fyzika iv - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/fyzika_iv_nanotechnologie/fyzika_iv.pdf · 2011. 2. 28. ·...
TRANSCRIPT
![Page 1: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/1.jpg)
Fyzika IVAtomová a jaderná fyzika
kontakt: Petr Alexa, Institut fyziky A 952, [email protected]: 607 683 702
Zápočet: 40 bodů, zkouška: písemná 20 bodů, ústní 40 bodů
Literatura:● HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J.: Fyzika, část 5: Moderní fyzika, nakl. VUTIUM a PROMETHEUS, Praha 2000●FEYNMAN, R. P., LEIGHTON, R. B., SANDS M., Feynmanovy přednáškyz fyziky, Fragment 2000 ●VANOVIČ, J., Atomová fyzika, SNTL Praha 1980●ÚLEHLA, I., SUK, M., TRKA, Z., Atomy, jádra, částice, Academia Praha, 1990●BLATT F. J., Modern Physics, McGrawHill 1992●http://homel.vsb.cz/~ale02/FyzikaIV
![Page 2: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/2.jpg)
Atomová a jaderná fyzika
●Speciální teorie relativity
●Základní kvantové jevy: záření černého tělesa, fotoelektrický jev emise a absorpce světla, LASER
Comptonův jev, vlnová délka částic
●Stavba atomu: Thomsonův a Rutherfordův model atomu elektronový obal, atomová spektra Bohrův model atomu vodíku
![Page 3: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/3.jpg)
Atomová a jaderná fyzika
● Charakteristiky atomového jádra, radioaktivní procesy,jaderné reakce: složení a vlastnosti jader, vazebná energie, slupkový model radioaktivita a její aplikace interakce záření s hmotou, dozimetrie jaderné reakce (štěpení a fúze, zdroje energie, vznik prvků ve vesmíru)
jaderná fyzika a nanotechnologie (analytické metody, příprava struktur) ● Částice, interakce a detekce částic:
přehled elementárních částic interakce elementárních částice urychlovače a detektory
Cesta do hlubin hmoty
![Page 4: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/4.jpg)
Speciální teorie relativity
Postuláty:• existence inerciálních vztažných
sytémů (IVS)– ideálně tuhá měřidla– ideální hodiny (synchronizace)
1. princip speciální relativityIVS rovnocenné, platí v nich
stejné fyzikální zákony (rovnice stejný tvar)
2. princip konstantní rychlosti světlave všech IVS ve vakuu se šíří
světlo konstantní rychlostí nezávislou na rychlosti zdroje
![Page 5: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/5.jpg)
Speciální teorie relativity
![Page 6: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/6.jpg)
Speciální teorie relativity
![Page 7: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/7.jpg)
Speciální teorie relativity
Lorentzova transformace:t’ = γ (t – v x / c2)
x’ = γ (x – v t)
y’ = y
z’ = z
γ = (1 – v2/c2)-1/2
transformace rychlosti:
kontrakce délek L =L0/γ
ux '=dx 'dt '
=u x−v
1−u x v /c2 uy '=dy 'dt '
=uy
1−u x v /c2
uz '=dz 'dt '
=uz
1−u x v /c2
![Page 8: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/8.jpg)
Speciální teorie relativity
relativistická dynamika:
hmotnost m = γ m0
hybnost p = γ m0v
energie:
celková energie
klidová energie
kinetická energie
E = m c2 = γ m0c2
E0 = m
0c2
Ek = (γ – 1) m
0c2
![Page 9: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/9.jpg)
intenzita vyzařování [W m2] StefanBoltzmannův zákon:
StefanovaBoltzmannova konstanta: = 5,67 x 108 W m2 K4
Wienův posunovací zákon: K m
emise v kvantech:
I=T 4
max T=2,898.10−3
Emin=h
Záření černého tělesa
![Page 10: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/10.jpg)
Fotoelektrický jev
Foton: kvantum elektromagnetického vlnění s energií
Planckova konstanta h = 6,623 x 1034 J s
Fotoelektrický jev
E energie fotonu
W výstupní práce
ν frekvence fotonu
νm minimální
frekvence fotonu
E=h f =h=h c
