Etap ekstrakcji cech sygnału Mel-frequency cepstral coefficients
FIZYKA III MEL
description
Transcript of FIZYKA III MEL
FIZYKA IIIMEL
Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych
Wykład 1 – własności jąder atomowych
Rutherford (1911)
R 10 fm
Ernest Rutherford(1871-1937)
1908
Odkrycie jądra atomowego
10-20 10-10 100 1010 1020 1030
do Słońcajądro
atom WszechświatZiemia
człowiek
rozmiary (w metrach)skala logarytmiczna!
Skala przestrzenna
Cząstki i oddziaływania
•jądra atomowe
•składniki jąder: protony i neutrony (nukleony)
•liczne cząstki produkowane w wyniku procesów , w których uczestniczą nukleony lub jądraOddziaływania:
•grawitacyjne
•słabe
•elektromagnetyczne
•silne
Trzy grupy cząstek elementarnych
Nośniki oddziaływań:
•fotony (oddz. elektromagn.)
•bozony W i Z (oddz. słabe)
•gluony (oddz. silne)
•grawitony? (oddz. grawitacyjne) Leptony:
•elektrony i neutrina elektronowe
•miony i neutrina mionowe
•taony i neutrina taonowe
Hadrony:
•nukleony
•mezony
•…. (kilkaset cząstek)
Masy obiektów subatomowych
Masy wyrażamy w jednostkach energii:
2mcE
Jednostka energii – elektronowolt:
1eV = 1,602 10-19 C V = 1,602 10-19 J
Jednostka masy: MeV/c2 lub MeV (c = 1)
Masy nuklidów wyrażamy w atomowych jednostkach masy u:
1 u = masy obojętnego atomu węgla
C12612
1
227 481931106605311 cMeV,kg,u
Kinematyka relatywistyczna
20
2 cmmcE k
energia całkowita energia spoczynkowa
energia kinetyczna
2220
2 pccmE
energia całkowita
energia spoczynkowa
pęd
Falowe własności materii
Długość fali de Broglie’a: p
h
Zasada nieoznaczności: xp
Xe
ośrodek ciągły (tu ciekły ksenon) jest prawie pusty!
tylko tu...
Pustka materii
_
_
_
Rozmiar jądra
Wzór słuszny dla r > R, gdzie R – promień jądra.
Na jaką odległość może zbliżyć się do jądra cząstka ?
rQqvm
E Nk
0
2
4
1
2
reZ
E k
0
2
większa energia
d
60o
parametr zderzenia
Gdy padająca cząstka znajdzie się dostatecznie
blisko jądra, włącza się oddziaływanie silne – formuła Rutherforda załamuje się. Punkt tego załamania wyznacza rozmiar jądra.
Rozmiar jądra
Rozmiar atomu: 10-10 m
Rozmiar jądra: 10-15 m
kEeZ
R
0
2
Dla jądra węgla: Ek = 5,1MeV R = 3,410-15m
Dla jądra aluminium: Ek = 9,0MeV R = 4,110-15m
Pustka materii
jądro piłka o średnicy 10 cm
elektrony
5 - 10 km
Rozmiar atomu: 10-10 m
Rozmiar jądra: 10-15 m
Świat jądrowy
energia jonizacji atomu wodoru – 13.6 eVenergia separacji nukleonu z jądra – 8.5 MeV
10-5 100 105 1010 1015 1020
gęstość [g/cm3]
Skala gęstości w mikro- i makroświecie:
ciało stałe
biały karzeł
gwiazda neutronowa
materia jądrowa
czarna dziura
ładunek: q = Ze e = 1.6 · 10-19 C
Składniki jądra
Ładunek jądra = n·e+
Masa jądra około dwukrotnie większa niż masa protonów.
Nukleony – protony i neutrony
Elektrony w jądrze?
MeV 10<βE więc nie!
np: spin jądra 147N jest całkowity
(eksperyment) podczas, gdy suma spinów (połówkowych) 14 protonów i 7 elektronów byłaby połówkowa!
MeV200
MeV/c200
fm1
ΔEΔx
Δp
Δx
oraz analiza spinów jąder…
zasada nieoznaczoności
Hipoteza: jądro zawiera A protonów i A – Z elektronów
(masa elektronu 0.5 MeV)
X - symbol pierwiastka
A - liczba masowa
Z - liczba atomowa
N - liczba neutronowa
Nuklidy
NAZ X
Pb20882
Fe5626
Be84
H11
ścieżka stabilności
+ gwiazdy neutronowe
Jądra superciężkie
IUPAC
101 Mendelevium Md102 Nobelium No103 Lawrencium Lr104 Rutherfordium Rf105 Dubnium Db106 Seaborgium Sg107 Bohrium Bh108 Hassium Hs109 Meitnerium Mt
Stabilne nuklidy
274 stabilnych nuklidów Z < 84
od wodoru Z = 1 do bizmutu Z = 83
następny polon Z = 84 jest już nietrwały
niestabilne wyjątki: technet Z = 43
oraz promet Z = 61N niep. N parz.
Z niep. 4 50 54
Z parz. 55 165 220
59 215 274
H21
Li63
B105
N147
Nuklidy
XAZnuklidy Au19779
izotopy X,X 'AZ
AZ H,H,H 3
121
11
izobary X,X A'Z
AZ O,N,C 14
8147
146
B,Be,Li,He 95
84
73
62izotony X,X mA
mZAZ
izomery wzbudzenie
*X,X AZ
AZ
Masy jąder
Spektrometr masowy
qvBqE BEv /
qvBrmv /2
qBmvr /
EqrBm /2separacja izotopów...
selektor prędkości
selektor pędu
źródło jonów
detektor
B
B
E
Aston 1919
od 1919 zidentyfikował i zmierzył masy 212 izotopów...
1922
Francis Aston 1877 - 1945
Defekt masy
m – masa jądramp – masa protonu (938.3 MeV)mn – masa neutronu (939.6 MeV)defekt masy:
m c2 = [Z · mp + (A – Z) · mn – m] c2 > 0
energia wiązania: EB = m c2
EB / A 8.5 MeV
Defekt masy (cd)
kolaps jądrowy...
deuter
md = 1875 MeV < mp + mp = 1878 MeV
m 3 MeV
słabo związany układ dwóch nukleonów
21H - deuter
31H - tryt
11H - wodór
50 150 250200100
2
4
6
8
10
A
EB/A[MeV]
Energia wiązania
Energia potencjalna układu związanego jest ujemna
stabilność
50 150 250200100
2
4
6
8
10
A
EB/A[MeV]
rozpady ,rozszczepienie
fuzja
najsilniej związane (62
28Ni, Fe)
liczby magiczne
50 150 250200100
2
4
6
8
10
A
EB/A[MeV]
28
20285082
126
N=50
Z=50N=82Z=28 Z=82
N=126Z=20N=20
N=28
Z=8N=8
Z=2N=2