История атомной физики

История развития ядерной физики (стр. 1 из 6)

История атомной физики

Министерство образования Российской Федерации

Дисциплина: физика

Реферат

Тема: “История развития ядерной физики”

Выполнил: студент группы К-

Проверил: преподаватель

Владивосток

-2004-

1. Введение…………………………………………………………………………………………………………………3

2. Новая физика на рубеже веков4
теория относительности, квантовая теория ………………………………………………………………4

3. Резерфорд открывает атомное ядро …………………………………………………………………………5

4. Нерелятивистская квантовая теория. ……………………………………………………………………….6
Уравнение Шредингера

5. Радиоактивность ……………………………………………………………………………………………………..6

6. Первая ядерная реакцияю…………………………………………………………………………………………7

7. Состав атомного ядра……………………………………………………………………………………………….7

8. Размеры ядра …………………………………………………………………………………………………………..8

9. Позитрон. Аннигиляция.
Взаимные превращения элементарных частиц ………………………………………………………….8

10. Парадоксы бета — распада. Нейтрино…………………………………………………………………………9

11. Пионы — кванты ядерного поля …………………………………………………………………………………9

12. Лептоны ………………………………………………………………………………………………………………….9

13. Ядерные реакции ……………………………………………………………………………………………………10

14. Деление ядер ………………………………………………………………………………………………………….11

15. Новые горизонты ядерной физики.
Радиоактивные пучки …………………………………………………………………………………………….12

16. Детекторы. Ускорители ………………………………………………………………………………………….13

17. Заключение ……………………………………………………………………………………………………………14

18. Используемая литература………………………………………………………………………………………..15

Введение

Ядерная физика раздел физики, посвященный изучению структуры атомного ядра, процессов радиоактивного распада и механизма ядерных реакций. Придавая этому термину более общий смысл, к ядерной физики часто относят также физику элементарных частиц. Иногда разделами ядерной физики.

продолжают считать направления исследований, ставшие самостоятельными ветвями техники, например ускорительную технику, ядерную энергетику. Исторически Ядерная физика возникла ещё до установления факта существования ядра атомного.

Возраст ядерной физики можно исчислять со времени открытия радиоактивности.

Канонизированного деления современной ядерной физики на более узкие области и направления не существует. Обычно различают ядерную физику низких, промежуточных и высоких энергий.

К ядерной физике низких энергий относят проблемы строения ядра, изучение радиоактивного распада ядер, а также исследования ядерных реакций, вызываемых частицами с энергией до 200 Мэв. Энергии от 200 Мэв до 1 Гэв называются промежуточными, а свыше 1 Гэв — высокими.

Это разграничение в значительной мере условно (особенно деление на промежуточные и высокие энергии) и сложилось в соответствии с историей развития ускорительной техники.

В современной ядерной физике структуру ядра исследуют с помощью частиц высоких энергий, а фундаментальные свойства элементарных частиц устанавливают в результате исследования радиоактивного распада ядер.

Обширной составной частью ядерной физики низких энергии является нейтронная физика, охватывающая исследования взаимодействия медленных нейтронов с веществом и ядерные реакции под действием нейтронов. Молодой областью ядерной физики является изучение ядерных реакций под действием многозарядных ионов.

Эти реакции используются как для поиска новых тяжёлых ядер, так и для изучения механизма взаимодействия сложных ядер друг с другом. Отдельное направление ядерной физики — изучение взаимодействия ядер с электронами и фотонами.

Все эти разделы ядерной физики тесно переплетаются друг с другом и связаны общими целями.

В ядерной физике (как и во всей современной физике) существует резкое разделение эксперимента и теории. Арсенал экспериментальных средств ядерной физики разнообразен и технически сложен.

Его основу составляют ускорители заряженных частиц (от электронов до многозарядных ионов), ядерные реакторы, служащие мощными источниками нейтронов, и детекторы ядерных излучений, регистрирующие продукты ядерных реакций.

Для современного ядерного эксперимента характерны большие интенсивности потоков ускоренных заряженных частиц или нейтронов, позволяющие исследовать редкие ядерные процессы и явления, и одновременная регистрация нескольких частиц, испускаемых в одном акте ядерного столкновения.

Множество данных, получаемых в одном опыте, требует использования ЭВМ, сопрягаемых непосредственно с регистрирующей аппаратурой. Сложность и трудоёмкость эксперимента приводит к тому, что его выполнение часто оказывается посильным лишь большим коллективам специалистов.

Для теоретической ядерной физики характерна необходимость использования аппаратов разнообразных разделов теоретической физики: классической электродинамики, теории сплошных сред, квантовой механики, статистической физики, квантовой теории поля. Центральная проблема теоретической ядерной физики — квантовая задача о движении многих тел, сильно взаимодействующих друг с другом.

