Wstęp do fizyki jądra atomowego

Książka wymaga poprawek językowych i stylistycznych.

Wstęp do fizyki jądra atomowego

Mirosław Makowiecki

---

SPIS RZECZY

Nukleony a budowa jądra atomowego 

 1

Najważniejsze parametry jądra atomowego 

 2

Rozpady (przejścia, przemiany) jądrowe 

 3

Promieniowanie i szeregi promieniotwórcze 

 4

Rozpraszanie cząstek na jądrze atomowym 

 5

Reakcje jądrowe 

 6

Łańcuchowe reakcje rozszczepienia. Reaktory jądrowe. Bomba jądrowa 

 7

Oddziaływanie promieniowania z materią 

 8

Będziemy się tutaj zajmować fizyką jądra atomowego, tzn. z jakich cząstek składa się jądro atomowe, dlaczego jądro atomowe nie rozkłada się mimo odpychających sił oddziaływania między cząstkami, czyli sił kulombowskich i dowiemy się, że istnieją pewne siły zwane oddziaływaniem silnym. Także przestawimy rozpady, rozpraszanie i reakcje na jądrach atomowych.

Spis treści

Nukleony a budowa jądra atomowego

• 1Etap współczesny
• 2Model standardowy materii
• 3Jądra atomowe
• 4Nuklid
• 5Siły jądrowe
• 6Masa i energia wiązania jąder atomowych i nuklidów
• 7Budowa jądra atomowego i jego energia wiązania
  • 7.1Masa jądra atomowego
  • 7.2Odchylenie masy (mass excess)
• 8Średnia energia wiązania nukleonów
• 9Materia jądrowa (rozkłady gęstości ładunku i masy atomowej)
• 10Energię separacji (wiązania) nukleonu
• 11Energie oddziaływania pairing (parowania nukleonów w jądrze atomowym)
• 12Modele jąder atomowych
  • 12.1Model kroplowy
    • 12.1.1Model kroplowy według Weizsöcke'a i Bethe'go
    • 12.1.2Model kroplowy według Myers'a i Świąteckiego
    • 12.1.3Model kroplowy- dalsze rozważania
  • 12.2Model gazu Fermiego
  • 12.3Model powłokowy
• 13Energia wiązania jąder atomowych a jego stabilność
  • 13.1Nuklidy stabilne i niestabilne
  • 13.2Reguła Mattaucha (z doświadczenia)
• 14Rozpraszania wysokoenergetycznych cząstek e, p, n i innych cząstek na jądrze atomowym

Najważniejsze parametry jądra atomowego

• 1Multipolowe momenty elektryczne jąder
  • 1.1Momenty wewnętrzne
    • 1.1.1Moment monopolowy
    • 1.1.2Moment elektryczny dipolowy
    • 1.1.3Moment kwadrupolowy
    • 1.1.4Układy o symetrii osiowej
  • 1.2Jądra o dowolnym kształcie
• 2Elektryczne momenty spektroskopowe
• 3Moment magnetyczny jąder atomowych
  • 3.1Model jednocząstkowy sferyczny
• 4Funkcja gęstości materii jądrowej
• 5Poziomy energetyczne jąder atomowych
• 6Spin stanów jąder atomowych
• 7Określenie spinów stanów podstawowych jąder atomowych
  • 7.1Jądra parzyste
  • 7.2Jądra nieparzyste
• 8Momenty elektryczne i magnetyczne

