Download - Atomovová a jaderná fyzika
Atomovová a jaderná fyzika
Z čeho se skládá látka kolem nás? Co zapříčiňuje její vlastnosti?
Pro projekt „Cesta k vědě“ (veda.gymjs.net) vytvořil V. Pospíšil ([email protected]). Modifikace a šíření dokumentu podléhá licenci CC-BY-SA.
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme
do vaší budoucnosti
Modely atomu
Demokritos460 – 370 př.n.l.
Myšlenka, že látka není spojitá, má strukturu a skládá se z atomů pochází z antiky. Propagovali ji filozofové jako Demokritos, Epikuros a další.
Pierre Gassendi1592 – 1655
Isaac Newton1643 – 1727
Na antický atomismus navazovali mnozí filozofové a fyzikové novověku, např. francouzský matematik a astronom Pierre Gassendi nebo Isaac Newton. Pro
své domněnky však neměli jediný důkaz.
Modely atomu
V devatenáctém století nastupuje atomismus chemický. Francouzský chemik J. Proust při
studiu redukčně-oxidačních reakcí zjistil, že látky se slučují jen v určitých hmotnostních poměrech.
Joseph L. Proust1754 – 1826
John Dalton1766 – 1844
Anglický chemik J. Dalton dále zjistil, že některé chemické prvky se mohou
slučovat i ve více poměrech.
O C CO
O C CO2O
Obě tyto zákonitosti (Zákon stálých poměrů slučovacích, Zákon násobných poměrů slučovacích) lze vysvětlit tak, že prvky se
skládají z atomů a sloučeniny z molekul – spojení několika atomů.
Modely atomu
Joseph L. Gay-Lussac1778 – 1850
Amadeo Avogadro1776 – 1856
Hypotézu atomů potvrdily i další objevy. Francouzský fyzik J. L. Gay-Lussac přišel na další zákon chemického slučování. Zjistil, že slučují-li se některé plyny, vstupují
do reakce vždy jejich stejné nebo násobné objemy. To se dá vysvětlit tak, že ve stejných objemech různých plynů
je stejný počet atomů.
Ve zbylých případech se objem plynů mění – např. při slučování jednoho dílu chloru a jednoho dílu vodíku vznikají dva díly chlorovodíku. Tuto nejasnost vysvětlil italský fyzik a chemik
Avogadro zákonem který říká, že ve stejných objemech různých plynů je při stejném tlaku a teplotě vždy stejný počet molekul. Přitom předpokládal, že některé prvky v plynném
stavu nejsou jednoatomové, ale jsou tvořeny molekulami (např. H2 či Cl2, které pak dají vzniknout dvěma molekulám HCl).
Objev elektronu
Joseph J. Thompson1856 - 1940
J. J. Thompson roku 1897 vysvětlil katodové paprsky pomocí proudu nabitých částic, jakýchsi „částeček
elektřiny“. Pro tyto částice se ujal název elektron. Ze zakřivení drah elektronů v magnetickém poli určil
Thompson měrný náboj elektronu, tj. veličinu e/me .
Robert Millikan1868 - 1953
Americký fyzik R. Millikan prováděl v roce 1910 řadu pokusů k určení
hodnoty elektrického náboje elektronu, tzv. elementárního náboje. Spolu s
hodnotou e/m pak bylo možné usoudit na hmotnost elektronu.
J. J. Thompson je pokládán za objevitele první elementární částice, elektronu. Spolu s Millikanem určili
základní vlastnosti této částice – náboj a hmotnost.
kgm
Ceq
e
e
31
19
10110.9
10602.1
Objev elektronu
Katodové paprsky
Měření e/m
Millikanův experiment
FeFg
Olejové kapičky
Nabité desky
Millikanův experiment
Objev atomového jádra
Ernest Rutherford1871 - 1937
Poznatek, že elektrony vyletují z atomů vyvrátil odvěkou představu o nedělitelnosti a nastolil otázku jejich
struktury. J. J. Thompson se domníval, že kladný náboj je rovnoměrně rozložen v celém objemu atomu a
elektrony v něm vězí jako rozinky v pudinku. Odtud název „Pudinkový model atomu“
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
Tuto hypotézu vyvrátili roku 1911 E. Rutherford a jeho
spolupracovníci ve slavném experimentu rozptylu záření α
na tenké zlaté fólii.