Теорией ядра и элементарных частиц были рождены и развиты новые направления теоретической физики (например, в теории сверхпроводимости, в теории химической реакции), получившие впоследствии применение в других областях физики и положившие начало новым математическим исследованиям (обратная задача теории рассеяния и её применения к решению нелинейных уравнений в частных производных) и др.

Развитие теоретических и экспериментальных ядерных исследований взаимозависимо и тематически связано. Стоящие перед ядерной физикой проблемы слишком сложны и лишь в немногих случаях могут быть решены чисто теоретическим или эмпирическим путём.

Ядерная физика оказала большое влияние на развитие ряда других областей физики (в частности, астрофизики и физики твёрдого тела) и других наук (химии, биологии, биофизики).

Прикладное значение ядерной физики в жизни современного общества огромно, её практические приложения фантастически разнообразны — от ядерного оружия и ядерной энергетики до диагностики и терапии в медицине. Вместе с тем она остаётся той фундаментальной наукой, от прогресса которой можно ожидать выяснения глубоких свойств строения материи и открытия новых общих законов природы.

Мир, в котором мы живем, сложен и многообразен. Издавна человек стремился познать окружающий его мир. Исследования шли в трех направлениях:

1. Поиск элементарных составляющих, из которых образована вся окружающая материя.

2. Изучение сил, связывающих элементарные составляющие материи.

3. Описание движения частиц под действием известных сил.

У философов древней Греции существовало два противоположных взгляда на природу материи. Сторонники одной школы (Демокрит, Эпикур) утверждали, что нет ничего, кроме атомов и пустоты, в которой движутся атомы.

Они рассматривали атомы как мельчайшие неделимые частицы, вечные и неизменные, пребывающие в постоянном движении и различающиеся формой и величиной. Сторонники другого направления придерживались прямо противоположной точки зрения. Они считали, что вещество можно делить бесконечно.

Сегодня мы знаем, что мельчайшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства — это молекулы и атомы. Однако мы также знаем, что атомы в свою очередь имеют сложную структуру и состоят из атомного ядра и электронов. Атомные ядра состоят из нуклонов — нейтронов и протонов.

Нуклоны в свою очередь состоят из кварков. Но разделить нуклоны на составляющие их кварки уже нельзя. Что вовсе не означает, что кварки «элементарны». Понятие элементарности объекта в значительной мере определяется уровнем наших знаний.

Поэтому привычное для нас утверждение «состоит из …» на субкварковом уровне может оказаться лишенным смысла. Понимание этого сформировалось в процессе изучения физики субатомных явлений.

Новая физика на рубеже веков —
теория относительности, квантовая теория

Открытие атомного ядра и элементарных частиц явилось результатом изучения строения вещества, достигнутым физикой в конце XIX века. Исследования электрических явлений в жидкостях и газах, оптических спектров атомов, рентгеновских лучей, фотоэффекта показали, что вещество имеет сложную структуру.

В 1897 году при исследовании катодных лучей Дж. Томсоном был открыт электрон — носитель отрицательного элементарного электрического заряда. ХХ век принес много неожиданностей в физику. Именно в это время классическая физика оказалась несостоятельной в объяснении новых экспериментальных фактов.

Уменьшение временных и пространственных масштабов, в которых разыгрываются физические явления, привели к «новой физике», столь непохожей на привычную традиционную классическую физику. Развитие физики в начале XX века привело к полному пересмотру классических представлений.

В основе «новой физики» лежат две фундаментальные теории:

  • теория относительности
  • квантовая теория.

Теория относительности и квантовая теория являются фундаментом, на котором построено описание явлений микромира

Создание А. Эйнштейном в 1905 году теории относительности привело к радикальному пересмотру представлений о свойствах пространства и времени, взглядов на характер электромагнитного поля. Стало ясно, что невозможно создание механических моделей для всех физических явлений.

В основу теории относительности положены две физические концепции.

Источник: https://mirznanii.com/a/320818/istoriya-razvitiya-yadernoy-fiziki

История атома: теории и модели

История атомной физики

От автора:Был очень удивлен поддержкой моего поста на тему образования (http://pikabu.ru/story/reaktsionnaya_sposobnost_metallov_486…), и благодарен всем тем кто поставил плюсики, а так же 10 моим подписчикам — серьезно, спасибо, без вас я бы не продолжил выкладывать материал!

Сегодня я привожу мою адаптацию, перевод и дополнение статьи «The History of the Atom – Theories and Models» (http://www.compoundchem.com/2016/10/13/atomicmodels/) от Compaund Interest, а также небольшую представляю инфографику по статье!

