d*sin()
d
Bragg Bedingung für konstruktive Interferenz:
2d sin() = m *
Gitterabstand Ganze Zahl
Wellenlänge
Bragg Reflektion
3: Kann man Atome sehen????
3.1: Wie gross sind Atome3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen:
3.1.2. Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.)3.1.3. Über Gasstreuung: Wirkungsquerschnitt 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle)3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer)3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)
This is the stretch mode for 7 ions (also called breathing mode). The frequency of this mode is 185 kHz. The corresponding center-of-mass mode has a frequency of about 107 kHz. You can see that to some extend the center-of-mass mode has also been excited.
Center-of-mass mode. The oscillation amplitude is rather high. On the left the ions already leave the laser beam. The whole chain of ions has a length of about 85 micrometers, i.e. the average ion-ion distance is 14 micrometers.
http://heart-c704.uibk.ac.at/oscillating_ions.htmlQuantum Optics and Spectroscopy Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck
Wie „fängt“ man einzelne Ionen??
Paul FallePenning Falle
-> Montag!
3.3 Spuren von Atomen/Ionen in Nebelkammern
www.nobel.sehttp://www.unibas.ch/physikdidaktik/TEILCHEN_97/EXPTEST.HTML
Teilchen(Heliumkerne)
Mit Magnetfeld
Stoß
Siliziumoberfläche STM Aufnahme
Fehlstelle
•Verschiebung mit Piezos 3 Dimensional•Dämpfung!!!•Messung des Tunnelstroms (wird konstant gehalten durch Höhenvariation)
Atome nicht nur sehen, sondern einzeln manipulieren:
C60 Moleküle als „Rechenschieber“ (1996)
Einzelne Xenon Atome, bei –273K (IBM 1989)
3: Kann man Atome sehen????
3.1: Wie gross sind Atome 3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen:
3.1.2. Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.)3.1.3. Über Gasstreuung: Wirkungsquerschnitt (Folie)3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle)3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer)3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)
4. Isotopie und Massenbestimmung
4: Isotopie und Massenbestimmung
Periodensystem (1869 Mendelejew, Lothar Meyer)Sortiert nach periodisch wiederkehrenden chemischen&physikalischenEigenschaften
Seltene ErdenActinide
Hassium (von Hessen!)Bei GSI entdeckt
Ordnungszahl
Ioni
satio
nsen
ergi
e
Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe
Quelle: http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/PeriodicFigs.htm
4: Isotopie und Massenbestimmung
Nichtganzahlige Massen: Mittelwert der verschiedenen Isotope d.h. verschiedener Anzahl von Neutronen
Massenspektrometer:
1) Erzeuge geladene Teilchen: z.B. Elektronenstoßionisation (beschleunige Elektronen die Ionisieren, erzeugt Plasma, siehe Leuchtstoffröhre) Laserfeld: Feldionisation 2) Analysiere q/m durch elektrische Felder magnetische Felder Flugzeit zeitabhängige Felder
Lorentzkraft: F = q * (v x B) !Geschwindigkeitsabhängig
Elektrisch: F = q * E
Massenspektrometer:
Geladene Teilchen (Ionen) in elektrischen, magnetischen Feldern
Lorentzkraft: F = q * (v x B) !Geschwindigkeitsabhängig
Elektrisch: F = q * E
Kraft senkrecht auf Bewegungsrichtung-> Kreisbahn
radius = m/q * v / B
zu bestimmen
Massenspektrometer:
Geladene Teilchen (Ionen) in elektrischen, magnetischen Feldern
Lorentzkraft: F = q * (v x B) !Geschwindigkeitsabhängig
Elektrisch: F = q * E
Aston 1919 „Geschwindigkeitsfocussierung“
Ionenquelle
m/q Auflösung durch v begrenzt
radius = m/q * v / B
Aston: gekreuzte E und B FelderZiel: verschiedene Geschwindigkeiten auf gleichen Punktgeschickte Kombination von E und B
Ablenkung im E Feld:tan() = q E L / mv2
L
Ablenkung im B Feldtan() = q B L / mv
verschiedene Startwinkel
Richtungsfokussierung “Sektorfeld”
Massenspektrometrie:
Massenzahl 20!
19.9876 – 20.0628
http://sohowww.estec.esa.nl/
Die Bewegung geladener Teilchen in der Sonnenatmosphärewird durch die Sonnenmagnetfeldermitbestimmt.