Objev atomového jádra
Proud α částic
Tenká zlatá fólie
Rozptýlené α částice
Scintilátor
Lehce rozbíhavý kužel
Předpověď výsledku Rutherfordova pokusu, kdyby platila Thompsonova rozinková teorie stavby atomu.
Rutherfordův pokus
Atom se skládá z malého, kladně nabitého jádra, ve kterém je soustředěna téměř veškerá hmotnost atomu, zabírá však minimální zlomek jeho celkového objemu. Kladný náboj jádra a záporný náboj elektronového obalu se navzájem ruší.
Planetární model atomu
V návaznosti na Rutherfordův pokus byl atom popisován pomocí planetárního modelu. Jádro zde
fungovalo jako slunce, kolem nějž po kruhových orbitách létaly
elektrony. Jejich přitažlivost ovšem nebyla dána gravitační interakcí,
nýbrž elektromagnetickou.
Dle klasické elektrodynamiky nabitá částice, která se pohybuje se
zrychlením, vyzařuje elektromagnetické vlny a ztrácí tak energii. Klasická fyzika tedy předpovídala, že elektrony musí
velmi rychle ztratit pohybovou energii a spadnout na jádro (v čase cca 10-7 s). Tento paradox nebylo možno vysvětlit
bez pomocí kvantové teorie.
Bohrův model atomu
Niels Bohr1885 - 1962
Dánský fyzik Niels Bohr v roce 1913 použil závěrů kvantové mechaniky, že částici lze popsat jako vlnu. V jeho modelu atomu se elektrony mohou držet vždy na přesně daných kruhových orbitech, a to na takových, kde mohou vytvořit stojaté vlnu. Tam, kde by výsledná interference byla destruktivní se elektrony nalézat nemohou. Proto není možné, aby po spirále spadly na jádro a atom zůstává stabilní.
Stojatá vlna na kruhovém orbitu
Destruktivní interference na kruhovém orbitu
Bohrův model atomu
Na základě Bohrova modelu bylo možné vysvětlit, proč se spektra,
která emitují vybuzené atomy, skládají z diskrétních čar. Na každém orbitu má elektron
specifickou energii. Při přechodu mezi orbity ji musí pohltit nebo
vyzářit ve formě fotonu. A jelikož jsou orbity diskrétní, rozdíly
energií mezi nimi jsou přesně dané.
Elektrony při přechody mezi orbity (hladinami) vyzařují nebo přijímají
vždy stejné a přesně dané množství energie. V příslušných spektrech
jsou pak jen určité diskrétní barvy.
Bohrův model atomu
Niels Bohr1885 - 1962
Problémy:
• Nedokázal vysvětlit chemickou vazbu
• Odporoval Heisenbergovu principu neurčitosti
• Nedokázal vysvětlit rozštěpení energetických hladin v magnetickém poli
Pozorování atomových spekter
2
6.13
n
eVEn
n=1n=2
UV Lymanova série
Optická Balmerova série
Rozštěpení energetických hladin v mg. poli
Spektrum vodíku pozorované v silném magnetickém poli.
Běžné spektrum sodíku.
Řešení Schrödingerovy rovnice pro atom
r
e
zyxmti
2
02
2
2
2
2
22
4
1
2
Erwin Rudolf Josef Alexander
Schrödinger
1887 - 1961 tzyx ,,,
Vyřešilo se
Existují funkce Ψ, řešící Schrödingerovu rovnici, kterých je
v souladu s Bohrovou teorií diskrétní počet. Oproti Bohrově
teorií je jich však více a mohou být charakterizovány tzv. kvantovými
čísly.
