13. A magfizika alapjai Flashcards
izotóptérkép
Mik az atomot feléptő részecskék jellemző mennyiségeinek arányai? Hogy jellemzik az atomot a nukleonszámok?
Tömeg: < 1% elektronfelhő, > 99% atommag
Térfogat: elektronfelhő = 10^14*atommag
Tömegszám: protonok + neutronok száma
- izotóp: azonos protonszám
- izotón: azonos neutronszám
- izobár: azonos tömegszám
izotóptérkép
Mi az izotóptérkép és mit lehet leolvasni róla?
Izotóptérkép: N-Z-grafikon
- stabilitás völgye + stabilitás szigete: stabil atommagok, eltér a Z = N egyenestől (ide ok)
- stabilak fölött: pozitív béta-bomlás
- stabilak alatt: negatív béta-bomlás
- magasabb tömegszámoknál alfa-bomlás
- nagy magoknál spontán hasadás
- mágikus számok: ha Z vagy N ilyen szám, lezárt nukleonhéjak vannak, ilyen atomok körül több másik stabil (atommagok héjmodellje)
atommagok tömege, mérete
Mi jellemző az atommagok tömegére és méretére?
Méret: véges kiterjedés
- sűrűségeloszlás írja le: Fermi-fv.
- sugár paraméterezése: R = R0A^(1/3)*
- neutronbőr: protonok és neutronok eloszlási sugara különbözik
Tömeg: az atom > 99%-át teszi ki
- nukleonok tömege nagyon pontosan meghatározható
kötési energia
Mi a tömegdefektus jelensége és mi a magyarázata?
Tömegdefektus: atommagok könyebbek, mint az alkotó nukleonok össztömege külön
- magyarázat: kötési energia létezése, ez a hiányzó tömeg
Kötési energia: az atommag belső kötéseinek felszakításához szükséges energia, amit a magerő potenciálja okoz
- az Einstein-féle energia-tömeg ekvivalencia alapján: E(köt.) = Δmc^2 = E(p+) + E(n0) - M(mag)c^2
- maximum az 50-56-os tömegszámú atomoknál (energetikai kedvezőség miatt), fölöttük a p+-ok taszítása miatt csökken
cseppmodell, félempirikus kötési formula
Mi a cseppmodell és mik a jellemzői?
Cseppmodell: a kísérleti tapasztalatokat jól visszaadó atommag-modell
- mag anyaga egy elektromosan töltött összenyomhatatlan folyadék
- maganyag sűrűsége állandó, mivel a térfogat arányos A tömegszámmal
cseppmodell, félempirikus kötési formula
Mi a félempirikus kötésienergia-formula?
A kötési energiára vonatkozó összefüggés a cseppmodell alapján.
(insert képlet)
- a(V) térfogati tag: szomszédos nukelonok kcsh.-a
- a(S) felületi tag: maganyag felületi feszültségéből
- a(C) Coulomb-tag: p+-ok taszítása miatti potenciális energiából
- a(A) aszimmetria tag: a p+- és n0-szám eltéréséből
- δa(P) párkölcsönhatási tag: fluktuáció a kötési energia A- és Z-függésű menetében, Z és N paritásától függ
maghasadás, magfúzó, radioaktivitás
Mi a maghasadás és mik a jellemzői, illetve felhasználása?
Nehezebb atommagok szétesnek kisebbekre, mert ez energianyereséggel jár a kötési energia A-függése alapján.
- spontán ritkán történik —» “bombázórészecske” indukálni tudja
- atombomba és atomerőművek alapja: láncreakció a maghasadásokból
maghasadás, magfúzó, radioaktivitás
Mi a magfúzió és hogyan működik?
Atommagok egyesülése, mert ez is kedvező lehet energetikailag.
- Coulomb-gát: elektromos taszítás miatt, hatalmas energia kell a legyőzéséhez
- nagy hőmozgás esetén van elég energia az ütközésekből, de ehhez nagy hőmérséklet kell
- kisebb hőmérséklet esetén kis eséllyel alagúteffektussal is megtörténhet
- pl.: csillagok
maghasadás, magfúzó, radioaktivitás
Mi a radioaktivitás és milyen összefüggések írják le?
Az anyagnak az a tulajdonsága, hogy külső behatás nélkül, azaz spontán, mennyire jellemző rá a bomlás.
