24. α-распад
Альфа-частицы испускаются только тяжелыми ядрами, т.е. содержащими большое число протонов и нейтронов. Прочность тяжелых ядер мала. Для того, чтобы покинуть ядро, нуклон должен преодолеть ядерные силы, а для этого он должен обладать достаточной энергией.
При объединении двух протонов и двух нейтронов в альфа-частицу ядерные силы в подобном сочетании (между нуклонами частицы) являются наиболее крепкими, а связи с другими нуклонами слабее, поэтому альфа-частица способна "выйти" из ядра. Вылетевшая альфа-частица уносит положительный заряд в 2 единицы и массу в 4 единицы.
В результате альфа-распада радиоактивный элемент превращается в другой элемент, порядковый номер которого на 2 единицы, а массовое число на 4 единицы, меньше.
То ядро, которое распадается, называют материнским, а образовавшееся дочерним.
Дочернее ядро оказывается обычно тоже радиоактивным и через некоторое время распадается.
Процесс радиоактивного распада происходит до тех пор, пока не появится стабильное ядро, чаще всего ядро свинца или висмута.
25. β-распад
Явление β-распада состоит в том, что ядро(A,Z) самопроизвольно испускает лептоны 1-го поколения – электрон (позитрон) и электронное нейтрино (электронное антинейтрино), переходя в ядро с тем же массовым числом А, но с атомным номером Z, на единицу большим или меньшим. При e-захвате ядро поглощает один из электронов атомной оболочки (обычно из ближайшей к нему K-оболочки), испуская нейтрино.В литературе для K-захвата часто используется термин EC (Electron Capture).
Существуют три типа β-распада – β--распад, β+-распад и K-захват.
β-: (A, Z) → (A, Z+1) + e- + ṽ,
β+: (A, Z) → (A, Z-1) + e+ + ν,
K: (A, Z) + e- → (A, Z-1) + ν.
Главной особенностью β-распада является то, что он обусловлен слабым взаимодействием. Бета-распад - процесс не внутриядерный, а внутринуклонный. В ядре распадается одиночный нуклон. Происходящие при этом внутри ядра превращения нуклонов и энергетические условия β-распада имеют вид (массу нейтрино полагаем нулевой):
β- (n → p + e- + ṽ), M(A, Z) > M(A, Z+1) + me,
β+ (p → n + e+ + ν), M(A, Z) > M(A, Z-1) + me,
K-захват (p + e- → n + ν), M(A, Z) + me > M(A, Z-1).
 Типичный энергетический спектр электронов при бета-распаде. Энергия распада делится между электроном и нейтрино. Спектр ограничен сверху максимальной энергией — энергией распада.
|
26. γ-излучение ядер: состоит в том, что ядро (A,Z) испускает g квант без изменения массового числа А и заряда ядра Z. Испускание γ-излучения происходит после α- или β-распадов атомных ядер. Длина волны менее 2·10−10 м. Относится к ионизирующим излучениям, т е к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков. Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. Энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена.
γ-Излучение имеет значительно большую проникающую способность, чем - и -излучения. γ-кванты, обладая нулевой массой покоя, не могут замедляться в среде, поэтому при прохождении сквозь вещество они либо поглощаются, либо рассеиваются (изменяют направление своего движения). Основными процессами, сопровождающими прохождение γ-излучения через вещество, являются фотоэффект, эффект Комптона и образование электронно- позитронных пар.
Фотоэффект — энергия гамма-кванта поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится ионизированным).
Комптон-эффект — гамма-квант рассеивается при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.
Эффект образования пар — гамма-квант в поле ядра превращается в электрон и позитрон.
Ядерный фотоэффект — при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра.
Гамма-переходы происходят между ядерными состояниями, характеризующимися определёнными значениями спина Ji , Jf и чётности Pi , Pf . Поэтому γ-кванты также имеют определённые значения спина Jγ и чётности Pγ . Законы сохранения момента количества движения J и чётности P в электромагнитных переходах определяют спин Jγ и чётность Pγ , уносимую γ-квантом
TR – кинетич-кая Е ядра отдачи:
 где E0 = Ei - Ef - Е γ-перехода, MR − масса ядра отдачи.
Полный момент кол-ва движ-я фотона J наз-ся мультипольностью. Зн-е спина фотона Jmin=1. Поэтому, полный момент J уносимый фотоном может принимать целочисленные зн-я 1, 2, ... (кроме нуля).
|
27. Ядерные силы - мезонная теория нуклон-нуклонного взаимодействия
ЯС явл-ся короткодействующими силами. Они проявл-ся лишь на весьма малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10–15м. Длина (1,5–2,2)·10–15м наз-ся радиусом действия ЯС.