E=h=EkW
E k=h−W
E k=0 ⇒ hm=W
![Page 11: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/11.jpg)
Emise a absorpce světla LASER
E k=h−W
![Page 12: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/12.jpg)
Emise a absorpce světla LASER
LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
podmínky:
inverzní populace rezonátor
![Page 13: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/13.jpg)
Emise a absorpce světla LASER
E k=h−W
![Page 14: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/14.jpg)
Thomsonůvmodel atomu(1904)
Rutherfordův model atomu1909 experiment1911 model
![Page 15: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/15.jpg)
1913
![Page 16: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/16.jpg)
Rentgenové záření
Em maximální energie fotonu
rentgenového záření
νm maximální frekvence fotonu
Ek kinetická energie elektronu
E m=hm=e U=Ek
![Page 17: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/17.jpg)
1895
![Page 18: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/18.jpg)
1895
![Page 19: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/19.jpg)
Moseleyho zákon
Dvoji
význam protonového čísla Z
1911 Rutherford
van den Broek:Z pořadí v periodické tabulcem(Co)=58.9 u m(Ni)=58.7Z(Co)=27 Z(Ni)=28
1913-4 Moseley:rentgenová emise atomů
Henry Moseley
(1887-1915)
Z≈A/2
f =k1Z−k2
f K =2.47×1015Z−12
f L=4.57×1014Z−7.42
![Page 20: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/21.jpg)
Složení jader
původní představa: jádro složeno z protonů a elektronů(ale problém spinu: těžký vodík deuteron má spin 1)
J. Chadwick (1932)objev neutronu
W. Heisenberg (1932)jádro složeno z protonů a neutronů
![Page 22: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/22.jpg)
Vlastnosti protonu a neutronuklidová hmotnost: (klidová energie E
0 = m c2)
1 eV = 1,6 .1019 J, 1 MeV/c2 = 1,78.1030 kg
mp = 938,27 MeV/c2 = 1,672622 .1027 kg
mn = 939,57 MeV/c2 = 1,6749272 .1027 kg
● klidová energie: mpc2= 938,27 MeV
mnc2= 939,57 MeV
● náboj: Qp = +e, Q
n = 0 C spin: s
p = s
n = ½
(platí Pauliho vylučovací princip – jaderné hladiny)
● stabilita: proton stabilní
rozpad neutronu (poločas 12 min)
![Page 23: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/23.jpg)
Označování a klasifikace jader
● označení
● hmotnostní (nukleonové) číslo A – izobary
● protonové číslo Z – izotopy
● neutronové číslo N – izotony
● izoméry
● stabilní a nestabilní jádra
● sudosudá, lichá, licholichá jádra
● sférická a deformovaná jádra
![Page 24: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/24.jpg)
Izotopické složení prvků
![Page 25: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/25.jpg)
Izotopické složení prvků
● ~ 270 stabilních jader
● pouze 20 monoizotopických prvků (60 % sudosudých, 38 % lichých)
● ostatní prvky izotopické poměry:
0.0001 : 99.9998 (3He : 4He) 49.5 : 50.5 (81Br : 79Br)
● izotopické poměry ovlivněny fázovými přechody(led, voda, pára)
![Page 26: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/26.jpg)
Separace a obohacování izotopů
separace a obohacování:různé izotopy – různé fyzikálněchemické vlastnosti
hmotnost, difúze, tepelná vodivost, viskozita,
adsorpce, tlak nasycených par, hustota,
rovnovážné a rychlostní konstanty chemických reakcí,
odlišné chování v elektrickém a magnetickém poli,
index lomu, izotopický posuv v elektronových spektrech,
vibrační molekulová spektra
![Page 27: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/27.jpg)
Separace a obohacování izotopů
● magnetická separace● difúze a termodifúze
● destilace, elektrolýza● odpařování
● odstřeďování● laser
