REAKCJE WE WNĘTRZU SŁOŃCA
-SYNTEZA TERMOJĄDROWA
We wnętrzu słońca zachodzi cykl p-p
1012kg/s –szybkość powstawania 2H
3He+3Heà4He+1H+1H (Q=12,8MeV)
+Q=26,7MeV. 5*109 lat wystarczy paliwa na słońcu
Brak
1.Duża gęstość cząsteczek uczestniczących w syntezie -, np. atomy deuteru ulegają jonizacji i tworzy się plazma złożona z deuteru i elektronów.
2. plazma musi być gorąca- wytworzona w laboratorium stan o en.35 keV =(30k więcej niż na słońcu)
3.czas otrzymania plazmy -t musi być długi
nt>1020s/m2 –kryterium LAWSONA
inne reakcje syntezy:
D+Dà3He+n Q=3,27MeV; D+DàT+p Q=4,03MeV; D+Tà4He+n Q=17,6MeV
D+3Heà4He+p Q=18,4MeV
TOKAMAKI: Utrzymanie plazmy –tokamaki – w kształcie torusa, za pomocą przemian magnetycznej utrzymuje się plazmę tak aby nie stykała się ze ścianami ;- sposób inercyjny – rozgrzewanie i kompresja bardzo małych kuleczek mieszaniny deuteru z trytem przy użyciu laserów lub cząstek o dużej energii z akceleratorów.
FIZYKA CZASTEK ELEMENTARNYCH
460-370p.n.e Demokryt (atom niepodzielny)
Rutherford 10-10m rozmiary atomu, 10-14m rozmiary jądra atomu, 10-15m rozmiary protonów, 10-18m rozmiary kwarków, elektronów
CZĄSTKI:1)Budulec materii (kwarki: u-up, d-down c-chorm, s-stronge, t-top, b-botton) (leptony:elektron, neutrino, mion, neutrino mionowe, taon, neutrino taonowe gdzie mion i taon są cząstkami niestabilnymi – ulegają rozpadowi do elektronu) 2)pośredniczące-przenoszące oddziaływanie (fotony, bozony, gluony, grawitony) Hipotezę kwarków podali w 1964r M. Gell-Mann i H. Zweig.
KLASYFIKACJE CZĄSTEK
I.Ze względu na spin a) spin połówkowy 1/2h,3/2h (fermiony –podlegają statystyce Fermiego-Diraca), b)spin całkowity 0h, 1h (bozony- podlegają statystyce Bozego-Einstaeina)
Cząstki są nierozróżnialne!!!!
[F-cja falowa]2- miara prawdopodobieństwa, że cząstka znajduje się w elementach objętości; [Y]2 –nie zależy od tego w której przegrodzie jest cząstka. Wyżej wymienione własności posiadają dwie kombinacje f-cji falowej. 1) Yi(ri) Yk(rk) …Yn(rn) – funkcja symetryczna dla bozonów 2) Y1(r1) Y1(r2) …Y1(rn)
Yn(r1) Yn(r2) …Yn(r2)
–f-cja antysymetryczna dla fermionów
II.Ze względu na oddziaływanie których cząsteczki uczestniczą: a)oddziaływanie silnych HADRONY: 1.Bariony:złożone z 3 kwarków np. proton, neutron (pà(uud), nà(udd) u=+2/3e,d=-1/3e Bariony są fermionami, Mezo0ny są bozonami 2. Hezony układ kwark-antykwark np. P -à(u-,d) b) w oddziaływaniach słabych LEPTONYà elektronyàmiony, taony oraz ich neutrina.
W 1982 Dirac przewidział że elektron ma swój odpowiednik o takiej samej masie i spinie ale o przeciwnym ładunku elektrycznym. W 1932 odkryto doświadczalnie taką cząstkę pozyton. Obecnie sądzi się że każdej cząstce odpowiada antycząstka (różniąca się znakiem ładunku elektrycznego)
LICZBY KWANTOWE CZĄSTEK ELEMENTARNYCH
Każda cząstka posiada zespół liczb kwantowych którą wyznaczamy doświadczalnie są to wielkości:
1.masa spoczynkowa : mo= 0 dla fotonów, 0-106MeV dla leptonów, 135-880 – mezonów, >938 barionów. 2. Ładunek elek. Cząstki są obojętne lub posiadają ładunek elementarny e dodatni lub ujemny kwarki posiadają ułamkowy ładunek lek. 3.spin i moment magnetyczny m=-e/m àS. 4.statystyka: cząstki są fermionami lub bozonami. 5.liczba barionowa =B i liczba leptonowa =L , bariony mają B=+1, antyboriony –B=-1, Leptony mają L=1 i antyleptony –L=-1
Zasada zachowania liczby barionowej, Zasada zachowania liczby peptonowej. Np.
m+àe++ge+gm ,Lm=-1 0 0 , Lm=-1. 6.Dziwność –S P++pàK++S+ tu dla sigma zawsze powstają parami.