Kvantová čísla atomu vodíku
Symbol Název Dovolené hodnotyn Hlavní kvantové číslo 1, 2, 3, … *)
l Orbitální kvantové číslo 0, 1, 2, … , n-1
m Magnetické kvantové č. -l, … +l
tzyxnlm ,,,
*) Každá s funkcí Ψnlm odpovídá jednomu povolenému stavu elektronu v obalu (orbitalu). Za běžných podmínek se všechny funkce se stejným n navenek projevují stejně a dohromady odpovídají jednomu orbitu v Bohrově modelu atomu.
Částice popsaná vlnovou funkcí již vyhovuje Heisenbergovým relacím neurčitosti, neboť |Ψ|2 udává pouze pravděpodobnost výskytu částice, nikoliv přesnou polohu a hybnost.
Řešení Schrödingerovy rovnice pro atom v mg. poli
Br
e
zyxmt
i 2
02
2
2
2
2
2
4
1
2
1
Každý další jev se v principu dá vyřešit přidáním příslušného členu do Schrödingerovy rovnice a nalezením vyhovujících Ψ.
Pieter Zeeman 1865 - 1943
V silném magnetickém poli se některé energetické hladiny v atomovém obalu rozštěpí. Tento jev objevil holandský fyzik Pieter Zeeman. Zeeman tento jev vysvětlil jako inter-akci mezi magnetickým polem a magnetickým dipólovým momentem (souvisí s orbitál-ním momentem).
Potenciál mg. dipólu v magnetickém poli
Zjednodušený výklad Zeemanova jevu
I
Magnetický moment elektronu
Vnější magnetické pole
Vnější mg. pole interaguje s orbitálním mg. polem elektronu a nutí jej zaujmout jinou „dráhu“ s jinou energií.
Rozštěpení energetických hladin v mg. poli
Spektrum vodíku pozorované v silném magnetickém poli.
Běžné spektrum sodíku.
A co tohle?
Situace bez magnetického pole – spin elektronu
Každá částice mikrosvěta má kromě vlastností, jež mají analogii v makrosvětě (poloha, hybnost) i vlastnosti, jež analogii nemají. Jednou takovou vlastností je spin, který zapříčiňuje, že většina elementárních částic má vlastní magnetický dipólový moment. Spin je do jisté míry analogie k rotaci, na rozdíl od koule ale „rotaci“ elektronu nelze zastavit, zrychlit ani zpomalit. Jeho pole může být orientováno pouze dvěmi směry, což odpovídá „rotaci“ vlevo a vpravo, jeho velikost je však základní fyzikální konstantou.
Nabitá rotující koule má mg. dipólový moment, protože náboje na jejím povrchu tvoří proudové smyčky.
Spin
Elektron považujeme za bezrozměrnou (bodovou) částici, je u něj však možné pozorovat vlastní magnetické pole podobné, jako má rotující koule. Proto je možné přiřadit elektronu vlastní moment hybnosti. Tato veličina se nazývá spin. Shodnost s momentem hybnosti rotující koule je však velice povrchní.
Moment hybnosti
p
r
prL
L
L
Spin
Spin je čistě kvantová veličina. Pro kvantové veličiny platí některá na první pohled nepochopitelná omezení – jako například nemožnost měření některých veličin současně. To je obsahem tvrzení Heisenbergova principu neurčitosti.
Hybnost a polohu částice (kvanta) nelze současně určit s libovolnou přesností. Určíme-li přesně polohu, neznáme hybnost částice vůbec – a naopak. Nepřesnosti v určení hybnosti a polohy jsou spolu svázány následujícími vztahy:
2/
2/
2/
hpz
hpy
hpx
z
y
x
Měříme-li x-ovou složku polohy objektu přesně, jde nepřesnost měření x-ové
složky hybnosti k nekonečnu a naopak. Nelze tedy měřit x-ové složky polohy a hybnosti částice současně. To samé
platí i pro další složky polohy a hybnosti.
