójna

48.Naczym polega inwersja obsadzeń.

Inwersja obsadzeń to pojęcie określające stan układu w którym, w stanie o energii większej (wzbudzonym) jest większa liczba cząstek niż w stanie o energii niższej (podstawowym).Odwrócenie obsadzeń uzyskuje się w sztuczny sposób, poprzez dostarczenie energii która przeniesie część atomów ze stanu o niższej energii do stanu o wyższej energii, można doprowadzić układ do stanu, w którym w stanie o energii większej będzie więcej atomów niż o energii mniejszej. Układ taki nie jest trwały i dąży do rozkładu zgodnego z rozkładem Boltzmanna. Inwersję uzyskuje się za pomocą oświetlenia światłem (pompowanie optyczne), innym laserem, światłem błyskowym, wyładowaniem prądu w gazach, reakcjami chemicznymi albo wykorzystując rekombinację w półprzewodnikach.

49.jakie są warunki zajścia akcji laserowej. Przedstaw zasadę pracy lasera.

Działanie lasera opiera się na dwóch zjawiskach: inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej.

Emisja wymuszona zachodzi, gdy atom wzbudzony zderza się z fotonem o takiej częstotliwości, że jego energia kwantu jest równa różnicy energii poziomów między stanem wzbudzonym a podstawowym. Foton uderzający nie ulega pochłonięciu, ale przyspiesza przejście atomu ze stanu wzbudzonego do podstawowego i dlatego z atomu wylatują w tym samym kierunku dwa spójne, to znaczy zgodne w fazie fotony o tej samej energii, więc i częstotliwości.

Aby mogła zachodzić w dużych ilościach emisja wymuszona należy w ośrodku wzmacniającym stworzyć odpowiednie warunki (spowodować, by więcej elektronów było w stanie wzbudzonym niż w stanie podstawowym).

Jeżeli N1 > N2

• Padające promieniowanie jest głównie absorbowane

• Przeważają procesy emisji spontanicznej.

• Większość atomów jest w stanie 2, absorpcja padającego

promieniowania jest utrudniona.

• Przeważają procesy emisji wymuszonej.

• Padająca fala jest wzmacniana.

Jeżeli N2 >> N1 - inwersja obsadzeń

wystąpienie akcji laserowej wymaga aby w układzie zaistniała

inwersja obsadzeń

1.Opisz budowę jądra atomowego o liczbie masowej A i porządkowej Z.

Jądro składa się z protonów (ich liczbę Z nazywa się liczbą atomową) i neutronów. Składniki jądra czyli protony i neutrony nazywamy nukleonami (liczba A nukleonów w jądrze zwana jest liczbą masową tego jądra. Jądra atomowe o tej samej liczbie protonów a różnej liczbie neutronów nazywamy izotopami (jądra tego samego pierwiastka).

Protony i neutrony jak wszystkie hadrony składają się z kwarków. Kwarki wewnątrz protonu i neutronu oddziaływują ze sobą w wyniku oddziaływania silnego wymieniając gluony. Oprócz tego kwarki jednego protonu mogą się "sklejać" z kwarkami innego protonu lub neutronu co utrzymuje jądro w całości. Nazywamy to szczątkowym oddziaływaniem silnym.

2.Co to są izotopy?

Izotopy- są to odmiany pierwiastków o takiej samej liczbie protonów, ale różnej liczbie neutronów(przez co różnią się masą atomową), mających bardzo zbliżone własności chemiczne i zajmujących to samo miejsce w układzie okresowym.

3. Co to jest energia wiązania jądra atomowego i jaki jest jej związek z defektem masy?

Defekt masy

Jeżeli siły jądrowe nie zmieniałyby energii układu jakim jest jądro atomowe (nuklid) jego masa była by równa sumie mas jego składników: Z protonów i Z-A neutronów. Sumaryczna masa atomu jako całości była by więc równa tej masie plus masa Z elektronów.

Jednak pomiary masy pojedynczych atomów pokazują, ze jest ona zawsze mniejsza niż obliczona w ten sposób. Różnica między tak obliczoną masą, a masą zmierzoną eksperymentalnie jest nazywana defektem masy (mass defect M.D.).

MD=Z*m_h+(Z-A)m_n - M

gdzie m_h i m_n są odpowiednio masami atomu wodoru i neutronu. Ten defekt masy jest równy masie, która pojawiłaby się w formie energii w hipotetycznym procesie ,,składania'' atomu z pojedynczych protonów, neutronów i elektronów. Taka sama ilość energii mogłaby się również pojawić w procesie ,,rozłożenia'' atomu na poszczególne elementy.

Stąd energia równoważna defektowi masy uważana jest jako pomiar energii wiązania poszczególnych jąder atomowych.

4.Wyprowadź prawo rozpadu promieniotwórczego.

