Elektronenbestrahlung einer ganzen Isotopenmasse [geschlossen]

Ich werde diese Frage in einem "Ziel"- und "Frage"-Format posten, damit es einfacher ist, ihr zu folgen:

Das Ziel

Ich plane, ein kernphysikalisches Experiment durchzuführen, bei dem ich eine beliebige Masse eines stabilen Isotops habe. Nehmen wir zum Beispiel an, wir haben 10 g 128Te, das durch den Zerfall des kurzlebigen Betastrahlers 128Sb entsteht.

Ziel ist es, die Probe mit hochenergetischen Elektronen zu bestrahlen, sodass wir Protonen in den stabilen Isotopenkernen in Neutronen umwandeln und so 128Te wieder in 128Sb umwandeln können. ( Weitere Hintergrundinformationen zum Mechanismus finden Sie in dieser vorherigen Frage .)

Ein Detektor würde in der Nähe der Probe platziert, um zu bestätigen, dass Protonen erfolgreich in Neutronen umgewandelt wurden, indem auf Beta-Emission geprüft wurde.

Die Fragen)

Ein paar Fragen zu meinem Setup:

  1. Ist es möglich, jedes einzelne Atom in der Probe zu bestrahlen oder dem ziemlich nahe zu kommen? Denken Sie daran, dass die Elektronen eine ziemlich hohe Energie (etwas mehr als 1,29 MeV) haben müssen, um die Proton-Neutron-Umwandlung zu induzieren, also war der Plan, einen Linearbeschleuniger zu verwenden. Aber wie würde man eine ganze Probe mit einem Linearbeschleuniger bestrahlen?
  2. Gibt es eine Möglichkeit sicherzustellen, dass nach Abschluss einer Proton-zu-Neutron-Umwandlung in einem Atom weitere beschleunigte Elektronen diesen Kern nicht erneut treffen?

Vielen Dank im Voraus.

Sieht aus wie eine langwierige Kombination aus Energieverlust-, Querschnitts- und Lebensdauerberechnungen. Was Teil 2 betrifft, nein, das kannst du nicht.
Nachdem ich ENSDF durchgesehen habe, sehe ich nicht, woher Ihre 1,29 MeV kommen - der Q-Wert für den Beta-Zerfall beträgt 4,363 MeV. Außerdem bin ich mir nicht sicher, wie Sie Energie und Impuls im Massenzentrumsrahmen ausgleichen möchten, wenn Sie nur mit Elektronen bestrahlen und erwarten, dass nichts herauskommt.
Wie produziert/erhält man einigermaßen rein 128 S B in erster Linie, wenn es nur von kurzer Dauer ist?
@JonCuster Woher ich "1,29 MeV" bekomme, ist für die Umwandlung eines Protons in ein Neutron mindestens 1,29 MeV Energie erforderlich. Auf diese Weise nehmen wir ein Proton im Kern und wandeln es in ein Neutron um, sodass der Kern erneut zerfällt. Oder ist mein Verständnis mangelhaft?
Wie bereits erwähnt, beträgt der Q-Wert für den Beta-Zerfall 4,363 MeV – das ist die Energie, die bei dieser Reaktion freigesetzt wird. Also, ja, Ihr Verständnis ist fehlerhaft.
@StephenG 128Sb hat eine Halbwertszeit von etwa 9 Stunden. Es ist nicht unbedingt notwendig, dass wir 128Sb brauchen (128Te ist auch in Ordnung), da das Ziel darin besteht, ein Proton im Kern in ein Neutron umzuwandeln.
Nun, wenn das Ihr Ziel ist, sollten Sie wahrscheinlich so etwas wie die 128Te (n, p) 128 Sb-Reaktion in Betracht ziehen, obwohl der Wirkungsquerschnitt nur 10 mb bei ~20 MeV Neutronenenergie beträgt, mit vielen anderen (n, *) konkurrierenden Reaktionen.

Antworten (1)

Auf der Ebene der Kerne und Elektronen befindet man sich im quantenmechanischen Rahmen, was Wahrscheinlichkeiten bedeutet, und auch im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie, wo die Masse die Länge von vier Vektoren des Energie-Impuls-Vektors ist.

Aus diesem Grund haben in einem Kern gebundene Protonen und Neutronen nicht die Masse, die sie haben, wenn sie frei sind.

Wenn sich Nukleonen zu einem Kern verbinden, müssen sie eine kleine Menge an Masse verlieren, dh es gibt eine Massenänderung, um gebunden zu bleiben. Diese Massenänderung muss gemäß der Beziehung als verschiedene Arten von Photonen- oder anderer Teilchenenergie wie oben freigesetzt werden E = M C 2 . Also, nachdem die Bindungsenergie entfernt wurde, B ich N D ich N G e N e R G j = M A S S C H A N G e × C 2 . Diese Energie ist ein Maß für die Kräfte, die die Nukleonen zusammenhalten. Es stellt Energie dar, die aus der Umgebung nachgeliefert werden muss, damit der Kern in einzelne Nukleonen zerlegt werden kann.

Die Energie des von Ihnen entworfenen Strahls reicht also nicht aus, um sich wieder in ein gebundenes Proton umzuwandeln, wie die Diskussion in den Kommentaren zeigt.

Nehmen wir an, Sie bekommen den richtigen Energiestrahl und sehen Ihre Fragen.

  1. Ist es möglich, jedes einzelne Atom in der Probe zu bestrahlen oder dem ziemlich nahe zu kommen?

Nein, es sei denn, Ihre Probe ist eine Schicht mit einer Dicke von wenigen Atomen. Die Elektronen im Strahl interagieren auf verschiedene Weise mit den elektrischen Feldern des Gitters und werden abgelenkt, wobei sie Energie verlieren, was für den Beta+-Zerfall nicht gut ist. (Zerfall, weil dabei ein Antineutrino entsteht) .

  1. Gibt es eine Möglichkeit sicherzustellen, dass nach Abschluss einer Proton-zu-Neutron-Umwandlung in einem Atom weitere beschleunigte Elektronen diesen Kern nicht erneut treffen?

Es wird schwierig und erfordert Experimente. Nehmen Sie eine Reihe von Dünnschichtproben. Bestrahlen Sie sie in einer zeitlichen Abfolge, Zeitprobe1, Zeitprobe2 usw. Notieren Sie die Anzahl der zurückfallenden Kerne (in einer festen größeren Zeit). Zu dem Zeitpunkt, an dem die Sättigung der Probe erreicht ist, können Sie davon ausgehen, dass alle bestrahlt wurden. Wenn man die Querschnitte usw. berechnen kann, könnte man dies natürlich modellieren, aber ich nehme an, das ist es, wonach Sie suchen.

Elektronenbestrahlung einer ganzen Isotopenmasse [geschlossen]
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