Snabba atomer och lysande stjärnor. Hur spektrallinjer berättar om exciterade atomers livstider och den kemiska sammansättningen hos stjärnor.

Relevanta dokument
Bengt Edlén, atomspektroskopist

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Nobelpristagaren som försvann. Om hur en man från Örebro belönades med Nobelpris tack vare en lyckad konstruktionsblick och största noggrannhet.

Kursen är en valbar kurs på grundnivå för en naturvetenskaplig kandidatexamen i fysik.

2.6.2 Diskret spektrum (=linjespektrum)

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3

Orienteringskurs i astronomi Föreläsning 4,

När lasern kom till Lund

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Stora namn inom kärnfysiken. Marie Curie radioaktivitet Lise Meitner fission Ernest Rutherford atomkärnan (Niels Bohr atommodellen)

Innehåll. Kvantfysik. Kvantfysik. Optisk spektroskopi Absorption. Optisk spektroskopi Spridning. Spektroskopi & Kvantfysik Uppgifter

Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12!

LABORATION ENELEKTRONSPEKTRA

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

Föreläsning 11 Kärnfysiken: del 3

Janne Rydberg och hans formel

Gull! Astrofysikk, kärnfysik, kvantmekanik og relativitetsteori i vardagen? Jonas Persson Institutt for Fysikk, NTNU

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 19, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Solens energi alstras genom fusionsreaktioner

TEORETISKT PROBLEM 2 DOPPLERKYLNING MED LASER SAMT OPTISK SIRAP

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 12, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

ENKEL Kemi 2. Atomer och molekyler. Art nr 515. Atomer. Grundämnen. Atomens historia

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Instuderingsfrågor Atomfysik

Analys av tandmaterial

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Spektroskopi med optiska frekvenskammar

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

GRUNDERNA FÖR MOLEKYLÄR SPEKTROMETRI

Zeemaneffekt. Projektlaboration, Experimentell kvantfysik, FK5013

Fusion. Gjord av Vedran och Pontus

Översiktskurs i astronomi Lektion 7: Solens och stjärnornas energiproduktion samt utveckling

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1

Varje laborant ska vid laborationens början lämna renskrivna lösningar till handledaren för kontroll.

Experimentell fysik 2: Kvantfysiklaboration

Experimentell fysik 2: Kvantfysiklaboration

Halvledarfysik. Hur fasta tillståndets fysik kom till Lund.

Arbete A1 Atomens spektrum

MATTIAS MARKLUND GRUNDLÄGGANDE FYSIKFORSKNING OCH MILITÄRFORSKNING

Atomer, ledare och halvledare. Kapitel 40-41

Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning

Materia och aggregationsformer. Niklas Dahrén

Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz

ATOM OCH KÄRNFYSIK. Masstal - anger antal protoner och neutroner i atomkärnan. Atomnummer - anger hur många protoner det är i atomkärnan.

Atomen och periodiska systemet

Miljöfysik. Föreläsning 5. Användningen av kärnenergi Hanteringen av avfall Radioaktivitet Dosbegrepp Strålningsmiljö Fusion

Edwin Hubbles stora upptäckt 1929

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

Halogenlampa Spektrometer Optisk fiber Laserdiod och UV- lysdiod (ficklampa)

Vad är allt uppbyggt av?

Vågrörelselära och optik

TEKNISKA HÖGSKOLAN I LULEÅ lp2 96 Avd. för Fysik Per Arve. Laboration i Kvantfysik för F

Hertzsprung-Russell-diagrammet Ulf Torkelsson

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Atom- och Kärnfysik. Namn: Mentor: Datum:

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Föreläsning 2. Att uppbygga en bild av atomen. Rutherfords experiment. Linjespektra och Bohrs modell. Vågpartikel-dualism. Korrespondensprincipen

2. Hur många elektroner får det plats i K, L och M skal?

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

2 H (deuterium), 3 H (tritium)

Laboration 1. Introduktion 1 H-NMR, tuning-matchning, shimning

Extra övningsuppgifter

Kai Siegbahn till minne

Fysik, atom- och kärnfysik

Elektromagnetisk strålning. Lektion 5

LÖSNING TILL TENTAMEN I STJÄRNORNA OCH VINTERGATAN, ASF010

Vanlig materia (atomer, molekyler etc.) c:a 4%

Strålningsskador i fusionsreaktormaterial

Vad händer om du skruvar ur lampan i julgransbelysningen? Varför blir det så?

