Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá (60 rokov CERN) Mar$n Venhart Fyzikálny ústav SAV, Bra$slava Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment C

Prepis

1 Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá (60 rokov CERN) Mar$n Venhart Fyzikálny ústav SAV, Bra$slava

2 Systém prírodných vied MatemaGka Fyzika Chémia Biológia

3 Symbióza vedy a priemyslu Základný výskum podnecuje rozvoj techniky a následne priemyslu Rozvoj techniky umožňuje ďalší pokrok v základnom výskume Základný výskum je (vysoko) stratový čo sa týka priameho zisku Avšak pozivvny dopad na spoločnosť je enormný Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava,

4 World Wide Web v CERNe Prvý web v strednej Európe: Katedra jadrovej fyziky MFF (dnes FMFI) UK

5 RTG žiarenie Vákuum Vlákno Elektróny W terč RTG žiarenie Wilhelm Conrad Roentgen ( )

6 Objav pasterizácie Kryštály kyseliny vínnej: stereochémia (rozloženie atómov v molekulách organických zlúčenín) Otázka: ako vlastne kyselina vínna vzniká (čo je to je kvasenie) Louis Pasteur ( )

7 Objav pasterizácie Kryštály kyseliny vínnej: stereochémia (rozloženie atómov v molekulách organických zlúčenín) Otázka: ako vlastne kyselina vínna vzniká (čo je to je kvasenie) Louis Pasteur ( ) OBJAV PASTERIZÁCIE a VZNIK MIKROBIOLÓGIE

8 Teória rela$vity a GPS Albert Einstein ( ) Dilatácia (spomalenie) času: Špeciálna teória rela$vity: dôsledok pohybu Všeobecná teória rela$vity: dôsledok gravitačného poľa GPS: synchronizácia hodín v prístroji a na družiciach Potrebná presnosť: nanosekundy (atómové hodiny) Družice sú v pohybe vzhľadom na prístroj (ŠTR korekcia) Družice sú v gravitačnom poli (VTR korekcia) Bez korekcií: za 1 deň prevádzky neurčitosť 11 km!

9 Terapia nádorov iónmi uhlíka GSI Darmstadt, Nemecko: miesto objavu chemických prvkov Synchrotrón Zdroj iónov uhlíka Lineárny urýchľovač Zdroj protónov Vychyľovacie magnety Monitorovací systém

10 Terapia nádorov iónmi uhlíka GSI Darmstadt, Nemecko: miesto objavu chemických prvkov Synchrotrón Zdroj iónov uhlíka Lineárny urýchľovač Zdroj protónov Vychyľovacie magnety Monitorovací systém

11 Experiment so zlatou fóliou: objav atómového jadra Detektor Zlatá fólia Väčšina alfa časrc preler Atóm je zväčša prázdny priestor Niektoré časgce sa rozptýlia pod malým uhlom Jadro je pozirvne elektricky nabité Niektoré časgce sa rozptýlia spätne Jadro nesie takmer všetku hmotnosť atómu Zdroj alfa časrc Alfa čas$ca: viazané 2 protóny a 2 neutróny Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, Ernest Rutherford ( ) Zväzok časrc

12 Rozmery Atóm: 0,1 0,5 ns = m Jadro: 1,8 15 fm = 1, m Otázka: Keby bol atóm veľký ako futbalový štadión, aké veľké bude jadro?

13 Rozmery Atóm: 0,1 0,5 ns = m Jadro: 1,8 15 fm = 1, m Odpoveď: Ako zrnko piesku!

14 Periodická sústava chemických prvkov Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava,

15 Chemické prvky a ich izotopy 235 U 92 protónov 143 neutrónov 238 U 92 protónov 146 neutrónov Počet protónov 235 nukleónov 238 nukleónov Chémiu určuje počet protónov Známych okolo 3500 izotopov Z nich len okolo 300 sa vyskytuje v prírode Niektoré prvky môžu byť zmesou izotopov (cín: 10 izotopov) Počet neutrónov

16 Štruktúra atómového jadra Kladne nabité protóny Neutrálne neutróny Prečo eletkrické odpudzovanie jadro neroztrhne? Existencia príťažlivých jadrových síl Atómový obal: analógia s planetárnym systémom Jadro: nemá v strede nijaké Slnko Prečo potrebujeme rozumieť jadrovej štruktúre: 1. Presnejšia charakterizácia jadrového paliva 2. Potencionálne nové zdroje energie 3. Neznáme javy, dôležité pre technickú prax