- bizonyos anyagok maguktól is sugároznak
- részecskeszám változása: dN(t)/dt = –λN(0)
- exponenciális bomlási tv.: N(t) = N(0)exp(-λt) = N(0)*2^(-t/T)
- bomlási állandó: λ = ln2/T, T a felezési idő
sugárzás és anyag kölcsönhatása
Hogy hathat kölcsön radioaktív sugárzás az valamilyen anyaggal?
A sugárzási energia nagyobb, mint az anyagban lévő részecskéké, így a sugárzás ionokat hoz létre.
- EMT: bejövő részecske energiája csökken, míg meg nem áll, energiaátadás az anyagnak
- elektromosan töltött részecskék: közvetlen ionizáció
- semleges részecskék: közvetett ionizáció
sugárzás és anyag kölcsönhatása
Milyen formái léteznek az energiaátadásnak?
- gerjesztés: e--ok magasabb energiaszintre kerülnek
- ionizáció: e--ok szabadulnak ki, ionok képződnek
- rugalmas ütközés: atomok mozgási energiát nyernek az ütközésekből
- fékezési ütközés: gyorsuló töltések EM-sugárzást bocsátanak ki
- Cherenkov-sugárzás: közegbeli fénysebességnél gyorsabban mozgó részecskék polarizálják az anyag elektronjait (legerjesztődéskor koherens dipólsugárzás)
- átmeneti sugárzás: koherens sugárzás különböző dielektromos állandójú közegek határán
sugárzás és anyag kölcsönhatása
Mi a Bethe-Bloch-formula és mik a jellemzői?
Jó közelítés a töltött részecskéknek közegben az elektronokkal való kcsh.-ra épülő energialeadására.
insert gigahoszú képlet
- tehát ez a dx távolságonkénti dE energialeadás
- legkisebb energiaveszteség: “minimum ionizáció”
- semleges részecskékre nem érvényes
A használt közelítések:
1. nehéz részecske pályája ≈ egyenes
2. v = állandó
3. elektronok elmozdulása tart a nullához
4. anyag elektronjainak eloszlása homogén
radioaktív bomlások
Mi a radioaktív bomlás és milyen fajtái vannak?
Atommagok átalakulása, az alkotó nukleonok átrendeződnek, hogy erősebben kötött állapotba kerüljenek.
- megmaradó mennyiségek: elektromos töltés, barionszám, leptonszám
α-bomlás: He-atommag kibocsátása, nagy atommagoknál
β-bomlás:
- negatív: elektron + semleges antineutrínó
- pozitív: pozitron + semleges neutrínó
- elektronbefogás: atommag a külső héjról befog elektront, csak semleges neutrínó bocsátódik ki
γ-bomlás: gamma-foton kibocsátása, csak az energiaszint változik
spontán maghasadás: nehéz izotópok bomlása alagúteffektus révén
nukleon emisszió: protonok vagy neutronok spontán kilökődése a magból felesleg esetén
elemi részecskék és alapvető kölcsönhatások
Milyen elemi és összetett részecskék léteznek?
Standard modell: az elemi részecskék és kölcsönhatásaik ma ismert elmélete
Anyagi részecskék: (fermionok)
- 6 kvark: különböző ízkvantumszám
- 6 lepton: elektron, müon, tau, ezek neutrínói
Közvetítő részecskék: (bozonok)
- gluon, foton, W-bozon, Z-bozon
Higgs-bozon: anyagi részecskék az ezzel való kcsh.-ból kapják a tömegüket
Összetett részecskék:
- mezon: két kvark
- barion: három kvark
- hadron: minden kvarkból álló részecske
elemi részecskék és alapvető kölcsönhatások
Mik az alapvető kölcsönhatások az elemi részecskék között?
Erős kölcsönhatás:
- közvetítő: gluon
- alapja: színtöltés
- csak kvarkokra hat
Gyenge kölcsönhatás:
- közvetítő: Z- és W-bozonok
- hozzá tartozó töltés: gyenge hipertöltés (két fajta érték)
- minden anyagi részecskére hat
EM-kölcsönhatás:
- közvetítő: foton
- töltött részecskékre hat
+ gravitáció, de ez még nincs összekapcsolva a többivel