Prawo rozpadu naturalnego - to zależność określająca szybkość ubywania pierwotnej masy substancji zbudowanej z jednego rodzaju cząstek, która ulega naturalnemu, spontanicznemu rozpadowi.

N - masa próbki ulegającej rozpadowi,

λ - stała rozpadu charakterystyczna dla danego izotopu lub substancji

t - czas

N₀ - masa początkowa w momencie t=0

5.Co to są rozpady promieniotwórcze β? Czy świadczą one o tym, że w jądrze atomowym znajdują się elektrony? Jeżeli nie , to jakie jest pochodzenie tych elektronów?

Rozpad beta to przemiana nukleonu w inny nukleon, zachodząca pod wpływem oddziaływania słabego. Wyróżniamy dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad β − (beta minus) oraz rozpad β + (beta plus).

Rozpad β − polega na przemianie neutronu w proton poprzez emisję bozonu pośredniczącego W − przez jeden z kwarków d neutronu. W − rozpada się następnie na elektron i antyneutrino elektronowe według schematu:

Rozpad β + polega na przemianie protonu w neutron, jednak aby reakcja ta mogła zaistnieć konieczne jest dostarczenie energii z zewnątrz. Proton przemienia się w neutron poprzez emisję bozonu W + , który rozpada się na pozyton oraz neutrino elektronowe według równania:

6. Co to jest promieniowanie α ? Przedstaw mechanizm emisji cząstek α z jądrem uranu.

Promieniowanie alfa to rodzaj promieniowania jonizującego cechującego się małą przenikalnością. Promieniowanie alfa to strumień cząstek alfa.

Cząstka alfa (helion) składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Ma ładunek dodatni i jest identyczna z jądrem atomu izotopu 4He, więc często oznacza się ją jako He2+. Nazwa pochodzi od greckiej litery α.

Cząsteczki alfa są wytwarzane przez jądra pierwiastków promieniotwórczych, jak uran (pierwiastek) i rad (pierwiastek). Przykładowa reakcja rozpadu:

Proces ten określa się jako rozpad alfa. Jądro, które wyemituje cząstkę alfa pozostaje zwykle w stanie wzbudzonym, co wiąże się z dodatkową emisją kwantu gamma. W rozpadzie alfa udział biorą oddziaływania silne.

7.Przedstaw w jaki sposób za pomocą izotopów węgla określić można wiek wykopalisk.

8.Przedstaw reakcje rozpadu uranu
pod wpływem termicznych neutronów.

9. Opisz reakcje syntezy jądrowej przebiegające na Słońcu.

10.Opisz model i właściwości sił jądrowych.

Siły jądrowe - siły działające między nukleonami - protonami (p) i neutronami (n), powodujące wiązania jąder atomowych; s.j. są znacznie silniejsze od sił kulombowskiego odpychania działającego między protonami - stanowią one szczególny przypadek tzw. oddziaływań silnych; źródłem informacji na temat s.j. są wyniki badań układów dwunukleonowych n-p i p-p, własności jąder atomowych oraz oddziaływań nukleonów z mezonami; s.j. mają następujące własności:

1. są krótkozasięgowe (1-2 fm);

2. są na ogół przyciągające, ale na bardzo małych odległościach (0,4-0,5 fm) - odpychające,

3. zależą od spinów nukleonów (a także od orientacji tych spinów),

4. zależą od wzajemnej orientacji całkowitego spinu układu nukleonów S oraz ich orbitalnego momentu pędu L w ruchu względnym,

5. wykazują w przybliżeniu niezależność ładunkową tzn. siły n-p, p-p, n-n są w przybliżeniu równe; uzupełnieniem analizy fenomenologicznej s.j. jest teoria mezonowa, według której oddziaływanie nukleonów tłumaczone jest wymianą jednego lub kilku mezonów (lub jednego bozonu będącego stanem rezonansowym kilku mezonów), podobnie jak występowanie sił elektromagnetycznych tłumaczy się wymianą fotonów.

1

Żeby dowiedzieć się kiedy nastąpiła śmierć danego organizmu, należy zmierzyć aktualne proporcje molowe izotopu węgla ¹⁴C do całej zawartości węgla w badanych pozostałościach organizmu lub materiałów pochodzących z tego organizmu (np. drewna lub skóry) i porównać je z proporcjami występującymi w organizmie żywym. Uzyskany w ten sposób wynik jest dość dokładny.

Synteza 1 kg wodoru daje 7.1 grama masy

zamienionej na energię:

● E = mc2 = 0.0071 kg x (3x10⁸ m/s)2 = 6.4x10¹⁴ J

● Jasność Słońca 3.83x10²⁶W,

● W każdej sekundzie 675 milionów ton H jest zamieniane na 653 milionów ton He z równoczesną zamianą około 22 milionów ton materii na energię.

---