7. Atomfysik väteatomen

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

SPEKTROSKOPI (1) Elektromagnetisk strålning. Synligt ljus. Kemisk mätteknik CSL Analytisk kemi, KTH. Ljus - en vågrörelse

Översiktskurs i astronomi Lektion 7: Solens och stjärnornas energiproduktion samt utveckling

Kontrollerad termonukleär fusion

En resa från Demokritos ( f.kr) till atombomben 1945

Introduktion till det periodiska systemet. Niklas Dahrén

TESTA DIG SJÄLV 13.1 GRUNDBOK FÖRKLARA BEGREPPEN proton Protoner är en av de partiklar som atomer är uppbyggda av. Protonerna finns i atomkärnan, i

Historia De tidigaste kända idéerna om något som liknar dagens atomer utvecklades av Demokritos i Grekland runt 450 f.kr. År 1803 använde John Dalton

Periodiska systemet. Atomens delar och kemiska bindningar

Neutronaktivering. Laboration i 2FY808 - Tillämpad kvantmekanik

Periodiska systemet. Namn:

Materia Sammanfattning. Materia

8. Atomfysik - flerelektronatomer

Solsystemet. Lektion 15 (kap 7-8)

Tentamen i FUF050 Subatomär Fysik, F3

- kan solens energikälla bemästras på jorden?

Projekt listan Lasern Laserspektroskopi för atmosfärstudier Laserkylning

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Björne Torstenson (TITANO) Sida 1 (6)

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Kvantmekanik. Kapitel Natalie Segercrantz

Alla svar till de extra uppgifterna

Kärnenergi. Kärnkraft

Medicinsk Neutron Vetenskap. yi1 liao2 zhong1 zi3 ke1 xue2

Kvasarer och aktiva galaxer

ANALYS AV TVÅ TYPER AV NICKELPULVER

Atomen - Periodiska systemet. Kap 3 Att ordna materian

Förhandlingsunderlag angående den ekonomiska situationen på Fysiska institutionen (MN-delen)

Transkript:

343 Snabba atomer och lysande stjärnor Hur spektrallinjer berättar om exciterade atomers livstider och den kemiska sammansättningen hos stjärnor.

Atomspektroskopi en Lundatradition Undersökningar av atomernas spektra har en lång tradition i Lund. Rydbergs och Siegbahns arbeten grundlade kunskapen om atomernas struktur. Siegbahns efterträdare Koch studerade hur elektriska fält påverkar spektrum och Edléns analyser av spektra från komplexa atomer och högt laddade joner ökade kunskapen om atomstrukturen. Vid LTH:s tillkomst byggde Minnhagen upp en forskningsavdelning som arbetade med atomspektroskopi. Röntgenspektrum, fotografisk upptagning av Siegbahn. Spektrometer för infraröd strålning, konstruerad 1969 i Lund. Snabba atomer och lysande stjärnor 344

Atomära livstider 345 Indrek Martinson 1937-2009 En atom som exciteras till ett högre energitillstånd återgår till ett lägre tillstånd efter en mycket kort tid, av storleksordningen 1ns, 10-9 s. Överskottsenergin som då emitteras är det som vi observerar som en spektrallinje. Bengt Edlén efterträddes 1975 av Indrek Martinson. Han utökade spektroskopiforskningen med mätning av atomära livstider. Indrek, som doktorerat i kärnfysik i Stockholm (med Manne Siegbahn som handledare), hade under ett år som post-doc i Tucson, Arizona lärt sig en ny mätmetod kallad beam-foil-spektroskopi.

Beam-foil-spektroskopi Snabba atomer och lysande stjärnor 346

Livstidsmätningar 347 Mätningarna av atomära livstider vid Pelletronen kombinerades med teoretiska studier. Med hjälp av de noggranna mätningarna kunde man testa olika teoretiska modeller och beräkningsmetoder. Figuren visar mätningar av tre tillstånd i jonen F +7. Enligt elementär teori skulle de ha samma livstid. Experimentet visar att ett tillstånd, J=1, har en mycket kortare livstid än de två andra, som också de har lite olika livstider. Omfattande teoretiska beräkningar förklarar att skillnaderna beror på elektronens och kärnans rotation.