Rozpady (przejścia, przemiany) jądrowe

• 1Ogólny schemat rozpadów
  • 1.1Warunek energetyczny
  • 1.2Reguły wyboru
  • 1.3Prawo zachowania ładunku elektrycznego, ładunku barionowego i innych liczb kwantowych
• 2Klasyfikacja rozpadów
  • 2.1Ze względu na emitowane cząstki
    • 2.1.1Rozpad α
    • 2.1.2Rozpady β
    • 2.1.3Rozpady nukleonowe p i n
    • 2.1.4Przejścia γ
    • 2.1.5Konwersja wewnętrzna (KW)
  • 2.2Ze względu na oddziaływania prowadzące do rozpadu
• 3Prawdopodobieństwo rozpadu (przejścia) ze stanu początkowego |i>
  • 3.1Prawo rozpadu
• 4Mechanizm rozpadu (przemiany) α
  • 4.1Współczynnik przenikalności bariery potencjału jądra X
  • 4.2Prawdopodobieństwo rozpadu α
  • 4.3Prawo Geigera-Nutalla
• 5Rozpady nukleonowe
  • 5.1Warunek energetyczny (energia rozpadu)(N od n lub p)
• 6Przemiana (rozpad) β
  • 6.1Elementy macierzowe hamiltonianu w rozpadzie β względem stanu krańcowych (elementy teorii rozpadu β)
  • 6.2Niezachowywanie parzystości w rozpadzie β
  • 6.3Skrętność leptonów
• 7Przejścia elektromagnetyczne (emisyjne)
  • 7.1Przejścia γ
  • 7.2Konwersja wewnętrzna (KW)
    • 7.2.1Ogólne zasady pomiarów parametrów przejść elektromagnetycznych jąder atomowych
      • 7.2.1.1Energie przejść γ
      • 7.2.1.2Multipolowość (σl+σ'l',δ²)
      • 7.2.1.3Zredukowane prawdopodobieństwo przejścia
  • 7.3Konwersja wewnętrzna par e^-e⁺(KWP)
• 8Rozczepienie spontaniczne (spontanic fission(sf))
  • 8.1Mechanizm sf

Promieniowanie i szeregi promieniotwórcze

• 1Aktywność źródła promieniotwórczego
  • 1.1Aktywność promieniowania
  • 1.2Dawka promieniowania (DOZA) D pochłonięta
• 2Dawka równoważna i skuteczna (dawki biologiczne)
• 3Źródła napromieniowania
  • 3.1Promieniotwórczość naturalna
  • 3.2Promieniowanie kosmiczne
  • 3.3Wybuchy jądrowe
  • 3.4Energetyka jądrowa
  • 3.5Awarie reaktorów jądrowych
  • 3.6Ekspozycje medyczne
• 4Oddziaływanie procesów jądrowych z materią (e,α,γ) - działania biologiczne promieniowania jonizującego
• 5Szeregi promieniotwórcze
  • 5.1Rodzina torowa s=0
  • 5.2Rodzina neptunowa s=1
  • 5.3Rodzina uranowo-radowa s=2
  • 5.4Rodzina uranowo-aktynowa s=3

Rozpraszanie cząstek na jądrze atomowym

• 1Przekroje czynne
  • 1.1Całkowy przekrój czynny
  • 1.2Różniczkowy przekrój czynny
• 2Wzbudzenie kulombowskie jądra
• 3Rozpraszanie rezonansowe kwantów γ przez jądra atomowe. Efekt Mössbauera
  • 3.1Ruchy termiczne jąder atomowych, a emisja kwantu γ
  • 3.2Poszerzenie linii emisyjnej i absorpcyjnej przy obracającym się źródle
  • 3.3Zjawisko Mössbauera
• 4Nierelatywistyczne rozpraszanie elastyczne
• 5Formalizm kwantowego opisu rozpraszania
• 6Model optyczny oddziaływania cząstka-jądro

Reakcje jądrowe

• 1Klasyfikacja reakcji jądrowych
• 2Zasady zachowania w reakcjach jądrowych (reguły wyboru)
• 3Reakcje bez pośredniego rozpraszania (reakcje wprost)
  • 3.1Cechy charakterystyczne reakcji wprost
• 4Reakcje przez jądro złożone
• 5Reakcje rozszczepieniowe (Fission), czyli reakcje przez jądro złożone
  • 5.1Mechanizm reakcji rozszczepienia
  • 5.2Energia neutronów pierwotnych
  • 5.3Deformacja kropli jądrowej w procesie rozczepienia
    • 5.3.1Bariera energetyczna równa wartości ΔW_f większej od zera
    • 5.3.2Bariera energetyczna równa wartości ΔW_f nie większej niż zero
  • 5.4Masy fragmentów rozczepienia jądra C*

Łańcuchowe reakcje rozszczepienia. Reaktory jądrowe. Bomba jądrowa

• 1Łańcuchowe reakcje rozszczepienia
  • 1.1Warunki na zajście reakcji łańcuchowej
• 2Reaktory jądrowe
  • 2.1Wodny reaktor ciśnieniowy
  • 2.2Реактор Большой Мощности Канальный (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj, Reaktor Kanałowy Wielkiej Mocy) (RBMK)
• 3Bomba jądrowa
• 4Reakcje syntezy i termosyntezy
  • 4.1Ogólny opis reakcji syntezy
    • 4.1.1Wybrane reakcje syntezy
  • 4.2Reakcje termosyntezy
• 5Bomba termojądrowa

