Wstęp do fizyki jądra atomowego

Książka wymaga poprawek językowych i stylistycznych.

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

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

Najważniejsze parametry jądra atomowego

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

Rozpady (przejścia, przemiany) jądrowe

1. Ogólny schemat rozpadów
   1. Warunek energetyczny
   2. Reguły wyboru
   3. Prawo zachowania ładunku elektrycznego, ładunku barionowego i innych liczb kwantowych
2. Klasyfikacja rozpadów
   1. Ze względu na emitowane cząstki
      1. Rozpad α
      2. rozpady β
      3. rozpady nukleonowe p i n
      4. przejścia γ
      5. konwersja wewnętrzna (KW)
   2. Ze względu na oddziaływania prowadzące do rozpadu
3. Prawdopodobieństwo rozpadu (przejścia) ze stanu początkowego |i>
   1. Prawo rozpadu
4. Mechanizm rozpadu (przemiany) α
   1. Współczynnik przenikalności bariery potencjału jądra X
   2. Prawdopodobieństwo rozpadu α
   3. Prawo Geigera-Nutalla
5. Rozpady nukleonowe
   1. Warunek energetyczny (energia rozpadu)(N od n lub p)
6. Przemiana (rozpad) β
   1. Elementy macierzowe hamiltonianu w rozpadzie β względem stanu krańcowych (elementy teorii rozpadu β)
   2. Niezachowywanie parzystości w rozpadzie β
   3. Skrętność leptonów
7. Przejścia elektromagnetyczne (emisyjne)
   1. Przejścia γ
   2. Konwersja wewnętrzna (KW)
      1. Ogólne zasady pomiarów parametrów przejść elektromagnetycznych jąder atomowych
         1. Energie przejść γ
         2. Multipolowość (σl+σ'l',δ²)
         3. Zredukowane prawdopodobieństwo przejścia
   3. Konwersja wewnętrzna par e^-e⁺(KWP)
8. Rozczepienie spontaniczne (spontanic fission(sf))
   1. Mechanizm sf

Promieniowanie i szeregi promieniotwórcze

1. Aktywność źródła promieniotwórczego
   1. Aktywność promieniowania
   2. Dawka promieniowania (DOZA) D pochłonięta
2. Dawka równoważna i skuteczna (dawki biologiczne)
3. Źródła napromieniowania
   1. Promieniotwórczość naturalna
   2. Promieniowanie kosmiczne
   3. Wybuchy jądrowe
   4. Energetyka jądrowa
   5. Awarie reaktorów jądrowych
   6. Ekspozycje medyczne
4. Oddziaływanie procesów jądrowych z materią (e,α,γ) - działania biologiczne promieniowania jonizującego
5. Szeregi promieniotwórcze
   1. Rodzina torowa s=0
   2. Rodzina neptunowa s=1
   3. Rodzina uranowo-radowa s=2
   4. Rodzina uranowo-aktynowa s=3

Rozpraszanie cząstek na jądrze atomowym

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

Reakcje jądrowe

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

Łańcuchowe reakcje rozszczepienia. Reaktory jądrowe. Bomba jądrowa

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

Oddziaływanie promieniowania z materią

1. Oddziaływanie różnego rodzaju promieniowania z materią
   1. Metody oddziaływania cząstek ciężkich z materią
   2. Metody oddziaływania elektronów z materią
      1. Przekroje czynne przy przejściu promieniowania jonizującego ośrodek
      2. Przekroje czynne na rozpraszanie sprężyste na elektronach, czyli w procesach, w których zachodzi zasada zachowania energii
      3. Przekroje czynne na rozproszenia sprężyste na jądrach
      4. Przekroje czynne na emisję promieniowania występującego przy zmianie pędu cząstki w ośrodku
   3. Metody oddziaływanie promieniowania γ z materią
      1. Zjawisko fotoelektryczne
      2. Zjawisko Comptona
      3. Zjawisko tworzenia par elektronów
   4. Współczynnik absorpcji promieniowania jądrowego
2. Promieniowanie Czerenkowa
3. Metody detekcji cząstek naładowanych i cząstek γ
4. Detektory przejścia
   1. Jonizacja
   2. Liczniki gazowe (jonizacyjne)
   3. Komora jonizacyjna
   4. Liczniki proporcjonalne i wielodrutowe liczniki proporcjonalne
   5. Licznik Geigera-Müllera
      1. Budowa licznika
      2. Działanie licznika
   6. Liczniki iskrowe
   7. Detektory scyntylacyjne
   8. Detektory śladowe
   9. Licznik scyntylacyjny
   10. Liczniki półprzewodnikowe
   11. Detektory neutronów
5. Spektrometry promieniowania jądrowego
   1. Spektrometry licznikowe
      1. Wielokanałowy przetwornik amplitudy ADC
   2. Spektrometry magnetyczne
6. Parametry spektrometrów licznikowych i magnetycznych
   1. Energetyczna zdolność rozdzielcza spektrometru
   2. Energetyczna zdolność rozdzielcza detektora
   3. Zdolność rozdzielcza elektroniki spektrometru (FWHM_EL)
   4. Wydajności detektorów i spektrometrów
   5. Zdolność rozdzielcza η_w(E) detektora (spektrometru) promieniowania jądrowego
   6. Zdolność rozdzielcza absolutna detektora w spektrometrze promieniowania jądrowego
   7. Transmisja spektrometru magnetycznego
   8. Świetliwość 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 oraz miejsca pochodzenia książki i jej jakikolwiek części, a także treści, teksty, tabele, wykresy, rysunki, wzory i inne elementy oraz ich części zawarte w książce, i tą książkę, nawet w postaci przerobionej nie można umieszczać w jakikolwiek formie na czasopismach naukowych, archiwach prac, itp.
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.