Post on 30-Dec-2016
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá (60 rokov CERN)
Mar$n Venhart Fyzikálny ústav SAV, Bra$slava
Systém prírodných vied
MatemaGka Fyzika Chémia Biológia
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
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$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
World Wide Web
1989 – 1990 v CERNe Prvý web v strednej Európe: Katedra jadrovej fyziky MFF (dnes FMFI) UK
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
RTG žiarenie
Vákuum
RTG žiarenie
W terč Elektróny
Vlákno
Wilhelm Conrad Roentgen (1845 – 1923)
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Objav pasterizácie
Louis Pasteur (1822– 1895)
Kryštály kyseliny vínnej: stereochémia (rozloženie atómov v molekulách organických zlúčenín) Otázka: ako vlastne kyselina vínna vzniká (čo je to je kvasenie)
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Objav pasterizácie
Louis Pasteur (1822– 1895)
Kryštály kyseliny vínnej: stereochémia (rozloženie atómov v molekulách organických zlúčenín) Otázka: ako vlastne kyselina vínna vzniká (čo je to je kvasenie) OBJAV PASTERIZÁCIE a VZNIK MIKROBIOLÓGIE
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Teória rela$vity a GPS
Albe
rt 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!
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Terapia nádorov iónmi uhlíka
Zdroj iónov uhlíka
Zdroj protónov
Monitorovací systém
Synchrotrón
Lineárny urýchľovač
Vychyľovacie magnety
GSI Darmstadt, Nemecko: miesto objavu chemických prvkov 107 -‐ 112
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Terapia nádorov iónmi uhlíka
Zdroj iónov uhlíka
Zdroj protónov
Monitorovací systém
Synchrotrón
Lineárny urýchľovač
Vychyľovacie magnety
GSI Darmstadt, Nemecko: miesto objavu chemických prvkov 107 -‐ 112
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Experiment so zlatou fóliou: objav atómového jadra Väčšina alfa časrc preler Atóm je zväčša prázdny priestor
Niektoré časGce sa rozptýlia pod malým uhlom Jadro je pozirvne elektricky nabité
Niektoré časGce sa rozptýlia spätne Jadro nesie takmer všetku hmotnosť atómu
Detektor
Zdroj alfa časrc
Zväzok časrc
Zlatá fólia
Alfa čas$ca: viazané 2 protóny a 2 neutróny
Erne
st Ruthe
rford (1871-‐1937)
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Rozmery
Atóm: 0,1 – 0,5 ns = 10-‐10 – 5.10-‐10 m Jadro: 1,8 – 15 fm = 1,8.10-‐15 – 15.10-‐15 m
Otázka: Keby bol atóm veľký ako futbalový štadión, aké veľké bude jadro?
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
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!
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Periodická sústava chemických prvkov
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Chemické prvky a ich izotopy
U 235 U 238
92 protónov 143 neutrónov 235 nukleónov
92 protónov 146 neutrónov 238 nukleónov
Chémiu určuje počet protónov
Počet neutrónov
Počet p
rotóno
v Známych okolo 3500 izotopov Z nich len okolo 300 sa vyskytuje v prírode Niektoré prvky môžu byť zmesou izotopov (cín: 10 izotopov)
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Štruktúra atómového jadra • Kladne nabité protóny • Neutrálne neutróny • Prečo eletkrické odpudzovanie jadro neroztrhne?
Existencia príťažlivých jadrových síl
Atómový obal: analógia s planetárnym systémom Jadro: nemá v strede nijaké “Slnko”
Prečo potrebujeme rozumieť jadrovej štruktúre: 1. Presnejšia charakterizácia jadrového paliva 2. Potencionálne nové zdroje energie 3. Neznáme javy, dôležité pre technickú prax
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
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. G
oepp
ert-‐Mayer
J. H. D. Jen
sen
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
RádioakVvna premena (rozpad)
Samovoľná premena atómových jadier na iné
Rn è Po + α
222 218
Bi è Po + e
210 210
M. Curie P. Curie H. Becquerel
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Kvantová mechanika: základný a vzbudené stavy Jadrá majú základný a vzbudené stavy Doby života vzbudených stavov: od fs až po 1021 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
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Tvar atómového jadra (jadrová deformácia)
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Vznik uhlíka vo vesmíre – prípad tvarovej koexistencie
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
12C 0
7.656
12C je v základnom stave sférický, má vzbudený stav na 7,656 MeV, ktorý je deformovaný Len vďaka existencii vzbudeného stavu je možná syntéza 12C vo vesmíre (a ťažších prvkov) Tvarová koexistencia: existencia stavov s rôznou deformáciou v tom istom izotope
Lineárny urýchľovač časVc
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Kruhový urýchľovač časVc
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
E = 50 MeV v = 30 % c
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
E = 1,4 GeV v = 91% c
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
E = 25 GeV v = 99,9% c
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
E = 450 GeV v = 99,9% c
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Urýchľovačová infraštruktúra v CERNe
60 % protónov
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Produkcia rádioakVvnych zväzkov CERN-‐ISOLDE
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Aplikácie rádioakVvnych zväzkov na ISOLDE
40 % jadrová fyzika
22 % atómová fyzika
21 % fyzika tuhých látok
11 % jadrová astrofyzika 6 % biológia a medicína
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Slovenské experimenty na CERN-‐ISOLDE
IS521: Simultaneous spectroscopy of γ rays and conversion electrons : Systematic study of E0 transitions and intruder states in close vicinity of mid-shell point in odd-Au isotopes M. Venhart et al., schválený Vedeckou radou CERNu v roku 2010, realizácia august 2014 4 dni zväzku IS581: Transfer induced fission of heavy radioac$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)
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Experiment IS521: Štúdium tvarov atómového jadra
• Štúdium deformácie: najlepšie in statu nascendi, t.j. v stave zrodu
• Žiarenie emitované v tomto momente je nositeľom informácie o tvare jadra
• Jeden z najlepších systémov: neutrónovo chudobné izotopy zlata
• Vznikajú napr. beta rozpadom izotopov ortuG (ISOLDE je skvelý zdroj)
Beta rozpad
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Aparatúra pre experiment IS521
Pb tienenie
Detektor 2
Detektor 3
Krokový motor
HPGe
HPG
e H
PGe
Kotúč s nekonečnou páskou
Zväzok iónov 179,181, 183,185 Hg
Študent FEI STU spoluzodpovedný za vývoj
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Ako sa to reálne robí?
• Je potrebné vyvinúť systém, ktorý bude manipulovať s vysokorádioakrvnymi (a nebezpečnými vzorkami) bez zásahu človeka
• Systém musí pracovať vo vákuu
• Systém musí pracovať absolútne spoľahlivo
• 8-‐track páska – idea: Ed Zganjar (LSU, Luisiana)
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Spektrometer TATRA
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Kovová páska
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Tím experimentu IS521
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Louis Pasteur (1822– 1895)
Mar$n Venhart (FÚ SAV): Experiment CERN-‐ISOLDE: Aký tvar majú atómové jadrá
Vedecká cukráreň, BraGslava, 24. 11. 2015
Náhoda praje len tomu, kto je na ňu pripravený.