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!!