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D*sin(  ) d Bragg Bedingung für konstruktive Interferenz: 2d sin(  ) = m * Gitterabstand Ganze Zahl Wellenlänge Bragg Reflektion.

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1 d*sin(  ) d Bragg Bedingung für konstruktive Interferenz: 2d sin(  ) = m * Gitterabstand Ganze Zahl Wellenlänge Bragg Reflektion

2 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 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)

3 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.html Quantum Optics and Spectroscopy Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck

4 Wie „fängt“ man einzelne Ionen?? Paul Falle Penning Falle -> Montag!

5 3.3 Spuren von Atomen/Ionen in Nebelkammern www.nobel.se http://www.unibas.ch/physikdidaktik/TEILCHEN_97/EXPTEST.HTML  Teilchen (Heliumkerne) Mit Magnetfeld Stoß

6 Siliziumoberfläche STM Aufnahme Fehlstelle Verschiebung mit Piezos 3 Dimensional Dämpfung!!! Messung des Tunnelstroms (wird konstant gehalten durch Höhenvariation)

7 Atome nicht nur sehen, sondern einzeln manipulieren: C60 Moleküle als „Rechenschieber“ (1996) Einzelne Xenon Atome, bei –273K (IBM 1989)

8 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

9 4: Isotopie und Massenbestimmung Periodensystem (1869 Mendelejew, Lothar Meyer) Sortiert nach periodisch wiederkehrenden chemischen&physikalischen Eigenschaften Seltene Erden Actinide Hassium (von Hessen!) Bei GSI entdeckt

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11 Ordnungszahl Ionisationsenergie Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe

12 Quelle: http://www.monroecc.edu/wusers/flanzafame/PeriodicFigs.htm

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14 4: Isotopie und Massenbestimmung Nichtganzahlige Massen: Mittelwert der verschiedenen Isotope d.h. verschiedener Anzahl von Neutronen

15 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

16 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

17 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

18 Aston: gekreuzte E und B Felder Ziel: verschiedene Geschwindigkeiten auf gleichen Punkt geschickte Kombination von E und B Ablenkung im E Feld: tan(  ) = q E L / mv 2 L Ablenkung im B Feld tan(  ) = q B L / mv verschiedene Startwinkel

19 Richtungsfokussierung “Sektorfeld”

20 Massenspektrometrie: Massenzahl 20! 19.9876 – 20.0628

21 http://sohowww.estec.esa.nl/ Die Bewegung geladener Teilchen in der Sonnenatmosphäre wird durch die Sonnenmagnetfelder mitbestimmt.

22 Massenspektrometrie immernoch aktuell: "for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules" Ionisiere biologische Moleküle ohne sie zu zerbrechen!

23 Quadrupol Massenspektrometer Wolfgang Paul 1913-1993 Nobelpreis 1989 Wechselfelder Näheres: Montags Ergänzungen

24 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

25 5: Kernstruktur des Atoms Wie ist Ladung und Masse im Atom verteilt? Positive Ladung und Masse lokalisiert oder delokalisiert?

26 5: Kernstruktur des Atoms Betrachte die STREUUNG geladener Teilchen “Stoßparameter” b “Streuwinkel”

27 5: Kernstruktur des Atoms “Stoßparameter” b “Streuwinkel” Z 1 Z 2 e 2 b= 4  o 2mv 2 sin 2 ( /2) für Coulomb Abstoßung zwischen Punktteilchen

28 5: Kernstruktur des Atoms “Stoßparameter” b “Streuwinkel” Z 1 Z 2 e 2 b= 4  o 2mv 2 sin 2 ( /2) Kann nicht “Zielen” d.h. kenne b nicht ist die einzige Messgrösse “Schrotgewehr”

29 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 N reaktion = N projektil F target  „Flächendichte“ (Teilchen/cm 2 )“ des Targets N projekti l Zufällige Verteilung aller Stoßparameter  ist proportional zur Wahrscheinlichkeit daß eine Reaktion Eintritt, wenn man “zufällig” (alle Stoßparameter) bestahlt.

30 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 N projekti l Zufällige Verteilung aller Stoßparameter “Wahrscheinlichkeit” in einen Winkel zu streuen

31 Z 1 Z 2 e 2 b= 4  o 2mv 2 sin 2 ( /2) d.h.für reine Coulombstreuung an Punktteilchen erwartet man eine Wahrscheinlichkeitverteilung der Streuwinkel 1/sin( /2) 4

32 Rutherford/Geiger/Marsden Streuexperiment Radon Gas emittiert  Teilchen Blendenkanal für gerichteten Strahl Dünne Gold Folie Evakuieren damit an Gold, nicht an Luft gestreut wird Mikroskop mit Szintillationsschirm (drehbar)

33 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

34 Rutherford/Geiger/Marsden Streuexperiment

35 Abweichungen...

36 Setzt reine Coulombstreuung voraus. d.h. wenn Kernberührung -> Abweichungen! “Coulomb Schwelle” (einige MeV/u) Energie fest, detektiere Streuwinkel

37 Setzt reine Coulombstreuung voraus. d.h. wenn Kernberührung -> Abweichungen! Winkel fest, variiere Energie

38 Wirkungsquerschnitt 3: “allgemeiner” differentieller Wirkunsquerschnitt: “effektive Fläche”, Fläche pro Messintervall für 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

39 99eV h + He  He 2+ + 2e - e2e2 E e1 =E e2 Polarization e1e1

40 99eV h + He  He 2+ + 2e - e2e2 E e1 =E e2 Polarization e1e1 Einheiten!!


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