История атома: теории и модели

Вся материя состоит из атомов. Это то, что мы теперь представляем, как само собой разумеющееся, и одна из первых вещей, которую вы узнаете сразу в начале своего обучения химии. Несмотря на это, наши представления о том, что же такое атом появилось совсем недавно: всего за сто лет назад, причем ученые до сих пор спорят, как именно атом выглядит.

Графическое представление модели атома было предложено в 1800-х годах, но идея «атома» существовала задолго до того. Слово «атом» происходит от древнегреческого «ἄτομος» и примерно переводится как «неделимый».

Древнегреческая теория чаще всего приписывается Демокриту (460-370 до н.э.) и его наставнику Левкиппу.

Хотя их идеи об атомах были рудиментарными по сравнению с нынешней концепцией сегодня, они обрисовал важную идею, состоящую в том, что все состоит из атомов — невидимых и неделимых сфер материи бесконечного типа и числа.

Древнегреческие философы предположили, что атомы отличаются своей формой в зависимости от типа.

Например, атомы железа представлялись виде крючков, которые цеплялись друг за друга, что объясняло почему железо было твердым при комнатной температуре, а атомы воды были гладкими и скользкими, поэтому вода была жидкой при комнатной температуре. И хоть теперь мы знаем, что это не так, их идеи были заложены в основу будущих атомных моделей.

Новое представление об атоме появилось лишь в 1803 году, когда английский химик Джон Дальтон начал развивать научное определение атома. Он основывался на идеи древних греков в описании атомов как маленьких, твердых, неделимых сфер, как и у греческих философов, у Дальтона атомы одного элемента идентичны друг другу.

Последний пункт по-прежнему является в значительной степени верным, исключением являются изотопы различных элементов, которые отличаются по числу нейтронов. Однако, так как нейтрон не был обнаружен до 1932 года, мы, вероятно, можем простить Дальтону эту ошибку.

Дальтон также придумал теорию о том, как атомы объединяются, образуя соединения, а также представил первый набор химических символов для известных элементов.

Представление атомной теории Дальтона было началом развития современной модели атома. Однако затем последовал еще один период где наши знания об атоме никак не прогрессировала.

Конечно существовали попытки понять, как атомы могут выглядеть, например, такими попытками являлись например предположения лорда Кельвина, что атомы — это вихревые частицы, вращение которых объясняет их основные свойства, по аналогии с теорией гидродинамических вихрей.

Первый прорыв произошел в конце 1800-х годов, когда английский физик Джозеф Джон Томсон обнаружил, что атом не был столь же неделимым, как заявлялось ранее.

Он проводил эксперименты с использованием катодных лучей (электронных пучков), произведенных в разрядной трубке, и обнаружил, что лучи притягиваются положительно заряженными металлическими пластинами, но отталкивается отрицательно заряженными. Из этого он сделал вывод, что лучи должны быть заряжены отрицательно.

Изучая частицы в лучах, он смог сделать вывод о том, что они были в две тысячи раз легче, чем водород, а также путем изменения металла катода, он продемонстрировал, что эти частицы присутствовали во многих типах атомов. Таким образом он открыл электрон (хотя он называл его как «корпускул»), и показал, что атомы не являются неделимыми. За это открытие он получил Нобелевскую премию в 1906 году.

В 1904 году он выдвинул свою модель атома на основе своих выводов, названную «пудинговой моделью атома». Данная модель представляла атом как положительно заряженную сферу, с электронами, усеянными в сфере, как сливы в пудинге. Модель Томсона была вскоре опровергнута его учеником.

Эрнест Резерфорд являлся физиком из Новой Зеландии, обучался в Кембриджском университете у Томсона. Работая в Университете Манчестера, он представил новое представление о модели атома. Его работа была опубликована уже после того, как он получил Нобелевскую премию в 1908 году за исследования в химии радиоактивных веществ.

Резерфорд разработал эксперимент, который помог исследовать атомную структуру. Для этого он стрелял положительно заряженными альфа-частицами в тонкий лист золотой фольги. Альфа-частицы были настолько малы, что проходили сквозь золотую фольгу.

В соответствии с моделью Томсона, в которой положительный заряд диффундирует по всему атому, альфа частицы должны были пройти насквозь листа практически без отклонения.

Проводя этот эксперимент, Резерфорд надеялся, подтвердить модель Томсона — своего учителя, однако, все оказалось как раз наоборот.

В ходе эксперимента, большинство из альфа-частиц, проходили через фольгу практически без отклонения. Тем не менее, очень небольшое число частиц отклонялись от намеченного пути, отклоняясь при этом на очень большой угол.