Spin
Existují i další veličiny, které nelze měřit současně, například:
• X-ové složky polohy a hybnosti
• X-ové složky polohy a momentu hybnosti
• X-ové složky hybnosti a momentu hybnosti
• Další odpovídající si složky těchto vektorových veličin
• Libovolné dvě různé složky momentu hybnosti
• Libovolné dvě složky spinu
Je možné přesně určit jednu složku momentu hybnosti a jeho velikost, další dvě složky zůstávají z principu neurčitelné.
Spin je čistě kvantová veličina. Pro kvantové veličiny platí některá na první pohled nepochopitelná omezení – jako například nemožnost měření některých veličin současně. To je obsahem tvrzení Heisenbergova principu neurčitosti.
Spin
Je možné přesně určit jednu složku momentu hybnosti a jeho velikost, další dvě složky zůstávají z principu neurčitelné.
z
x
y
Z-ová složka momentu hybnosti (Lz)
Velikost momentu hybnosti
2222zyx LLLL
Kužel, který „opisuje“ moment hybnosti se známou hodnotou z-ové souřadnice a
velikosti.
Spin
Jak z-ová složka momentu hybnosti, tak velikost hybnosti jsou kvantované – mohou
nabývat pouze diskrétních hodnot.
z
x
y
z
x
2
2
0
Spin
z
x2
6L
2
0
Počet možných hodnot délky orbitálního momentu hybnosti a jeho z-ové složky udávají již známá
kvantová čísla:
• l …. orbitální kvantové číslo (0, 1, … , n-1) určuje počet možných délek momentu hybnosti
• m … magnetické kvantové číslo ( -l, … +l ) určuje počet možných z-ových složek momentu hybnosti
Pozn. : délky i velikosti složek kvantových momentů hybnosti se měří v jednotkách
l = 2 (tj. )
m = -2, -1, 0, 1, 2
2h
2
Spin
z
x
y
Spin elektronu má pouze jednu hodnotu velikosti a dvě možné hodnoty z-ové
souřadnice.
2
3S
2
1zS
Směr osy z je možno zvolit libovolný a pro volný elektron jsou všechny směry stejné. Pokud se
ovšem elektron nachází v (homogenním) magnetickém poli, je vhodné volit směr z souhlasný
se směrem intenzity pole.
Spin
Magnetický moment elektronu
Vlastní moment hybnosti elektronu (spin) může vůči orbitálnímu
magnetickému poli nabýt pouze dvou orientací. Energetická hladina se tak rozštěpí na dvě blízké podhladiny.
Spin
Kvantová čísla atomu vodíku
Symbol Název Dovolené hodnotyn Hlavní kvantové číslo 1, 2, 3, …
l Orbitální kvantové číslo 0, 1, 2, … , n-1
m Magnetické kvantové č. -l, … +l
s Spin +1/2 , -1/2
tzyxnlms ,,, Každá s funkcí Ψnlms odpovídá jednomu povolenému stavu elektronu v obalu (orbitalu). Za běžných podmínek se všechny funkce se stejným n navenek projevují stejně a dohromady odpovídají jednomu orbitu v Bohrově modelu atomu.
Wolfgang Pauli
1900 - 1958
Pauliho vylučovací princip – což je další ze základních principů kvantové mechaniky – říká, že dvě částice s poločíselným spinem nemohou být zároveň v jednom kvantovém stavu. V elektronovém obalu je proto každý stav obsazen nejvýše jedním elektronem – díky čemuž mají různé atomy různé chemické vlastnosti.