![Page 28: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/28.jpg)
Hmotnostní spektrograf
![Page 29: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/29.jpg)
Rozměr jader
rozptyl částic,
elektronů, neutronů
určování poloměru
hustota jader
(kapalina)
![Page 30: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/30.jpg)
Vazebná energie jader● krátký dosah jaderných sil:B ~ A (nikoli B ~ A2)● závislost B/A● fúze lehkých jader● štěpení těžkých jader
![Page 31: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/31.jpg)
Radioaktivita
● rozpadový zákon
● rozpadová konstanta
● poločas rozpadu T1/2
● střední doba života ● aktivita A = N● jednotky 1Bq, 1Ci=37GBq
● rozpadové řady
● aplikace radioaktivity
● typy radioaktivity
– alfa (238U: T1/2
= 4,5.109 let)
– beta● beta(14C: 5730 let)● beta+(18F: 110 min)● Kzáchyt (40K: 2,3.109 let)
– gamma (60Ni*)● elektronová konverze
![Page 32: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/32.jpg)
Aplikace radioaktivity● datovací metody
(radiokarbonová, draslíkargonová ...)● značení atomů a molekul● zobrazovací metody (medicína)
pozitronová emisní tomografie (PET)
![Page 33: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/33.jpg)
Interakce záření s hmotou● nabité částice:
ionizují atomy● neutrální částice:
– fotony:● fotoelektrický jev● Comptonův jev● tvorba párů e+, e
– neutrony:● jaderné reakce
● absorpce e, , n:– absorpční zákon
– absorpční koeficient
– polotloušťka x1/2
![Page 34: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/35.jpg)
Dozimetrie● radiační dávka D
● jednotka:
1 Gy (gray) = 1 J kg1
3 Gy: 50 % populace zemře
1Gy = 100 rad
(radiation absorbed dose)
● dávkový příkon D' = dD/dt
● jednotka: Gy s1
● dávkový ekvivalent H = D Q N
– Q jakostní faktor (záření)
– N modifikující faktory (čas)● jednotka:
1 Sv (sievert) = 1 J kg1
1Sv = 100 rem● příkon dávkového ekvivalentu
H'= dH/dt [Sv s1]
● ekvivalentní dávka H = wR D
– váhový faktor wR= 1 – 20
● efektivní dávka E (orgány)
normy pro ef. dávku:1 mSv / rok (obyvatelstvo)50 mSv / rok (jaderní pracovníci)
![Page 36: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/36.jpg)
Jaderné reakce štěpení jader
●235U: štěpení pomalými neutrony (E
k= 0.02 eV)
– 2,51 neutronu/štěpení (Ek= 2 MeV)
– zpomalení na 0.02 eV: moderátor (H2O, D
2O, grafit, H
3BO
3)
●238U: štěpení rychlými neutrony (E
k>1.1 MeV)
1 kg 235U: 8 x 1013 J(3 x 106 kg uhlí)
AA
B/A
![Page 37: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/37.jpg)
Jaderný reaktor
primární neutrony:
106 s – 0,1 s (99,25 %)
sekundární neutrony:
0,07 s – 80,2 s (0,75 %)
lze regulovat:
absorbátor: H3BO
3, Cd tyče
obohacení 235U: 4 % 1,0000 < k < 1,0075
![Page 38: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/38.jpg)
Jaderné reakce fúze jader
Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,stabilní výkon 4MW po 4spodmínky pro fúzi: 100200 miliónů kelvinůčas 12 s, hustota 23 x 1020 jader/m3
● vodíková bomba
● řízená termojaderná reakce
B/A
A
![Page 39: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/39.jpg)
Tokamak ITER
Cadarachev jižní Francii
zahájení: 2007provoz: od 2016objem: 840 m3
výkon: 500 MW zážehy fúze: 500 s
palivo: 0.5 g d+tcena: 10 G€
http://www.iter.org/
![Page 40: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/40.jpg)
výhody fúze:● zásoby: 5 x 1016 kg deuteria, 1 km3 vody = energie ropy na Zemi● spotřeba: miliarda let● radioaktivní odpad: 100 let (jaderné reaktory 10000 let)● bezpečnost: nestabilita > ukončení fúze
![Page 41: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/41.jpg)
Vznik prvků ve vesmíru● velký třesk: 1 s – 100 s