Это было совершенно неожиданно; как заметил сам Резерфорд, «Это было почти так же невероятно, как если бы вы выпустили 15-дюймовый снаряд в папиросную бумагу, а он вернулся бы и ударил бы тебя».

Единственным возможным объяснением было то, что положительный заряд не распространялся по всему атому, а был локализован в небольшом, плотном центре — ядре. Согласно этому, большой частью остальной части атома являлось просто пустое пространство.

Открытие Резерфордом ядра означало необходимость переосмысления атомной модели. Он предложил модель, в которой электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра. Однако, он не объяснил, что держит электроны, вращающиеся вокруг ядра вместо того, чтобы просто упасть на ядро.

Новая модель была представлена Нильсом Бором. Бор был датским физик, который приступил к решению проблем, связанных с моделью Резерфорда. Так как, классическая физика не могла правильно объяснить, что происходит на атомном уровне, он обратился к квантовой теории для объяснения расположение электронов.

Его модель постулировала существование энергетических уровней или электронных оболочек. Электроны могут находится только на этих энергетических уровнях; Другими словами, их энергия квантуется, и не может принять только какое-либо значение между квантованными уровнями.

Электроны могут перемещаться между этими энергетическими уровнями (именуемыми Бором как «стационарные состояния»), но при условии поглощения или испускания энергии.

Предложение Бором стабильных энергетических уровней в некоторой степени решала проблему падения электронов по спирали на ядро.

Истинные причины сложнее и они скрыты в сложном мире квантовой механики; и, как Бор сам сказал: «Если квантовая механика вас не потрясла до глубины души, то вы просто еще этого поняли(или вы еще не достаточно хорошо понимаете квантовую механику — игра слов, прим. переводчика)».

Модель Бора не решает всех проблем атомной модели. Она хорошо подходит для атомов водорода, но не может объяснить наблюдения за более тяжелыми элементами.

Это также нарушает принцип неопределенности Гейзенберга, один из краеугольных камней квантовой механики, в которой говорится, что мы не можем знать точное местоположение и импульс электрона одновременно.

Тем не менее, модель атома Бора наиболее широко распространена и известна, что связано с удобством объяснения химической связи и реакционной способности некоторых групп элементов на начальном этапе обучения.

Во всяком случае, модель все еще требует переработки. На данный момент, многие ученые проводили исследования и пытаясь разработать квантовую модель атома. Главным среди них являлся австрийский физик Эрвин Шредингер, которого вы, вероятно, знаете благодаря «Коту Шредингера».

В 1926 Шредингер предположил, что, электроны и другие элементарные частицы ведут себя подобно волнам на поверхности океана. С течением времени пик волны (соответствующий месту, в котором скорее всего будет находиться электрон) смещается в пространстве в соответствии с описывающим эту волну уравнением.

То есть то, что мы традиционно считали частицей, в квантовом мире ведёт себя во многом подобно волне.

Шредингер решил ряд математических уравнений для описания модели распределения электрона в атоме. Его модель демонстрирует ядро, окруженное облаками электронной плотности.

Эти облака являются облаками вероятности; хотя мы не знаем точно где электроны в тот или иной момент времени, но мы знаем в каких заданных областях пространства они вероятно могут находится. Эти участки пространства называются электронными орбитами.

Становится понятно, почему в средней школе уроки химии зачастую не приводят эту модель, хотя это модель считается наиболее точной!

Уже после Шредингера, в 1932 году английский физик Джеймс Чедвик (ученик Эрнеста Резерфорда) обнаружил существование нейтрона, завершая нашу картину субатомных частиц, составляющих атом.

Однако, история не заканчивается на этом; физики обнаружили, что протоны и нейтроны, составляющие ядро, сами делится на частицы, называемые кварками — но это уже совсем другая история! Во всяком случае, модель атома дает нам отличный пример того, как научные модели могут меняться с течением времени, и показывает, как новые данные могут привести к появлению новых моделей.

Химия Compaundinterest Образование Атом Длиннопост

Источник: https://pikabu.ru/story/istoriya_atoma_teorii_i_modeli_4865321

Развитие атомной и ядерной физики в 19 веке — Ядерная физика

История атомной физики

Представление об атомах как неделимых мельчайших частицах вещества возникло еще в античные времена, но только в XVIII веке трудами А. Лавуазье, М. В. Ломоносова и других ученых была доказана реальность существования атомов. Но вопрос об их внутреннем устройстве даже не возникал, и атомы по-прежнему считались неделимыми частицами.