Objev neutronu
H He
H
H
He
1x m
1x q
2x m
1x q
3x m
1x q
3x m
2x q
4x m
2x q
Částice tvořící jádro vodíku bylo nazváno proton. Záhy se ale ukázalo, že vodíku jsou tři varianty, další dvě jsou cca a 2x a 3x těžší, a že další prvek (dvojnásobný náboj) má čtyřnásobnou hmotnost. Později se ukázalo, že existuje i varianta s pouze trojnásobnou hmotností. Z jakých dalších částic se tedy jádra skládají? Nachází se v nich kromě protonu ještě další částice, která nemá náboj, je ale stejně těžká?
Objev neutronu
James Chadwick(1891-1974)
1920 – předpověď existence neutronu 1932 – objev neutronu (Chadwick)
Toto záření bylo původně považováno za gamma (stejně pronikavé, neutrální), nicméně se našly rozdílné vlastnosti – například nevybíjelo
elektroskopy (absence fotoefektu).
Atomové jádro
Proton
Neutron
Elektron MeV511.0m0
MeV56.939m0
MeV27.938m0
Částice tvořící atomy byly ve třicátých letech byly považovány za elementární.
NAZ X
chemická značka prvku
počet nukleonů (protony + neutrony)
počet protonů počet neutronů
1
1
1 1NAZ X 2
2
2 2NAZ X
izotopy Z1 = Z2 stejný počet protonů
izotony N1 = N2 stejný počet neutronů
izobary A1 = A2 stejný počet nukleonů
izomery vše = různé E hladiny
Tabulka nuklidů
Z
N
NAZ X
Tabulka nuklidů – údolí stability
Hmotnost a vazebná energie jádra
Každá jednotlivá částice v jádře má svoji klidovou energii E = m0c2. Stejně tak má klidovou energii jádro. Tyto energie (a tedy hmotnosti) si ale nejsou rovny.
pnHe mmm 22
Úbytek hmotnosti je dán vazebnou energií – tedy energií, která byla uvolněna při
„svázání“ částic jádra dohromady.
Evolné částice svázané částice
úbytek energie
Hmotnost a vazebná energie jádra
Každá jednotlivá částice v jádře má svoji klidovou energii E = m0c2. Stejně tak má klidovou energii jádro. Tyto energie (a tedy hmotnosti) si ale nejsou rovny.
pnHe mmm 22
Úbytek hmotnosti je dán vazebnou energií – tedy energií, která byla uvolněna při
„svázání“ částic jádra dohromady.
volné částice částice interagují vázané částice
2mcE
Hmotnost a vazebná energie jádra
Hmotnost atomu, hmotnost jádra a součet hmotností nukleonů se liší. Pro jednoduchost byla zavedena univerzální jednotka, založena na hmotnosti běžného izotopu uhlíku :
kg
MeVcu
CMu
27
2
126
1066.1
481.931
12
)(
relativní atomová hmotnostní jednotka
2),( cmZAZmXM eeAZ
hmotnost jádra hmotnost elektronů
vazebná energie elektronového
obalu0?e 0e
Hmotnost a vazebná energie jádra
V tabulkách jsou hmotnosti obvykle udávány v MeVc-2 nebo v násobcích u – tzv. relativní hmotnosti :
Proton
Neutron
Elektron u-40 10899 5.485MeV511.0m
u665 1.008MeV56.939m0
u276 1.007MeV27.938m0
2)(),( cmZAmZAZm np hmotnost protonů
hmotnost neutronů
vazebná energie jádra
2)(),( cmZAmZAZm np Vazebná energie jádra
Hmotnost a vazebná energie jádra
Vazebná energie jádra je až na znaménko rovna práci, kterou je potřeba vynaložit na rozsekání jádra na jednotlivé nukleony. Na toto je třeba práci vždy vynaložit! Jiná situace nastává, když rozsekáme jádro ne na nukleony, ale jen na několik menších částí, nebo když několik lehčích jader spojíme, pak můžeme práci i získat. Pro popis těchto jevů je dobré zavést ještě jednu veličinu, a to vazebnou energii na 1 nukleon:
2)(),( cmZAmZAZm np
AV
Hmotnost a vazebná energie jádra
Fúze viz přednáška Ing. Svobody
Energie z hvězd.