Oddziaływanie promieniowania z materią

• 1Oddziaływanie różnego rodzaju promieniowania z materią
  • 1.1Metody oddziaływania cząstek ciężkich z materią
  • 1.2Metody oddziaływania elektronów z materią
    • 1.2.1Przekroje czynne przy przejściu promieniowania jonizującego ośrodek
    • 1.2.2Przekroje czynne na rozpraszanie sprężyste na elektronach, czyli w procesach, w których zachodzi zasada zachowania energii
    • 1.2.3Przekroje czynne na rozproszenia sprężyste na jądrach
    • 1.2.4Przekroje czynne na emisję promieniowania występującego przy zmianie pędu cząstki w ośrodku
  • 1.3Metody oddziaływanie promieniowania γ z materią
    • 1.3.1Zjawisko fotoelektryczne
    • 1.3.2Zjawisko Comptona
    • 1.3.3Zjawisko tworzenia par elektronów
  • 1.4Współczynnik absorpcji promieniowania jądrowego
• 2Promieniowanie Czerenkowa
• 3Metody detekcji cząstek naładowanych i cząstek γ
• 4Detektory przejścia
  • 4.1Jonizacja
  • 4.2Liczniki gazowe (jonizacyjne)
  • 4.3Komora jonizacyjna
  • 4.4Liczniki proporcjonalne i wielodrutowe liczniki proporcjonalne
  • 4.5Licznik Geigera-Müllera
    • 4.5.1Budowa licznika
    • 4.5.2Działanie licznika
  • 4.6Liczniki iskrowe
  • 4.7Detektory scyntylacyjne
  • 4.8Detektory śladowe
  • 4.9Licznik scyntylacyjny
  • 4.10Liczniki półprzewodnikowe
  • 4.11Detektory neutronów
• 5Spektrometry promieniowania jądrowego
  • 5.1Spektrometry licznikowe
    • 5.1.1Wielokanałowy przetwornik amplitudy ADC
  • 5.2Spektrometry magnetyczne
• 6Parametry spektrometrów licznikowych i magnetycznych
  • 6.1Energetyczna zdolność rozdzielcza spektrometru
  • 6.2Energetyczna zdolność rozdzielcza detektora
  • 6.3Zdolność rozdzielcza elektroniki spektrometru (FWHM_EL)
  • 6.4Wydajności detektorów i spektrometrów
  • 6.5Zdolność rozdzielcza η_w(E) detektora (spektrometru) promieniowania jądrowego
  • 6.6Zdolność rozdzielcza absolutna detektora w spektrometrze promieniowania jądrowego
  • 6.7Transmisja spektrometru magnetycznego
  • 6.8Świetliwość spektrometru magnetycznego

Bibliografia

• Bibliografia

Licencja

Autor: Mirosław Makowiecki
Absolwent UMCS Fizyki Komputerowej Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie
Email: miroslaw(kropka)makowiecki(małpa)gmail(kropka)pl
Dotyczy: książki, do której należy ta strona, oraz w niej zawartych stron i w nich podstron, a także w nich kolumn, wraz z zawartościami.
Użytkownika książki, do której należy ta strona, oraz w niej zawartych stron i w nich podstron, a także w nich kolumn, wraz z zawartościami nie zwalnia z odpowiedzialności prawnoautorskiej nieprzeczytanie warunków licencjonowania.
Umowa prawna: Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń.
Autor tej książki dołożył wszelką staranność, aby informacje zawarte w książce były poprawne i najwyższej jakości, jednakże nie udzielana jest żadna gwarancja, czy też rękojma. Autor nie jest odpowiedzialny za wykorzystanie informacji zawarte w książce, nawet jeśli wywołaby jakąś szkodę, straty w zyskach, zastoju w prowadzeniu firmy, przedsiębiorstwa lub spółki bądź utraty informacji, niezależnie czy autor (a nawet Wikibooks) został powiadomiony o możliwości wystąpienie szkód. Informacje zawarte w książce mogą być wykorzystane tylko na własną odpowiedzialność.