Högt laddade joner När jonerna passerar genom kolfoliet slits en eller flera elektroner bort, och jonernas laddnig ökar. Beam-foilmetoden kunde därför användas också för att analysera strukturen hos högt laddade joner exempelvis, fluor och svavel. Spektrallinjer från en stråle med svaveljoner, S 3+, S 4+, S 5+, S 6+. Snabba atomer och lysande stjärnor 348

Laserproducerade plasmor 349 Energistrukturen hos högt laddade joner studerades också med en högenergilaser som gav pulser med effekten 1 GW. Laserljuset fokuserades med en lins mot det ämne som skulle undersökas. Pulsenergin var så hög att materialet förångades till ett plasma, med temperaturen en miljon grader, där atomerna förlorade upp till 20 elektroner. Spektrum från de högt laddade jonerna registrerades fotografiskt. Lundaspektroskopisten Ulf Litzén vid högenergilasern.

Plasmadiagnostik Spektroskopiavdelningen deltog i den internationella fusionsforskningen med doktorander och post-docs vid de stora internationella laboratorierna JET i England och Princeton i USA. Experimenten syftade till att utvinna energi vid kollisioner mellan deuterium- och tritiumatomer vid temperaturer på tiotals miljoner grader. Spektroskopisterna i Lund mätte förekomsten av föroreningar genom att analysera spektrum från det heta plasmat. Sådana mätningar är viktiga, eftersom redan en mycket liten halt av tyngre atomer sänker temperaturen och stoppar fusionsreaktionen. Joint European Torus, JET. Snabba atomer och lysande stjärnor 350

Laboratorieastrofysik 351 1970 började Sveneric Johansson som forskarstuderande hos Bengt Edlén med uppgift att undersöka strukturen hos joniserat järn, Fe +. I spektra hos en del stjärntyper finns många spektrallinjer från järn. Svenerics nya mätningar visade att det finns ännu mer järn i dessa stjärnor än man tidigare trott. Efter doktorsexamen byggde Sveneric upp en forskargrupp med en verksamhet som kallades laboratorieastrofysik, för undersökningar av atomer som är speciellt intressanta inom astronomi.

Hubble Space Telescope Snabba atomer och lysande stjärnor 352

Atomär astrofysik 353 Detaljer i UV-spektrum hos Chi Lupi med spektrallinjer från Au, Pt och Fe.

Fouriertransformspektroskopi Noggranna våglängdsmätningar från laboratoriet behövs för identifiering av spektrallinjer i ett stjärnspektrum, där det finns mängder av linjer från olika ämnen. För att bestämma halten av ett grundämne i stjärnan måste man i laboratoriet även mäta linjernas intensitet. En ny precisionsmetod för spektroskopiska mätningar är fouriertransformspektroskopi, FTS, där man använder en interferometer med mycket hög upplösning. Det interferogram man registrerar är fouriertransformen av spektret, som sedan beräknas i en dator. FTS ger mycket hög upplösning, och man kan se struktur hos spektrallinjer som beror på atomkärnans rotation. I bilden tre linjer hos Pr + (grundämnet Praseodym). Snabba atomer och lysande stjärnor 354

Intensitetsmätningar 355

Eta Carinae Snabba atomer och lysande stjärnor 356

En laserstjärna? 357 Johansson och Letokhov I boken Astrophysical Lasers, som publicerades postumt 2010 Sveneric Johansson avled 2008 och Vladilen Letokhov 2009, beskriver de sin forskning. I spektrum från gasbubblorna runt Eta Carinae kunde Sveneric Johansson bland annat identifiera ett stort antal linjer från Fe +. Två av dessa linjer är här mycket starkare än alla andra, medan de i laboratoriet inte är särskilt framträdande. Sveneric och den ryske laserexperten Vladilen Letokhov kunde visa att intensiteten hos de två linjerna tyder på att det finns stimulerad emission eller laserstrålning i bubblorna. Innehållsförteckningen >> Nästa kapitel >>