ODDZIAŁYWANIA W PRZYRODZIE
a) grawitacyjne m àm grawiton; b)elektromagnetyczne + à – foton; c) silne kwark à kwark – gluon d) przy rozpadzie cząsteczek pierwiastków –bozony W,Z
ŚCIEŻKA OŚMIOKROTNA
-bariony o spinie 1/2ħ –mezony o spinie 0 ħ
AKCELERATORY-urz.do przyspieszenia. 1. Generator Cockrofta-Waltera 1932r reakcja jądrowa bombardowanie protonami wodór liten
11H+73Lià42He+42He, energia cząstek a=8,5MeV, Kp=0,15MeV, Q-Kp=17,2MeV, Ka=8,6MeV 2.Generator Van de Graffa Princeton, napięcie przyspieszające do energi 1-20MeV 3.Cyklotron Lowrence’a Livingstona : pole wytwarzane –kilka T siła Lorenza K=1/2 q2/m2B2r2max – energia max przyspieszanych cząsteczek Cyklotron w Illinois ~200GeV 4.Betatrom Kersta 1941 do przyspieszania elektronów, do rozpędzania elektronów po orbicie kołowej stosuje się pole indukcyjne , elektron przyspiesza się do energii ~100MeV, liczba okrążeń 2,4*105. Współczesne akcelerometry wykorzystuje się do badania wewnętrznej struktury atomów i jąder atomów. Każda cząstka jest falą o długości a=h/Mv, im większy pęd cząstki tym krótsza fala , cząstka =sondą penetrującą materię.
AKCELERATORY LINIOWE: przyspieszenie wywołuje się falą elektromagnetyczną która uderza w grupę cząstek i je unosi.
AKCELERATORY KOŁOWE: kołowe cząstki utrzymywane są w polu magnetycznym wytwarzanych przez silne magnesy.
EXPERYMENTY: ze stałą tarczą i i wiązek przeciwbieżnych (E=mc2)
SLAC:W tym akceleratorze odkryto kwark C znajdujący się w cząstce psi do 9GeV –elektrony, do 3,1GeV –pozytony
FERMILAB:odkryto kwark Top 1995r.
CERN LHC- wielki zderzasz Hadronów en 7000GeV, tunel 27 km w ciągu sekundy 11000 Bozon Higgsa- jest to cząstka o masie ponad 100 mas protonów cząstki elementarne oddziaływają z polem Higgsa poprzez wymianę bozonu nabierają masy.
DESY: Odkryto gluon, KEK wykryto różnice między materią i antymaterią –Bella.
NEUTRINA wg modelu standardowego –neutrina elektronowe, mianowe, taonowe } + ich antycząsteczki. Teoretycznie istnienie neutrina przewidział Pauli 1831 natomiast w eksperymencie 1956 Reines potwierdzenie doświadczenia. NEUTRINA SŁONECZNE: z największym prawdopodobieństwem zachodzi :
p+pà12d+e++Ve;7Be+e-à7Li+Ve; 8Bà4He+4He+e++Ve, energia neutrin: pp <0,42MeV, 7Be>814keV, 8B 0-14,1 MeV NEUTRINA ATMOSFERYCZNE: powstają w reakcjach promieniowania kosmicznego z górną warstwą atmosfery. NEUTRINA ELEKTRONOWE powstałe wewnątrz słońca po 2 sekundach docierają na jego powierzchnię a po 8 docierają do ziemi. Przekrój czynny na reakcję neutrin z materią jest b.mały rzędu ~10-49m2
DETEKCJA NEUTRIN:-detektory umieszczone są w kopalniach w celu eliminacji błędów wynikających min. Tła promieniowania kosmicznego. DETEKTORY CHLOROWE: Ve+37Clà37Ar+e gdzie Ve neutrina, które mogą wywołać taką reakcję w słońcu typu 7Be, 8B, 37Ar-izotop promieniotwórczy
DETEKTORY POLOWE: Ve+37Gaà71Ge+e-
Ve-neutrina pochodzące z reakcji typu pp, Ge izotop promieniotwórczy. DETEKTORY CIĘŻKOWODNE: D2o a)reakcja Ve+nàp+e-, gdzie e- wywołuje promieniowanie Czerenkowa, b) rozbicie deutronu Ve+dàp+p+e- c)rozproszenie neutrin na lektrony. W eksperymentach otrzymywano zawsze mniej neutrin niż to wynikało z obliczeń. W detektorach z chlorem było ok. 3 razy mniej neutrin a w detektorach ciężkowodnych ok. połowę mniej (deficyt neutrin) Neutrina elektronowe po drodze ze słońca do ziemi przemieszczają się w neutrina mianowe lub taonowe – jest to zjawisko oscylacji neutrin. Wszystkie eksperymenty prowadzone przy wykorzystaniu omówionych detektorów potwierdzaja iż neutrina mają niewielką masę (niezerową)
WSZECHŚWIAT BUDOWA-płyn doskonały , gęstość materii jest stała (jednorodnie rozłożona w przestrzeni energia i materia) 1Mpc=3*1022m, 1pc=3 lata świetlne. Nasza galaktyka 30 tyś PC
1929-Edvin Hubble –wszechświat się rozszerza, 1927-Lemaitve- pierwszy twórca teorii wielkiego wybuchu, 1948 Gamrow też wielki wybuch, 1965- Pehzias, Wilson –okrycie reliktowego promieniowania tła (efekt doplera)
SATELITY 1992 COBE,WMAP –satelity rejestrujące promieniowanie reliktowe wykryły niejednorodności w rozkładzie materii we wszechświecie który miał 300 tyś lat
EWOLUCJA WSZECHŚWIATA: a)0-10-43s –Era Planca, gęstość materii –energii 1097 kg/m3, temp. 1032K, Obecne prawa fizyki nie dają informacji o wydarzeniach w Erze Planca. b) 10-43-10-35s Era wielkiej unifikacji –wszystkie oddziaływania z wyjątkiem grawitacyjnego są równoprawne w temp 1028 K –oddziaływanie silnie oddzieliło się od oddziaływania słabego i elektromagnetycznego. c) 10-35s -10-33 Era inflacji wszechświat przyspiesza swoje rozszerzanie się.