vznik lehkých prvků (H, He, Li)
● hvězdy:od 1 mld. letvznik ostatních prvků:fúzí lehčí prvky do Fetěžší prvky
především záchytem neutronu a betarozpadem
![Page 42: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/42.jpg)
Vznik prvků ve vesmíru
![Page 43: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/43.jpg)
Příprava transuranů
![Page 44: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/44.jpg)
Jaderná fyzika a nanotechnologieJaderné analytické metody
IBA (ionbeam analysis): soubor metod● prvkové složení s hloubkovým rozlišením 5 – 20 nm(do hloubky ~ 10000 nm, citlivost: ~ ppm)
● tloušťky tenkých vrstev
jednotlivé metody:● RBS (Rutherford backscattering spectrometry) – vyšší Z
● FReS (Forward recoil spectrometry) – Z < 9● ERDA (Elastic recoil detection analysis) – Z < 9
● NRA (Nuclear reaction analysis) – Z < 9● PIXE (Particle induced Xray emission analysis) – 20 ppb● Kanálování (Ion channeling analysis) – krystaly (defekty)
![Page 45: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/45.jpg)
PIXE
![Page 46: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/46.jpg)
Jaderná fyzika a nanotechnologieJaderné analytické metody
● CPAA (charged particle activation analysis)● PIXE (particle induced Xray emission)● NRM (nuclear reaction method)● RBS (Rutherford backscattering spectrometry)
![Page 47: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/47.jpg)
Jaderné analytické metodyNeutronová aktivační analýza
![Page 48: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/48.jpg)
Jaderná fyzika a nanotechnologie Iontová implantace
Tandetron v Řeži u Prahy0,4 – 25 MeV, max. 10 A
kovové ionty do dielektrik(sklo, keramika, polymery)energie: keV – MeVparametry implantace:teplota, energie, náboj iontů,implantační hloubkový profil, dávka
vznikají:
kovové nanočástice, nanovrstvy,
domény
ionty Au 1,7 MeV do skla,
1016 iontů/cm2
![Page 49: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/49.jpg)
Elementární částiceleptony – neinteragují silně
kvarky – interagují silně
nosiče základních interakcí
graviton?
částiceantičástice
kvarkantikvark
leptonantilepton
elektronpozitron
![Page 50: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/50.jpg)
Základní interakcev přírodě
![Page 51: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/51.jpg)
Vázané systémy kvarků
![Page 52: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/52.jpg)
Urychlovačeradioaktivní látky do 15 MeVkosmické záření ~ 1013 MeV, ale 1039 eV1 cm2 s1 sr1 málo!lineární urychlovače:
van de Graaffův
lineární rezonanční urychlovače(urychlování vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem)
E k=Q U
E k≈MeV , I≈ A
![Page 53: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/53.jpg)
Urychlovačekruhové urychlovače:
cyklotron (B konst., f konst.)synchrocyklotron (B konst., f klesá – relativistická obl.)synchrotron (R konst. co největší ztráty, B roste)betatron (B proměnné, indukované E urychluje)
CERN LHC p+p 7 TeV + 7 TeV
![Page 54: Fyzika IV - vsb.czhomel.vsb.cz/~ale02/Fyzika_IV_nanotechnologie/Fyzika_IV.pdf · 2011. 2. 28. · Abingdon v Anglii TOKAMAK JET: 1997 d+t výkon 16.1 MW, uvolněná energie 22 MJ,](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022052615/6086b0714b8005680c66733f/html5/thumbnails/54.jpg)
Detektory
detekce nabitých částic: ionizacedetekce neutrálních částic: konverze na nabité částice
plynové detektory: ionizační komoryproporcionální počítačeGeigerMuellerovy počítače
další detektory: scintilačnípolovodičovémlžné a bublinové komoryjaderné emulzedriftové komorykalorimetryČerenkovovy počítače