Uppsala universitet
Hoppa över länkar
In English

Linné on line arrow Fysikens kosmos arrow Mikrokosmos arrow Atomkärnan – en ny värld med nya krafter

Atomkärnan – en ny värld med nya krafter

Nukleoner

Atomkärnan består av protoner med positiv elektrisk laddning, som upptäcktes 1919 av Rutherford, och neutroner som är elektriskt neutrala vilka upptäcktes av Chadwick 1932. Protonerna och neutronerna (eller nukleoner som de kallas gemensamt) hålls samman av en ny sorts kraft som vi inte stöter på i vårt dagliga liv, den så kallade starka kraften. Den kallas så eftersom den är så stark att den kan hålla samman atomkärnan trots att protonerna repellerar varandra på grund av den elektriska kraften. Med hjälp av endast tre olika byggstenar, dvs protonen, neutronen och elektronen, och deras elektromagnetiska och starka växelverkan kan vi bygga alla atomer i det periodiska systemet.

Protoner och neutroner påverkas lika mycket av den starka kraften, men det är inte alla partiklar som påverkas av den. Ett sådant exempel är elektronen. De partiklar som påverkas av den starka kraften kallas gemensamt för hadroner och idag känner man till flera hundra olika typer av hadroner. Vi vet nu att hadronerna inte är fundamentala partiklar utan de är sammansatta av kvarkar. De första bevisen för att protonen har en inre struktur kom i slutet av sextio-talet från ett experiment vid Stanford Linear Accelerator Center i USA. Genom att bestråla protoner i ett fixt strålmål med elektroner och studera hur elektronerna spreds kom man fram till att protonen har en egen struktur, kvarkarna. Redan tidigare kunde man dock ana att protoner och neutroner har inre struktur då deras magnetiska dipolmoment inte alls stämmer med vad man förväntar sig av en punktlik partikel. För protonen kunde man mäta upp ett magnetiskt dipolmoment på 2.79 i stället för 1.0 och för neutronen -1.91 i stället för 0.

Atomkärnans struktur

Precis som elektronerna runt atomkärnan befinner sig i olika energitillstånd, eller skal, så befinner sig nukleonerna i atomkärnan också i olika skal. Bland de första som studerade atomkärnans energiskal var Helge Tyrén i Uppsala. Tillsammans med sina medarbetrare studerade han den energi som gick åt för att slå ut protoner ur atomkärnan. Resultaten bekräftade den teori som tidigare framlagts om atomkärnans skalstruktur. Vid The Svedberg-laboratoriet i Uppsala forskar man bland annat på olika atomkärnors skalstruktur och kollektiva fenomen som vibrations- och rotationstillstånd.


GWI-cyklotronen vid TSL (The Svedberg Laboratoriet)
  GWI-cyklotronen byggdes i slutet av 40-talet och var då under en kortare tid Europas kraftfullaste accelerator. Den har sedan dess uppgraderats och är idag en utmärkt accelerator för medicinsk och kärnfysikalisk forskning. Den fungerar även som injektor för CELSIUS-ringen, där forskning inom både kärn- och partikelfysik bedrivs.

Baserade på grundforskning inom kärnfysik har ett flertal tillämpningar utvecklats. Som exempel kan nämnas omvandling av kärnenergi till elektrisk energi i reaktorer och medicinska tillämpningar. Datering av arkeologiska material kan också ske med hjälp av kärnfysikalisk teknik; man utnyttjar då livstiden hos radioaktiva isotoper.

Läs mer om