Jaderné štěpení
Všechny prvky od uranu výš se štěpí samovolně – rozpadají se na menší jádra. Systém má po rozpadu nižší energii než před ním, přebytek energie se vyzáří ve formě fotonů a předá se úlomkům jako kinetická energie. Pravděpodobnost štěpení můžeme výrazně zvýšit přidáním neutronu do jádra.
energie1021
23692
23592
10
2
2
1
1 nkYYUUn A
ZAZ
Základní, nejjednodušeji realizovatelná štěpná reakce. Vstupní neutron musí být pomalý, reakce pak má vysokou pravděpodobnost, že proběhne.
Stejně snadno probíhají štěpné reakce s izotopy a , ty jsou však vzácné.P23994 U233
92Pro další štěpné reakce, například na , je třeba použít rychlé neutrony a reakce U238
92
jsou mnohem méně pravděpodobné.
Rychlé neutrony – energie > 1 eV
Pomalé neutrony – energie < 1 eV.
Tepelné neutrony – nejpravděpodobnější energie kolem 0.025 eV. rychlost m/s
hu
sto
ta p
ravd
.
rozdělení rychlostí v plynech
Rychlost, energie a teplota spolu
souvisí přes tzv. Maxwell-
Boltzmannovo rozdělení.
Jaderné štěpení
Štěpení běžnějšího uranu 238 rychlými neutrony je technicky mnohem obtížnější než štěpení 235U.
U23892
U23592
účinný průřez (pravděpodobnost) štěpeníúč
inný
prů
řez
reak
ce (
barn
)
energie nalétávajícího neutronu (eV)
tepe
lné
ne
utro
ny
Jaderné štěpení
t
x
pohlcení neutronu
oscilace
~10-14 s ~10-20 s ~10-17 s ~10-14 s
~10-12 s
~1 min
rozp
ad
jádr
a
vzdalování
odštěpků
n
n
okamžité neutrony
deexcitace
zastavení odštěpků
n
zpožděné neutrony
časový diagram štěpné reakce
Jaderné štěpení
řetězová reakce Sch
éma
zobr
azuj
e id
eáln
í př
ípad
. V
e sk
uteč
nost
i se
mno
ho n
eutr
onů
ztra
tí –
ule
tí z
rea
kční
zón
y ne
bo z
inte
ragu
je ji
ným
způ
sobe
m.
Jaderné štěpení
Počet zužitkovaných neutronů pro další štěpení lze vyjádřit číslem:
utekabsorbstepenipalivo PPkPP kde Ppalivo je pravděpodobnost, že emitovaný neutron zasáhne jádro uranu, Pstepeni pravděpodobnost, ze v takovém případě dojde k štěpné reakci a k je průměrný počet neutronů emitovaných při jedné reakci (2 až 3). Pabsorb je pak pravděpodobnost toho, že se neutron chytí v něčem jiném, než v palivu a Putek je pravděpodobnost opuštění aktivní zóny.
0podkritický stav – reakce má tendenci se zastavit
0kritický stav – reakce
běží a lze ji kontrolovat
0nadkritický stav – rychlost
reakce exponenciálně vzrůstá
Jaderné štěpení
n10
moderace
pohlcování neutronů
reaktorový jed
B105 Cd110
48
Xe13554
Jaderné reaktory v ČR
JE Temelín
JE Dukovany
Výzkumné reaktrory LVR-15 a LVR-0 v ÚJV Řež
Školní reaktor FJFI ČVUT
Školní reaktor FJFI VR-1
Typ: lehkovodní, bazénový
Nominální výkon:
1kW (tepelný), krátkodobě 5kW
Palivo: Typ IRT-4M, obohacení do 20 % uranem 235Rozměry nádob:
vnitřní průměr 2300 mm, výška 4720 mm, tloušťka stěny 15 mm
Stínění :boční: demineralizovaná voda min. 850 mm + těžký beton 950 mm nad aktivní zónou: 3000 mm vrstva demineralizované vody
Provozovatel: FJFI -katedra jaderných reaktorů
Elektrický náboj a hustota jádra
Rozložení náboje v jádru lze zjistit pomocí ostřelování materiálu elektrony.