d) 10-33 -10-5 Era plazmy glonowo –kwarkowej T= 3*1012K. kwarki łączą się w protony i neutrony powstała nadwyżka materii nad antymaterią e) 1s-4 min Era nukleosyntezy T=109K –powstają lekkie jądra 2H, 3H, 3He, 4He, 7Li promieniowanie elektromagnetyczne nie może pokonać dużej drogi bo wciąż oddziałuje z jądrami – wszechświat nie jest przezroczysty. f) 4 min -3000000lat Era rozprzęgania materii i promieniowania T=104K – powstają atomy, a promieniowanie elektromagnetyczne może przebywać drogę bardzo dużą – wszechświat staje się przezroczysty. Wtedy wysłane fotony zarejestrowane jako promieniowanie reliktowe miały energię odpowiadającą 2,73K, g) 300000-2mld lat –powstają galaktyki, h) 2 mld chwila obecna –tworzenie się układów planetarnych
PRAWO HUBBLE’A V=H*d –prędkość oddalania się galaktyk jest proporcjonalna do odległości między nimi. V-prędkość, H- stała Hubble’a, d-odległość między galaktykami. Wg danych z sondy WMAP wiek wszechświata 13,7 mld lat, WMAP –sonda umieszczona od ziemi 1,5 mln km w tgz. Punkcie libacyjnym (tyłem do słońca ziemi i księżyca) wynik z sondy: wiek wszechświata 13,7 mld lat , model płaski wszechświata, ilość materii barionowej 4-5%, ilość ciemnej materii 23-25%, ilość ciemnej energii 70-73%. CIEMNA MATERIA: a) gorąca to prawdopodobnie neutrina w liczbie 1087 b) to tzw cząstki super symetryczne 1072 np. neutrino, bozon, superpartrela fotonu)
DETEKTORY DO REJESTRACJI CIEMNEJ MATERII: a) kriogeniczne :rejestracja impulsu cieplnego wywołanego przez cząstkę ciemnej materii (german, tlenek glinu) b) scyntylacyjne- rejestracja impulsu świetlnego –ciekły ksenon)
PRZYSZŁE LOSY WSZECHŚWIATA: Ω-gęstość krytyczna, Ω<1 –model otwarty, Ω=1 model płaski, Ω>1 model zamknięty (czas oś x)
CIAŁO STAŁE: Budowa krystaliczna: 1 Śieć krystaliczna –układ punktów przestrzeni regularnej (sieć+baza=struktura) , parametry ścian a ā; b ъ ; ĉ g
TABELA 1!!!
Współ czynnik upakowania k
K=(objętość wszystkich atomów w komórce elementarnej )/(objętość komórki elementarnej)
Dla sieci F
Dla sieci heksagonalnej współczynnik upakowania także wynosi k=0,74
WSKAŹNIKI MILLERA
1.Dla węzłów sieci krystalicznej – jest to 3 cyfry: m,n,p
2.Dla kierunków [h,k,l]
3.Dla płaszczyzn [h,k,l]
1) A=3, B=2, C=4 2) odwrotność 1/3, ½, ¼ 3)najmniejszy wspólny mianownik D=12 4) wskaźnik Millera h=D/A=4, k=D/B=6, l=D/C=3 (4,6,3)
Gdy płaszczyzna jest równoległa do danej płaszczyzny o współczynnikach (h,k,l) posiada takie same wskaźniki. Jeśli płaszczyzna przecina os w nieskończoności jej wskaźnik wynosi 0. Przykład dla układu regularnego:
WIĄZANIA KRYSTALICZNE: W kryształach siły przyciągania między atomami nie ulegają nasyce...
the_mariov