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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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Präsentation zum Thema: "D*sin(  ) d Bragg Bedingung für konstruktive Interferenz: 2d sin(  ) = m * Gitterabstand Ganze Zahl Wellenlänge Bragg Reflektion."—  Präsentation transkript:

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 Bestimmung aus dem Kovolumen: Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.) 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. 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  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 Bestimmung aus dem Kovolumen: Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.) 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:

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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! –

21 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 Nobelpreis 1989 Wechselfelder Näheres: Montags Ergänzungen

24 3: Kann man Atome sehen???? 3.1: Wie gross sind Atome Bestimmung aus dem Kovolumen: Röntgenbeugung an Kristallen (Bragg, s.o.) 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)“ 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)“ 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 e - e2e2 E e1 =E e2 Polarization e1e1

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


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