В XIX веке изучение атомистического строения вещества существенно продвинулось вперед. В 1833 году при исследовании явления электролиза М. Фарадей установил, что ток в растворе электролита это упорядоченное движение заряженных частиц – ионов. Фарадей определил минимальный заряд иона, который был назван элементарным электрическим зарядом.

Его приближенное значение оказалось равным e = 1,60·10–19 Кл.

На основании исследований Фарадея можно было сделать вывод о существовании внутри атомов электрических зарядов.

Большую роль в развитии атомистической теории сыграл выдающийся русский химик Д. И. Менделеев, разработавший в 1869 году периодическую систему элементов, в которой впервые был поставлен вопрос о единой природе атомов.

Важным свидетельством сложной структуры атомов явились спектроскопические исследования, которые привели к открытию линейчатых спектров атомов. В начале XIX века были открыты дискретные спектральные линии в излучении атомов водорода в видимой части спектра. Впоследствии, в 1885 г. И. Бальмером были установлены математические закономерности, связывающие длины волн этих линий.

В 1896 году А. Беккерель обнаружил явление испускания атомами невидимых проникающих излучений, названное радиоактивностью. В последующие годы явление радиоактивности изучалось многими учеными (М. Склодовская-Кюри, П. Кюри, Э. Резерфорд и др.).

Было обнаружено, что атомы радиоактивных веществ испускают три вида излучений различной физической природы (альфа-, бета- и гамма-лучи).

Альфа-лучи оказались потоком ионов гелия, бета-лучи – потоком электронов, а гамма-лучи – потоком квантов жесткого рентгеновского излучения.

В 1897 году Дж. Томсон открыл электрон и измерил отношение e / m заряда электрона к массе. Опыты Томсона подтвердили вывод о том, что электроны входят в состав атомов.

Таким образом, на основании всех известных к началу XX века экспериментальных фактов можно было сделать вывод о том, что атомы вещества имеют сложное внутреннее строение.

Они представляют собой электронейтральные системы, причем носителями отрицательного заряда атомов являются легкие электроны, масса которых составляет лишь малую долю массы атомов.

Основная часть массы атомов связана с положительным зарядом.

Концепции атомной и ядерной физики будут развертываться в ХХ столетии, но события, давшие им толчок, произошли в конце XIX столетия. На стыке XIX и ХХ вв. в науке свершились открытия, заставившие заколебаться сложившуюся картину мира.

Представлениям, основанным на классической механике, суждено было уступить место новой, остающейся до сих пор во многом не завершенной картине мира. События, положившие начало процессу смены картины мира, связаны с открытием рентгеновских лучей и радиоактивности (1895-1896гг.), открытием электрона (1897г.

), структуры кристалла (1912г.), нейтрона (1932г.), деления ядра атома (1938г.) и т.д., а также с теоретическими работами: квантовой теорией М.Планка (1900г.), специальной теорией относительности А.Эйнштейна (1905г.), атомной теорией Резерфорда — Н.Бора (1913г.), общей теорией относительности А.

Эйнштейна (1916г.), волновой механики Л.де Бройля и Э.Шредингера (1923-1926гг.) и т.д.

Поскольку в основу изложения развития физических концепций был положен и хронологический принцип, то и научные открытия, происшедшие в конце XIX столетия (хотя главные события, последующие за ними, будут происходить уже в ХХ столетии), целесообразно рассмотреть в русле развития физики конца XIX столетия.

Конец XIX века демонстрировал наличие теории, удовлетворяющей практическим потребностям. Явления электромагнетизма использовались в осветительных и силовых устройствах. Термодинамические концепции привели к созданию двигателя внутреннего сгорания и химических установок. Электромагнитная теория вызвала к жизни радио.

Эти достижения были практической реализацией утвердившихся научных знаний, от которых трудно было ожидать чего-то принципиально нового.

Так что радикальные сдвиги следовало ожидать в тех областях физики, которые до сих пор находились в тени и в которых наблюдались какие-то явления, не укладывавшиеся в существующие физические концепции. Область физики, занимавшаяся изучением электрических разрядов, оказалась именно такой.

Однако проводившиеся с электрическими разрядами в вакууме опыты привели к интересным результатам, а электротехническая промышленность обнаружила потребность в совершенствовании вакуумной техники. Все это усилило интерес к исследованиям в этой области физики.

Первым результатом усиления этого интереса было открытие У. Круксом катодных лучей, которые он назвал лучистой формой материи. Д. Стоней назвал катодные лучи электронами, Ж. Перрен обнаружил у них отрицательный заряд, а Д. Томсон измерил их скорость. Следующим шагом было совершено непредвиденное открытие К.

