Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Институт математики, физики и информационных технологийСтр 1 из 3Следующая ⇒
Институт математики, физики и информационных технологий Кафедра «Общая и теоретическая физика»
Потемкина С.Н.
КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ФИЗИКЕ
3й семестр Модуль 6
Лекция 11 Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц 2021
Глава 26. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц Состав и характеристики элементарных частиц
1911 г. – Резерфорд установил экспериментально ядерную структуру атомов. Ядро характеризуется зарядом Zя и массой mя. Заряд ядра равен:
где Z – порядковый номер элемента в периодической системе Менделеева. Масса ядра: m я = А∙ mp, где mp – масса протона, А – массовое число. Резерфорд показал, что атомное ядро имеет размеры ~ 10-14 ~ 10-15 м (а линейные размеры атома ~ 10-10 м). Но эта модель противоречит экспериментальным данным. В 1932 г. английским физиком Д. Чедвиком был открыт нейтрон, элементарная частица с зарядом en =0, а масса близка к массе протона. Итак, ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Частицы, входящие в состав атомного ядра называются нуклонами – ядерными частицами. Протонно-нейтронную модель ядра предложил в 1932 г. Дм. Дм. Иваненко, советский физик. Протон. Элементарная частица обладает зарядом +е и массой mp = 1,6726∙10-27 кг. В физике элементарных частиц массу принято выражать в единицах энергии: mp= c2∙1,6726∙10-27кг = 938,28 МэВ, а масса электрона: me= с2∙9,11∙10-31кг = 0,511 МэВ. Тогда:
Применяется также единица измерения, называемая атомной единицей массы (а.е.м.): 1 а.е.м.= 931,50 МэВ Протон обладает спином S =½ и собственным магнитным моментом:
где
μя называется ядерным магнетоном – т.е. единицей измерения магнитного момента. Нейтрон.
или
Спин нейтрона S =½ и, несмотря на отсутствие электрического заряда, нейтрон обладает собственным магнитным моментом
В свободном состоянии нейтрон нестабилен. Он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон, испуская электрон и антинейтрино – ύ. Период полураспада нейтрона равен ~ 12 мин. Схема распада:
Масса нейтрона больше массы протона на 2,5me.
Следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц, фигурирующих в правой части уравнения (9) на 1,5 m е ∙с2, т.е. на 0,77 МэВ, эта энергия выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.
А удельная энергия связи имеет порядок нескольких МэВ. Рис. 53.1 Зависимость Е св/ А= f (A) Из рис. 53.1 видно, что сильнее всего связаны нуклоны с массовыми числами ~ 50-60 (т.е. от Cr до Zn), а затем она (энергия связи) постепенно уменьшается.
Таким образом, энергетически возможны два процесса:
Ядерные силы
Огромная сила связи нуклонов в ядре (например, для 2Не4 – энергия связи ядра на одном нуклон – 7,1 МэВ). Силы, специфические для ядра, действующие между нуклонами, называются ядерными. Ядерные силы намного превышают гравитационные, электрические и магнитные взаимодействия и не сводятся к ним. Ядерные силы относятся к классу сильных взаимодействий. Особенности ядерных сил:
10-15м, это силы притяжения. Если r<10-15м – притяжение нуклонов сменяется отталкиванием;
Например, протон и нейтрон, образуя ядро тяжелого водорода – дейтрон, удерживаются вместе, только если их спины параллельны друг другу;
До сих пор не разработана единая последовательная теория атомного ядра. Рассмотрим две модели ядра: капельная и оболочечную. Капельная модель ядра (1936г. Н. Бор и Я. Френкель). Капельная модель ядра трактует ядро как каплю электрически заряженной, несжимаемой жидкости, подчиняющейся законам квантовой механики. Она позволила получить полуэмпирическую формулу для энергии связи ядра, объяснила механизм ядерных реакций, реакции деления ядер, но не могла объяснить повышенную устойчивость ядер, содержащих магические числа протонов и нейтронов.
2. Оболочечная модель ядра (1949-1950гг. – Геннерт-Майер – американский физик и немецкий физик Х. Ченсен). Оболочечная модель представляет распределение нуклонов в ядре по дискретным энергетическим уровням (оболочкам), заполняемым нуклоном согласно принципу Паули, и связывает устойчивость ядер с заполнением этих уровней.
Оболочечная модель ядра позволила объяснить спины и магнитные моменты ядер, различную устойчивость ядер и периодичность изменений их свойств. Затем, по мере накопления экспериментальных фактов возникли обобщенная модель ядер (синтез капельной и оболочечной моделей) и оптическая модель ядра (объясняет взаимодействие ядер с налетающими частицами) и другие модели.
Альфа- и бета распады
Альфа- распад. α-распад протекает по схеме: ZXA→YA-4 + 2He4 или
Скорости, с которыми α- частицы вылетают из распавшегося ядра, очень велики (Ư~ 107м/с). На образование одной пары ионов в воздухе тратится ~ 7 эВ. Т.е. пролетая в воздухе α-частица образует ~ 105 пар ионов. В воздухе, при нормальном давлении пробег α- частицы ~ несколько сантиметров, в твердом веществе ~ 0,01 мм (α- частицы полностью задерживаются обычным листом бумаги). Для α- частицы имеется отличная от нуля вероятность прохождения через барьер. Бета- распад. Существует три разновидности бета- распада: β–- распад, β+- распад, электронный захват. β–- распад (или электронный захват) происходит по схеме:
т.е. связан с выбросом электрона. α-распад и β-распад происходят в соответствии с правилами смещения, которые являются следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивном распаде:
Ядерные реакции
Процесс взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром, приводящий к преобразованию ядер, называется ядерной реакцией. Наиболее распространенный вид ядерной реакции: взаимодействие легкой частицы a с ядром Х, в результате которого образуется ядро Y и легкая частица b:
В качестве легких частиц a и b могут фигурировать нейтрон- n, протон- р, дейтрон- d, α- частица- α и γ- фотон- γ.
Ядерные реакции могут сопровождаться как выделением, так и поглощением энергии. Если сумма масс образующихся ядер превосходит сумму масс исходных ядер – реакция идет с поглощением энергии и энергия реакции будет отрицательной. Ядерные реакции могут протекать в два этапа, если они вызываются не очень быстрыми частицами:
где П – промежуточное или составное ядро. Если испущенная частица тождественна с захваченной (а≡b), то (57.2) процесс называют рассеянием. Если Еа=Eb – рассеяние упругое, если Еа≠Eb – рассеяние неупругое. Ядерная реакция имеет место, если a≠b. Впервые ядерная реакция была осуществлена Резерфордом в 1919 г., облучался азот α- частицами, ее уравнение:
Первая ядерная реакция, вызванная искусственно ускоренными частицами, была осуществлена английским физиком Дж. Дуглас Кокрофтом в 1932 г., ее схема:
Первый уран-графитовый реактор был запущен в 1942 г. в Чикагском университете под руководством итальянского физика Энрико Ферми. Вопросы для повторения
Институт математики, физики и информационных технологий
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-27; просмотров: 60; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.191.174.168 (0.02 с.) |