ЯС обнаруживают зарядовую независ-ть: притяжение между 2-мя нуклонами одинаково независимо от зарядового сост-я нуклонов - протонного или нейтронного. Зарядовая независ-ть ЯС видна из сравн-я Е связи зеркальных ядер. Так наз-ся ядра, в к-рых одинаково общее число нуклонов, но число протонов в одном равно числу нейтронов другом. Напр, ядра гелия  и тяжелого водорода – трития  . Е связи этих ядер составляют 7,72 МэВ и 8,49 МэВ.
ЯС зависят от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Рассеяние нейтронов на пара водороде в 30 раз превышает рассеяние на ортоводороде. ЯС не являются центральными.
общие свойства ядерных сил:
· малый радиус действия ядерных сил (R 1 Фм);
· большая величина ядерного потенциала U 50 МэВ;
· зависимость ядерных сил от спинов взаимодействующих частиц;
· тензорный характер взаимодействия нуклонов;
· ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинового и орбитального моментов нуклона (спин-орбитальные силы);
· ядерное взаимодействие обладает свойством насыщения;
· зарядовая независимость ядерных сил;
· обменный характер ядерного взаимодействия;
· притяжение между нуклонами на больших расстояниях (r > 1 Фм), сменяется отталкиванием на малых (r < 0,5 Фм).
Согласно модели Юкавы, механизм ядерного взаимод-я закл-ся в обмене виртуальным мезоном между нуклонами. За время ядерного взаимод-я Δt вблизи нуклона обр-ся виртуальный мезон с массой m. Используя соотнош-е неопр-ти: Δt·ΔE>ħ, можно оценить величину массы виртуального мезона m=ΔE/c2=ħ//c2Δt.
За время взаимод-я виртуальный мезон отойдет от нуклона на расстояние: a=cΔt=cħ/ΔE=ħ/mc, где a - радиус ядерного взаимод-я.
Время ядерного взаимод-я Δt и массу мезона m можно оценить, используя Δt=a/c=1.4·10-13/3·10100.5·10-23c, mc2=ħ/Δt=6.6·10-22/0.5·10-23130МэВ.
Потенциал ядерного взаимод-я при r>1 Фм имеет вид V(r)=-(gяд/r)exp(-rmc/ħ), где gяд - константа ядерного взаимод-я (аналог элементарного заряда e в э-магнитном взаимод-и). Константа ядерного взаимод-я (константа связи): g2яд/ħc10.
|
28. Деление ядер - цепная реакция деления
Ядерные взрывы - ядерные реакторы
ДЯ - процесс расщепления атомного Я на 2 (реже три) Я с близкими массами, называемых осколками деления. В рез-те деления могут возникать и др. продукты реакции: лёгкие Я (в основном α частицы), нейтроны и γ-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в рез-те взаимод-я с др. ч-цами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер – экзотермич-кий процесс, в рез-те к-рого высвобождается большое кол-во Е в виде кинетич-кой Е продуктов реакции, а также излуч-я. ДЯ служит источником Е в ядерных реакторах и ядерном оружии.
Цепная ядерная реакция - послед-ть единичных ядерных реакций, каждая из к-рых вызывается ч-цей, появившейся как продукт реакции на предыдущем шаге послед-ти. Примером ЦЯР явл-ся ЦРД ядер тяжёлых элементов, при к-рой основное число актов деления инициируется нейтронами, полученными при делении ядер в предыдущем поколении.
ЯВ - неуправляемый процесс высвобождения большого кол-ва тепловой и лучистой Е в рез-те цепной ядерной реакции деления или реакции термоядерного синтеза за очень малый промежуток времени.
ЯР - устройство, предназначенное для организации, управляемой самоподдерживающейся ЦРД, к-рая всегда сопровождается выдел-ем Е.
|
29. Реакция синтеза легких ядер
В термоядерную реакцию (ТР) вступают легкие Я, а в рез-те синтеза (слияния) они обр-ют более тяжелое Я.
Такие ТР при темп-рах в миллионы градусов идут в недрах Солнца, где Я изотопов водорода, сливаясь вместе, образуют более тяжелое Я атома гелия, при этом выделяется огромная Е.
Чтобы провести синтез Я, т.е. соединить полож-но заряженные Я в новое Я, необходимо преодолеть действующие между ними кулоновские (электростатические) силы отталкивания.