Рентгеном — обнаружение Х-лучей (получивших название рентгеновских), исходивших из катодно-лучевой разрядной трубки. Это открытие, помимо практических перспектив, имело важное значение для других областей физики. Д.

Томсон установил, что не только электроны, которые ударялись о какое-либо вещество, порождали рентгеновские лучи, но и последние при ударе о вещество порождают электроны. Это явление, как было установлено впоследствии, было обусловлено фотоэлектрическим эффектом.

Тот факт, что электроны могли извлекаться из различных веществ, свидетельствовало о принадлежности их к электрической материи. Поскольку она состояла из отдельных частиц (атомов), то это побудило Д. Томсона обратиться к раскрытию внутренней структуры атома.

Существование электрона — заряженной частицы с массой, которая меньше массы атома и которая появляется из вещества при определенных условиях, наводила на мысль о том, что эта частица является структурным элементом атома. А если атом электрически нейтрален, то должен быть структурный элемент и с положительным зарядом.

Первая модель атома, предложенная В. Томсоном и затем Д. Томсоном, включала шарообразное облако положительного заряда, внутри которого находятся электроны, расположенные в этом облаке концентрическими кольцами. Данная модель просуществовала недолго. Но это был первый шаг в раскрытии структуры атома. Следующие модели атома появились уже в ХХ веке (модель Э.Резерфорда и модель Н.Бора).

Открытие рентгеновских лучей было случайным. Открытие радиоактивности, последовавшее вслед за открытием рентгеновских лучей, также оказалось случайным. А.Беккерель пытался установить, не излучаются ли подобные лучи другими телами. Из различных веществ, которыми он располагал, Беккерель случайно избрал соли урана.

лучи, исходящие из урана, были радиоактивными, причем получались без каких-либо устройств — они испускались самим радиоактивным веществом. Пьер и Мария Кюри выделили еще более сильные радиоактивные элементы — полоний и радий. Э. Резерфорд, изучая характер радиоактивного излучения, открыл альфа-лучи и бета-лучи и объяснил их природу. М.

Планк установил, что атомы отдают энергию не непрерывно, а порциями, т.е. существование предельного количества действия, контролировавшего количественно все энергетические обмены в атомных системах. К. Лоренц создал электронную теорию, синтезировавшую идеи теории поля атомной теории.

И хотя первоначально он не употреблял термина «электрон», а говорил о положительно и отрицательно заряженных частицах вещества, открытие радиоактивности и превращения атомов поколебало физические и химические представления XIX века. Это касалось закона неизменных элементов, установленного Лавуазье.

Самопроизвольный радиоактивный распад в условиях отсутствия опытных данных о синтезе новых атомов мог истолковываться как односторонний процесс постепенного разрушения вещества во Вселенной. Открытие первой субатомной частицы — электрона — выглядело аргументом в пользу отвергнутых представлений об электрической субстанции.

Казалось, что был поставлен под сомнение и закон сохранения энергии. Возникшая ситуация свидетельствовала о том, что новые экспериментальные факты не укладываются в существовавшую физическую парадигму.

Лазерное излучение 

Лазерное излучение в медицине. Медицинское применение Л. и. обусловлено как термическими, так и нетермическими эффектами. В хирургии Л. и. используют в качестве «светового скальпеля». Его преимущества — стерильность и бескровность операции, а также возможность варьирования ширины разреза.

Бескровность операции связана с коагуляцией белковых молекул и закупоркой сосудов по ходу луча. Этот эффект отмечается даже при операциях на таких органах, как печень, селезёнка, почки и др.

По мнению ряда исследователей, послеоперационное заживление при лазерной хирургии идёт скорее, чем после применения электрокоагуляторов. К недостаткам лазерной хирургии следует отнести некоторую ограниченность движений хирурга в операционном поле даже при использовании светопроводовразличной конструкции.

В качестве «светового скальпеля» наиболее широко применяют СО2-лазеры с длиной волны 10 590   и мощностью от нескольких вт до нескольких десятков вт.

В офтальмологии с помощью лазерного луча лечат отслоение сетчатки, разрушают внутриглазные опухоли, формируют зрачок. На основе рубинового лазера сконструирован офтальмокоагулятор.

При использовании Л. и. в онкологии для удаления поверхностных опухолей (до глубины 3—4 см) чаще применяют импульсные лазеры или лазеры на стекле с примесью Nd с мощностью импульса до 1500 вт.

Разрушение опухоли происходит почти мгновенно и сопровождается интенсивным парообразованием и выбросом ткани из области облучения в виде султана. Чтобы предупредить разбрасывание злокачественных клеток в результате «взрывного» эффекта, применяют воздушные отсосы. Операции с применением Л. и.

