Nuklearna fizika

1. Nuklearna fizika Predavanje 2 Nuklearna sila dr.sc. Nikola Godinović

2. Dimenzije jezgre

3. Kako ispitujemo dimenzije jezgre

4. Standardni model

5. Kvarkovi – građevni blokovi hadrona

6. Barioni i mezoni

7. Deuteron - neutron + proton • 1913 Bohrov model atoma – začetak teorijske atomske fizike, riješen problem dvaju tijela proton+elektron. • Proton i elektron međusobno djeluje električnom Coulmbovom silom koja je bila poznata iz makroskoipskih mjerenja, ali mehanizam djelovanja na atomskoj skali je bio nepoznat. • 1926 Shrodiger i Heisenber uvode valnu mehaniku za opis prirode na atomskoj skali. • Primjena valne mehanike za opis nuklearnih fenomena daje za neke fenomene dobro slaganje s ekesperimentom. • Prirodno je započeti s opisom sistema od dva nukleona

8. Sistem od dva nukleona • Deuteron – ima samo jedno energijsko stanje. • Eksperimentalno izmjerena svojstva deuterona • Energija osnovnog stanja • Moment količine gibanja • Parnost • Elekrični kvadrupolni moment • Magnetski dipolni moment • Dimenzije deuterona mjerene raspršenjem elektrona. treba bi reproducirati teorija • Raspršenje dva nukleona također omogućuju studiranje interakcije između dva nukleona, neutron-proton raspršenje, proton- proton raspršenje

9. Deuteron – eksperimentalni podaci • Energija vezanja deuterona je 2,225 MeV – srednja vrijednost preko velikog broja direktnih i indirektnih dobivenih mjerenjem masenim spektrometrom ili iz nuklearnih reakcija. • Mjerenje energije gama zraka koja se emitira kad se proton i neutron vežu u deuteron (n-p uhvat) • Mjerenje energije gama zraka koja izaziva razbijanje deuterona – fotodezintegracija • n-p uhvat , spori neutroni pogađaju metu od vodika, gama zraka se olovnim kolimatrima usmjerava na kristal te se mjeri kut refleksije od ravnina kritsla, 2dsin=n • Moment količine gibanja deuterona J=1 (optičkim i radofrekventnim metodama)

10. Model potencijala nuklearne sile

11. Deuteron – eksperimentalni podaci • Parnost se određuje indirektno iz proces dezintegracije i reakcija • Magnetski dipolni moment d=0,857393 nuklearnih magnetrona • Električni kvadrupolni moment Q=0,00282 barna • Potencijal n-p uz sferno-simetričnu komponentu ima i tarnzorksu komponentu • Tenzorska komponenta – potencijal ovisi o kutu izmedju vektor aspina neutrona i protona i radijus vektora između neitrona i protona.

12. Semiemprijska masena (Weizsäcker's )formula • Semiemprijska formula se temelji na teoriju (modelu kapljice) i na eksperimenatlnim podacima i daje dosta dobru apsoksimaciju mase i energije veze jezgre. • Masa jezgre , EB – energija veze • Prema semisprijskoj formuli energija veze jezgere je: • aV – volumni član • aS –površinski član • aC – Coulmbov član • aA – asimetrični član •  - član sparivanja

13. Volumni član & površinski član • Volimni član iskazuje činjenicu da je ukupna energija vezanja proporcionalna volumenu jezgre odnosno broju nukleona, A, u jezgri. • Ovo je u skladu s činjenicom da je r ~ A1/3 • Površinski član as, iskazuje činjenicu da su nukleoni na površini privučeni samo nukleonima unutar jezgre. Jedan oblik površinske napetosti. Ovaj član je proprocionalan površini r2~A2/3

14. Columbov član • Elektrostatska potencijalna energija Z protona unutar sfere polumjera R=rA1/3. • Za sferni volumen uniformne gustoće naboja

15. Asimetrični član • Član sparivanja A-2Z=Z+N-2Z=N-Z • Zbog Paulijeva principa pri nejednakom broju protona i neutrona stanja više energije su popunjena za taj tip nukleona, te se energija veze smanjuje.

16. Član sparivanja • Član sparivanja dan je izrazom a iskazuje tendenciju da jezgra ima paran broj protona i neutrona. • Kvantificira spinsko vezanje. Ako je broj protona sa spinom up i spinom down jednak prema Paulijevi principu energija jezgre bit će manja. Isto vrijedi za neutrone. Samo kad je broj protona i neutrona paran onda imamo jednak broj nukleona sa spinom up i spinom down. • Samnjuje masu povećava energiju vezanja ako su Zi N parni a povećava ako su neparni

17. e=even o=odd + 12 MeV (e-e) ap= 0 MeV (o-e or e-o) - 12 MeV (o-o) av=15.56 MeV ac=0.697 MeV as=17.23 MeV aa=23.285 MeV Vrijednosti parametara • Vrijednsoti parametar izraženi u MeV u semiempirisjkoj masenoj formuli a dobiveni fitanjem eskperimentalnih podataka. • Semiemprijska formula se dobro slaže s mkerenjima za sve stabline jezgre osim onih s malim A < 4

18. Semiemprijska formula i eksperimentalni podaci • Izvrsno slaganje semiemprijske masene formule (SEMF) i eksperimentalnih podataka osim za neke jezgre, N=20,28,50, 81, 126 naznačene na slici, energija veze izmjerena je manja od izračunate po SEMF