Чтобы преодолеть силы отталкивания участвующие в синтезе ч-цы должны обладать очень большой кинетич-кой Е, т.е. иметь большую скорость. Большая скорость ч-ц достигается повыш-ем темп-ры в-ва до миллионов градусов.
ЯР, происходящая в разогретом в-ве, наз-ся ТР.
При таких темп-рах в-во может существовать только в виде плазмы (полностью ионизированного газа, состоящего из полож-но заряженных ионов и отриц-но заряженных ē).
Особенность ТР - это выдел-е большого кол-ва Е.
|
30. Детекторы излучения – ускорители
Основной и необходимой частью всех приборов, регистрирующих ионизирующее излуч-е (ИИ), явл-ся детекторы. Детекторы ИИ - устр-ва, преобразующие Е радиоактивного излуч-я в др. виды Е, удобные для регистрации. Наибольшее распростран-е получили детекторы, в к-рых Е заряженных ч-ц или фотонов излуч-я переходит в конечном итоге в эл-кую. Прохождение ч-ц через чувствительный объем такого детектора сопровождается имп-сами эл-кого тока на выходе детектора. Кол-во имп-сов в ед-цу времени (I), или скорость счета, пропорц-но числу ч-ц или фотонов, образующихся в препарате за то же самое время (A): I=f(A). Величина А наз-ся активностью препарата и равна А=dN/dt, где dN - число самопроизвольных ядерных превращений за промежуток времени dt.
Детектор обычно регистрирует не все ч-цы, падающие на его поверх-ть. Отнош-е числа ч-ц N, зарегистрированных детектором, к числу частиц N0, поступивших на его поверх-ть за время измерения, наз-ся эффективностью регистрации и равно ε=N/N0.
Детектор, в к-ром сущ-ет пропорц-ная завис-ть между Е ч-цы или фотона и амплитудой имп-са U на выходе детектора, наз-ся спектрометрическим детектором, U=kE. Распределение активности в завис-ти от Е излуч-я наз-ся Е-им спектром. Е-ие спектры отличаются от аппаратурных, т.к. имеет место взаимод-е излуч-я с в-вом измеряемого образца и детектора и частичное умень-е Е. Аппаратурный спектр представляет собой распределение числа имп-сов по каналам спектрометра. Хар-кой спектрометрического детектора явл-ся Е-ое разрешение, равное R(%)=ΔE/E·100 (Е - энергия пика, ΔЕ - ширина пика Е на половине его высоты, кэВ).
Ускорители заряженных частиц– установки для ускорения ЗЧ до Е, при к-рых они могут исп-ся для физ. Исследов-й, в промышл-ти и медицине. При сравнительно низких Е ускоренные ч-цы исп., напр, для получ-я изображ-я на экране телевизора или ē-го микроскопа, генерации рентгеновских лучей (ē-но-лучевые трубки), разрушения раковых клеток, уничтожения бактерий. При ускорении ЗЧ до Е, превышающих 1 мегаэлектронвольт (МэВ) их исп. для изуч-я структуры микрообъектов (напр, атомных ядер) и природы фундаментальных сил. В этом случае УЗЧ выполняют роль источников пробных ч-ц, зондирующих изучаемый объект.
|
Фотоэффект
Рентгеновское излучение
Эффект Комптона.
Фотон. Давление света.
Корпускулярно-волновой дуализм света. Опыты Ботэ, Вавилова.
Тепловое излучение.
Формула Релея-Джинса. Формула Планка.
Волны де-Бройля.
Принцип неопределенности Гейзенберга.
Уравнение Шредингера. Свободная частица. Свободная частица на замкнутой траектории.
Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме.
Квантовый осциллятор.
Туннельный эффект.
Планетарная модель атома по Резерфорду.
Модель атома по Бору. Опыт Франка-Герца.
Уравнение Шредингера для атома водорода.
Квантование момента импульса, проекции момента импульса. Эффект Зеемана.
Спин электрона. Спин-орбитальное взаимодействие. Опыт Штерна-Герлаха.
Квантовые числа электрона в атоме. Таблица Менделеева.
Молекулы
Зонная теория кристаллических тел. Металлы, диэлектрики, полупроводники. P-n переход.
Атомное ядро. Масса и энергия связи ядра.
Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.
α-распад.
β-распад.
γ-излучение ядер.
Ядерные силы. Мезонная теория нуклон-нуклонного взаимодействия.
Деление ядер. Цепная реакция деления. Ядерный взрыв. Ядерный реактор.
Реакция синтеза легких ядер.
Детекторы излучения. Ускорители.
|
|
|
Скачать 0.49 Mb.