обеспечивают хороший косметический эффект. Перспективы использования лазерного «скальпеля» в нейрохирургии связаны с операциями на обнажённом мозге.

Терапия Л. и. основана преимущественно на нетермических эффектах и представляет собой светотерапию с использованием в качестве источников монохроматического излучения гелий-неоновых лазеров с длиной волны 6328   Терапевтическое воздействие на организм осуществляется Л. и.

с плотностью облучения в несколько мвт/см2, что полностью исключает возможность проявления теплового эффекта. На пораженный орган или участок тела воздействуют как местно, так и через соответствующие рефлексогенные зоны и точки (см. Иглотерапия). Л. и. применяют при лечении длительно незаживающих язв и ран; изучается возможность его применения и при др.

заболеваниях (ревматоидный полиартрит, бронхиальная астма, некоторые гинекологические заболевания и т.д.). Соединение лазера с волоконной оптикой позволяет резко расширить возможности его применения в медицине. По гибкому светопроводу Л. и. достигает полостей и органов, что позволяет провести голографическое исследование (см.

 Голография), а при необходимости и облучение пораженного участка. Исследуется возможность просвечивания и фотографирования с помощью Л. и. структуры зубов, состояния сосудов и др. тканей.

Работа с Л. и. требует строгого соблюдения соответствующих правил техники безопасности. Прежде всего необходима защита глаз. Эффективны, например, теневые защитные устройства. Следует оберегать от поражения Л. и.

кожные покровы, особенно пигментированные участки. Для защиты от поражения отражённым Л. и. с возможного пути луча удаляют блестящие (зеркальные) поверхности.

Предположения о возможности возникновения ионизирующего излучения при работе высокоинтенсивных лазеров не подтвердились.

Источник: https://www.sites.google.com/site/istoriaadernaafizika/gordienko-ekaterina-pucenkina-tatana-i-kulagina-svetlana

История становления ядерной физики

История атомной физики

12345678910111213141516Следующая ⇒

Основные этапы развития ядерной физики. Ядерная физика изучает структуру атомных ядер, свойства ядерник сил, законы изменения и превращения ядер при распаде и ядерных реакциях,

Взаимодействие ядерного излучения с веществом и элементарные частицы.

1896 г. — французский ученый Беккерель открыл, что соединения урана, независимо от их химического строения, самопроизвольно испускают лучи высокой проникающей способности.

Тот же эффект наблюдался у открытого вскоре супругами Кюри элемента — радия.

Исследуя характер отклонения этих лучей в магнитном поле, Резерфорд показал, что они состоят из трех различных компонент: α-лучей — потока положительно заряженных частиц; β-лучей— потока частиц, заряженных отрицательно, и γ-лучей, не отклоняющихся в магнитном поле. Далее выяснилось, что α-лучи состоят из частиц, несущих двойной элементарный заряд и обладающих массой, приближенно равной массе атома гелия, β-лучи являются потоком быстродвижущихся электронов, а γ-лучи ведут себя, как рентгеновские лучи большей жестокости.

1911 г. — Резерфорд предложил ядерную модель атома. По этой ядерной модели атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра и в тысячи раз более легкой оболочки, образованной электронами.

Электроны вращаются вокруг ядра и удерживаются вблизи него электрическими силами на расстояниях, которыми и определяется размер всего атома.

Так как атомы электрически нейтральны, то атомный номер Z, определяющий заряд ядра и химические свойства элементов, равен числу электронов внешней оболочки.

1913 г. Н. Бором была предложена модель атома. Переход электрона с одной стационарной орбиты на другую должен сопровождаться поглощением или испусканием порции электромагнитной энергии в виде кванта света частоты и энергии. Hv=En-Em.

1926 г. — Гейзенбергом и Шредннгером создана последовательная теория — квантовая механика.

Не существует таких состояний частицы, в которых она обладала бы одновременно точно определенным положением и скоростью.

В 1919 г. Резерфорд наблюдал расщепление ядер различных веществ при бомбардировке их α-частицами.

В 1930 г. Боте и Беккер, подвергая бериллий воздействию

Α-частиц, излучаемых полонием, наблюдали излучение с большой

Проникающей способностью — γ-лучи.

Только в 1932 г. Чадвик доказал существование электрически нейтральной частицы с массой, почти такой же, как у протона – нейтрон.

2. Основные характеристики ядер.

Все атомы состоят из ядер и электронов в свою очередь все ядра имеют более сложный состав и по размерам не превышают r – 10-15. Ядра всех химических элементов состоят из двух видов частиц – протонов и нейтронов. Все частицы ядер принято называть нуклонами. В ядрах могут присутствовать только протоны. Примером является водород.