17 Magické čísla Jadrá s 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 nukleónmi majú zvýšenú stabilitu Analógia: vzácne plyny v chémii (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) M. Goeppert- Mayer: nukleóny tancujú viedenský valčík 4 typy pohybu: normálna a reverzná otáčka, v smere a prog smeru tanca M. Goeppert- Mayer J. H. D. Jensen

18 RádioakVvna premena (rozpad) Samovoľná premena atómových jadier na iné 222 Rn è 210 Bi è M. Curie P. Curie H. Becquerel Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, Po + α 210 Po + e

19 Kvantová mechanika: základný a vzbudené stavy Jadrá majú základný a vzbudené stavy Doby života vzbudených stavov: od fs až po rokov Jednotka energie: ev (elektrónvolt), 1 ev = 1, J Prechody v atómových jadrách: 1. Emisia gama kvánt (fotónov) 2. Emisia elektrónov z obalu 3. Procesy vyšších rádov

20 Tvar atómového jadra (jadrová deformácia)

21 Vznik uhlíka vo vesmíre prípad tvarovej koexistencie 12C je v základnom stave sférický, má vzbudený stav na 7,656 MeV, ktorý je deformovaný Len vďaka existencii vzbudeného stavu je možná syntéza 12C vo vesmíre (a ťažších prvkov) Tvarová koexistencia: existencia stavov s rôznou deformáciou v tom istom izotope C Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava,

22 Lineárny urýchľovač časvc

23 Kruhový urýchľovač časvc

24 Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe

25 Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe

26 Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe E = 50 MeV v = 30 % c

27 Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe E = 1,4 GeV v = 91% c

28 Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe E = 25 GeV v = 99,9% c

29 Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe E = 450 GeV v = 99,9% c

30 Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe

31 Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe 60 % protónov

32 Produkcia rádioakvvnych zväzkov CERN- ISOLDE Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava,

33 Aplikácie rádioakvvnych zväzkov na ISOLDE 11 % jadrová astrofyzika 6 % biológia a medicína 40 % jadrová fyzika 21 % fyzika tuhých látok 22 % atómová fyzika

34 Slovenské experimenty na CERN- ISOLDE IS521: Simultaneous spectroscopy of γ rays and conversion electrons : Systematic study of E0 transitions and intruder states in close vicinity of mid-shell point in odd-au isotopes M. Venhart et al., schválený Vedeckou radou CERNu v roku 2010, realizácia august dni zväzku IS581: Transfer induced fission of heavy radioac$ve beams M. Veselský et al., schválený Vedeckou radou CERNu v roku 2013, realizácia dní zväzku Vyžaduje upgrade zariadenia pre vyššie energie zväzku (prebieha v CERNe: HIE-ISOLDE)

35 Experiment IS521: Štúdium tvarov atómového jadra Štúdium deformácie: najlepšie in statu nascendi, t.j. v stave zrodu Žiarenie emitované v tomto momente je nositeľom informácie o tvare jadra Jeden z najlepších systémov: neutrónovo chudobné izotopy zlata Vznikajú napr. beta rozpadom izotopov ortug (ISOLDE je skvelý zdroj) Beta rozpad

36 Aparatúra pre experiment IS521 Pb tienenie Kotúč s nekonečnou páskou Študent FEI STU spoluzodpovedný za vývoj Detektor 2 HPGe HPGe HPGe Detektor 3 Krokový motor Zväzok iónov 179,181, 183,185 Hg

37 Ako sa to reálne robí? Je potrebné vyvinúť systém, ktorý bude manipulovať s vysokorádioakrvnymi (a nebezpečnými vzorkami) bez zásahu človeka Systém musí pracovať vo vákuu Systém musí pracovať absolútne spoľahlivo 8- track páska idea: Ed Zganjar (LSU, Luisiana)

38 Spektrometer TATRA Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava,

39 Kovová páska

40 Tím experimentu IS521 Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava,

41 Louis Pasteur ( ) Náhoda praje len tomu, kto je na ňu pripravený.