Massenspektrometrie immernoch aktuell:
"for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules"
Ionisiere biologische Moleküleohne sie zu zerbrechen!
Quadrupol Massenspektrometer
Wolfgang Paul1913-1993Nobelpreis1989
Wechselfelder
Näheres: Montags Ergänzungen
3: Kann man Atome sehen????
3.1: Wie gross sind Atome 3.1.1. Bestimmung aus dem Kovolumen:
3.1.2. Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.)3.1.3. Über Gasstreuung: Wirkungsquerschnitt (Folie)3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle)3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer)3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)
4. Isotopie und Massenbestimmung
5. Kernstruktur des Atoms
Rutherfordstreuung differentieller Wirkungsquerschnitt
5: Kernstruktur des Atoms
Wie ist Ladung und Masse im Atom verteilt?
Positive Ladung und Masse lokalisiert oder delokalisiert?
5: Kernstruktur des Atoms
Betrachte die STREUUNG geladener Teilchen
“Stoßparameter” b
“Streuwinkel”
5: Kernstruktur des Atoms
“Stoßparameter” b
“Streuwinkel”
Z1Z2 e2
b=4o 2mv2 sin2(/2)
für Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen
5: Kernstruktur des Atoms
“Stoßparameter” b
“Streuwinkel”
Z1Z2 e2
b=4o 2mv2 sin2(/2)
Kann nicht “Zielen” d.h. kenne b nicht
ist die einzige Messgrösse
“Schrotgewehr”
Was ist ein Wirkungsquerschnitt (differentieller Querschnitt) (2): Bsp: Wald „Fläche auf der die Wirkung Eintritt (z.B. Stoß)“
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/exp_stoss/stoss_streu_3.html
Nreaktion = Nprojektil Ftarget
„Flächendichte“ (Teilchen/cm2)“des Targets
Nprojektil
Zufällige Verteilung aller Stoßparameter ist proportional zur Wahrscheinlichkeit
daß eine Reaktion Eintritt, wenn man “zufällig” (alle Stoßparameter) bestahlt.
Was ist ein Wirkungsquerschnitt (differentieller Querschnitt) (2): Bsp: Wald „Fläche auf der die Wirkung Eintritt (z.B. Stoß)“
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/exp_stoss/stoss_streu_3.html
Nprojektil
Zufällige Verteilung aller Stoßparameter
“Wahrscheinlichkeit”in einen Winkel zu streuen
Z1Z2 e2
b=4o 2mv2 sin2(/2)
d.h.für reine Coulombstreuung an Punktteilchen erwartet man eine Wahrscheinlichkeitverteilung der Streuwinkel 1/sin(/2)4
Rutherford/Geiger/Marsden Streuexperiment
Radon Gasemittiert Teilchen
Blendenkanal fürgerichteten Strahl
Dünne GoldFolie
Evakuieren damit an Gold, nicht anLuft gestreut wird
Mikroskop mit Szintillationsschirm(drehbar)
Rutherford/Geiger/Marsden Streuexperiment
Beobachtung:
1) Rückstreuung!
“as if one had fired a large naval shell at a piece of tissue paper and it had bounced back”
Widerlegt “plum pudding model”zeigt lokalisierung von Masse und Ladung
Rutherford/Geiger/Marsden Streuexperiment
Abweichungen ...
Setzt reine Coulombstreuungvoraus.
d.h. wenn Kernberührung ->Abweichungen!
“Coulomb Schwelle”(einige MeV/u)
Energie fest, detektiere Streuwinkel
Setzt reine Coulombstreuungvoraus.
d.h. wenn Kernberührung ->Abweichungen!
Winkel fest, variiere Energie
Wirkungsquerschnitt 3:“allgemeiner” differentieller Wirkunsquerschnitt:
“effektive Fläche”, Fläche pro Messintervallfür das eintreten einer Reaktion:
z.B. Photoabsorbtionsqueschnitt Anregungsquerschnitt für einen bestimmten Übergang Erzeugung eines Teilchens Emission von 10 Teilchen in 10 verschiedene Richtungen und mit verschiedenen Energien
99eV h + He He2+ + 2e-
e2
Ee1=Ee2
Polarization
e1
99eV h + He He2+ + 2e-
e2
Ee1=Ee2
Polarization
e1
Einheiten!!
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