Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá (60 rokov CERN) Mar$n Venhart Fyzikálny ústav SAV, Bra$slava
Systém prírodných vied MatemaGka Fyzika Chémia Biológia
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$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
World Wide Web 1989 1990 v CERNe Prvý web v strednej Európe: Katedra jadrovej fyziky MFF (dnes FMFI) UK
RTG žiarenie Vákuum Vlákno Elektróny W terč RTG žiarenie Wilhelm Conrad Roentgen (1845 1923)
Objav pasterizácie Kryštály kyseliny vínnej: stereochémia (rozloženie atómov v molekulách organických zlúčenín) Otázka: ako vlastne kyselina vínna vzniká (čo je to je kvasenie) Louis Pasteur (1822 1895)
Objav pasterizácie Kryštály kyseliny vínnej: stereochémia (rozloženie atómov v molekulách organických zlúčenín) Otázka: ako vlastne kyselina vínna vzniká (čo je to je kvasenie) Louis Pasteur (1822 1895) OBJAV PASTERIZÁCIE a VZNIK MIKROBIOLÓGIE
Teória rela$vity a GPS Albert Einstein (1879 1955) 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!
Terapia nádorov iónmi uhlíka GSI Darmstadt, Nemecko: miesto objavu chemických prvkov 107-112 Synchrotrón Zdroj iónov uhlíka Lineárny urýchľovač Zdroj protónov Vychyľovacie magnety Monitorovací systém
Terapia nádorov iónmi uhlíka GSI Darmstadt, Nemecko: miesto objavu chemických prvkov 107-112 Synchrotrón Zdroj iónov uhlíka Lineárny urýchľovač Zdroj protónov Vychyľovacie magnety Monitorovací systém
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, 24. 11. 2015 Ernest Rutherford (1871-1937) Zväzok časrc
Rozmery Atóm: 0,1 0,5 ns = 10-10 5.10-10 m Jadro: 1,8 15 fm = 1,8.10-15 15.10-15 m Otázka: Keby bol atóm veľký ako futbalový štadión, aké veľké bude jadro?
Rozmery Atóm: 0,1 0,5 ns = 10-10 5.10-10 m Jadro: 1,8 15 fm = 1,8.10-15 15.10-15 m Odpoveď: Ako zrnko piesku!
Periodická sústava chemických prvkov Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Chemické prvky a ich izotopy 235 U 92 protónov 143 neutrónov 238 U 92 protónov 146 neutrónov Počet protónov 235 nukleónov 238 nukleónov Chémiu určuje počet protónov Známych okolo 3500 izotopov Z nich len okolo 300 sa vyskytuje v prírode Niektoré prvky môžu byť zmesou izotopov (cín: 10 izotopov) Počet neutrónov
Štruktúra atómového jadra Kladne nabité protóny Neutrálne neutróny Prečo eletkrické odpudzovanie jadro neroztrhne? Existencia príťažlivých jadrových síl Atómový obal: analógia s planetárnym systémom Jadro: nemá v strede nijaké Slnko Prečo potrebujeme rozumieť jadrovej štruktúre: 1. Presnejšia charakterizácia jadrového paliva 2. Potencionálne nové zdroje energie 3. Neznáme javy, dôležité pre technickú prax
Magické čísla Jadrá s 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 nukleónmi majú zvýšenú stabilitu Analógia: vzácne plyny v chémii (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) M. Goeppert- Mayer: nukleóny tancujú viedenský valčík 4 typy pohybu: normálna a reverzná otáčka, v smere a prog smeru tanca M. Goeppert- Mayer J. H. D. Jensen
RádioakVvna premena (rozpad) Samovoľná premena atómových jadier na iné 222 Rn è 210 Bi è M. Curie P. Curie H. Becquerel Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015 218 Po + α 210 Po + e
Kvantová mechanika: základný a vzbudené stavy Jadrá majú základný a vzbudené stavy Doby života vzbudených stavov: od fs až po 10 21 rokov Jednotka energie: ev (elektrónvolt), 1 ev = 1,602.10-19 J Prechody v atómových jadrách: 1. Emisia gama kvánt (fotónov) 2. Emisia elektrónov z obalu 3. Procesy vyšších rádov
Tvar atómového jadra (jadrová deformácia)
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 7.656 0 12C Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Lineárny urýchľovač časvc
Kruhový urýchľovač časvc
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe E = 50 MeV v = 30 % c
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe E = 1,4 GeV v = 91% c
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe E = 25 GeV v = 99,9% c
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe E = 450 GeV v = 99,9% c
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe 60 % protónov
Produkcia rádioakvvnych zväzkov CERN- ISOLDE Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Aplikácie rádioakvvnych zväzkov na ISOLDE 11 % jadrová astrofyzika 6 % biológia a medicína 40 % jadrová fyzika 21 % fyzika tuhých látok 22 % atómová fyzika
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 2014 4 dni zväzku IS581: Transfer induced fission of heavy radioac$ve beams M. Veselský et al., schválený Vedeckou radou CERNu v roku 2013, realizácia 2015 10 dní zväzku Vyžaduje upgrade zariadenia pre vyššie energie zväzku (prebieha v CERNe: HIE-ISOLDE)
Experiment IS521: Štúdium tvarov atómového jadra Štúdium deformácie: najlepšie in statu nascendi, t.j. v stave zrodu Žiarenie emitované v tomto momente je nositeľom informácie o tvare jadra Jeden z najlepších systémov: neutrónovo chudobné izotopy zlata Vznikajú napr. beta rozpadom izotopov ortug (ISOLDE je skvelý zdroj) Beta rozpad
Aparatúra pre experiment IS521 Pb tienenie Kotúč s nekonečnou páskou Študent FEI STU spoluzodpovedný za vývoj Detektor 2 HPGe HPGe HPGe Detektor 3 Krokový motor Zväzok iónov 179,181, 183,185 Hg
Ako sa to reálne robí? Je potrebné vyvinúť systém, ktorý bude manipulovať s vysokorádioakrvnymi (a nebezpečnými vzorkami) bez zásahu človeka Systém musí pracovať vo vákuu Systém musí pracovať absolútne spoľahlivo 8- track páska idea: Ed Zganjar (LSU, Luisiana)
Spektrometer TATRA Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Kovová páska
Tím experimentu IS521 Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN- ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Louis Pasteur (1822 1895) Náhoda praje len tomu, kto je na ňu pripravený.