][ fmr
hust
ota
nábo
je
2 4 6 8
He
MgAu
R
][ fmr
hust
ota
nábo
je
5,0 0,1 5,1 0,2
p
n
Rozložení náboje v protonu a neutronu odpovídá 3 bodovým částicím …
mr
ArR15
0
0
1045.1
31
elektrický poloměr jádra
Použijeme-li elektrický poloměr jako odhad poloměru geometrického, vyjde nám pro hustotu jaderné hmoty:
3173
03
0343
34
103.14
3
kgmr
m
Ar
mA
R
mA
V
m uuu
Pro srovnání – hustota vody je přibližně 1000 kgm-3. Koule z jaderné hmoty o hmotnosti země by měla poloměr cca 200 m. Krabička od zápalek naplněná jadernou hmotou by vážila jako
několik plně naložených nákladních vlaků.
Spin jádra
Jak proton, tak neutron jsou částice, které mají spin ½. Jádro, které se z nich skládá, pak může mít spin různý – to závisí na přesném složení a konfiguraci protonů a neutronů. Závisí na tom, zda je počet protonů a neutronů sudý či lichý a kolik částic jádro obsahuje. Obecně lze říct :
Jádro je licho-liché : sudý počet částic
Spin jádra je celočíselný : I = 1, 2, 3, …
Jádro je sudo-liché nebo licho-sudé : lichý počet částic
Spin jádra je poločíselný : I = ,,, 25
23
21
Jádro je sudo-sudé : sudý počet částic spárované po dvou
Spin jádra je celočíselný : I = 0
Každé jádro s nenulovým spinem má rovněž nenulový magnetický dipólový moment. Pro jádra v základním stavu byl naměřen spin z intervalu <0, 8>. Například
8,7 20483
17671 BiILuI
Spin jádra
Důkaz existence kvantovaného magnetického dipólového momentu jádra (a tedy spinu) podal Stern-Gerlachův experiment.
Otto Stern1888-1969
Walter Gerlach1889 - 1979
Energetické stavy jádra
Stejně jako elektronový obal je i jádro členěno na energetické hladiny. Protony a neutrony mají zvlášť své energetické stavy.
V jádře hrají obrovské vlivy vazby mezi orbitálním magnetickým momentem částic a jejich spinem (v elektronovém obalu jsou tyto efekty velmi malé).
Energetické hladiny jádra jsou proto velmi složité a dají se spočítat jen přibližně.
Elektromagnetické vyzařování atomu
IR, viditelné, UV
E ≈ eV
rentgen
E ≈ keV
gamma
E ≈ GeV
Jaké druhy elektromagnetického záření pohlcují/vyzařují částice v atomu při přechodu mezi hladinami?
Shrnutí
• Starověký atomizmus, chemický atomizmus
• Objev elektronu
• Objev atomového jádra – Rutherfordův pokus
• Bohrův model atomu
• Řešení Schrödingerovy rovnice pro atom vodíku
• Zeemanův jev
• Spin
• Kvantová čísla, Pauliho vylučovací princip
• Objev neutronu
• Atomové jádro, tabulka nuklidů
• Hmotnost a vazebná energie
• Jaderné štěpení
• Náboj a hustota jádra
• Spin jádra, Stern-Gerlachův pokus
• Energetické hladiny jádra