Количество протонов в ядрах определяет электрический заряд ядра, количество электронов в атоме, его порядковый номер в системе. Совокупность протонов и нейтронов определяет его массу. Разное количество нейтронов в ядре одного и того же элемента определяет изотопный состав данного элемента, а ядра с одинаковым количеством протонов, но разным нейтронов называются изотопами.

Если заряд ядра Z, а массовое число A, то это означает, что в состав ядра входит Z протонов и (A—Z) нейтронов. (Число нейтронов в составе ядра обозначается обычно через N=A-Z.) X —

3. Изотопы, изобары, изотоны. Зеркальные.

Число протонов в ядре (зарядовое число) принято обозначать через Z, число нейтронов — через N. Их сумма А = Z + N называется массовым числом ядра, а число Z называют также порядковым номером элемента. Атомы с одинаковыми Z (т. Е. Атомы одного и того же элемента), но различными N называются изотопами, с одинаковыми А, но различными Z — изобарами, с одинаковыми N, но различными

Z — изотопами.

Зеркальными называются два ядра с одинаковыми массовыми числами А каждое из которых получается из другого заменой всех протонов нейтронами, а всех нейтронов — протонами. Примером такой пары могут служить сами протон и нейтрон. Другими примерами являются И , И И т.д. (более тяжелое ядро в каждой из этих пар радиоактивно).

…………………………………………….

4. Характеристики взаимодействий.

Четыре вида фунд. Взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Сильное взаимодействие удерживает нуклоны в атомных ядрах и большинство элементарных частиц, так называемых адронов (протон, нейтрон, мезоны и др.).

К электромагнитным взаимодействиям сводятся непосредственно воспринимаемые нами силы природы (за исключением тяготения): упругие, вязкие, молекулярные, химические и пр.

Слабые взаимодействия вызывают β-распад радиоактивных ядер и наряду с электромагнитными силами управляют поведением лептонов — элементарных частиц, не участвующих в сильных взаимодействиях и обладающих спином 1/2 (электрон, нейтрино). Нейтральные лептоны (все нейтрино и антинейтрино) не участвуют и в электромагнитных взаимодействиях. Гравитационное взаимодействие присуще всем частицам.

5. Энергия связи ядра.

. Энергия связи ядра Есв (относительно всех нуклонов) есть мера его прочности, измеряемая минимальной работой, которую надо произвести, чтобы полностью расщепить ядро на составляющие его протоны и нейтроны.

Через величину Есв определится и энергия связи ядра по отношению к разделению его на любые две части, состоящие из протонов и нейтронов, т. Е. Минимальная работа, необходимая для разделения ядра на две части. Например, энергия связи протона в ядре, иначе называемая энергией отделения протона от ядра, есть минимальная работа, которую надо произвести, чтобы удалить протон из ядра.

В силу соотношения между массой и энергией энергия связи ядра может быть вычислена по формуле Eсв(Z,A)=zmp+nmn-M(Z,A)

Если массы выражены в энергетических единицах. Массу заряженной частицы можно измерить масс-спектрографическим методом, основанным на измерении отклонений

8. Сверхтонкая структура и магнитный момент.

Экспериментально установлено существование тонкой структуры атомных спектральных линий, которая возникает из-за взаимодействия магнитного поля, создаваемого орбитальным движением электронов, с магнитным моментом, обусловленным наличием спинов у электронов. Это взаимодействие различно при разных направлениях спина, благодаря чему происходит расщепление линии на две.

В свою очередь,линии тонкой структуры тоже расщепляются. Это явление получило название сверхтонкой структуры атомных спектров. Объясняется такое расщепление взаимодействием магнитного момента атомного ядра с магнитным полем, создаваемым электронами атомной оболочки. При разных ориентациях спина ядра оно будет различно.

У системы частиц с зарядами ea могут быть электрические моменты всех порядков, начиная с нулевого.

……………………………………….

10. Метод магнитного резонанса.

Резонансный метод, развитый Раби, дает возможность наблюдать изменение ориентации магнитных моментов атомов, молекул и ядер в постоянном магнитном поле при наличии осциллирующего или вращающегося магнитного поля.

При совпадении частоты осциллирующего поля с частотой, определяемой соотношением Бора 2πħv=ΔE=En-Em.

(Еn и Еm — энергии двух состояний системы в магнитном поле), происходит резонансная переориентация, сопровождающаяся поглощением или вынужденным испусканием электромагнитной энергии. Правило отбора для таких переходов имеет вид Δm=0; ± 1.

Первоначально этот метод был использован для изучения молекул, в дальнейшем был проведен ряд экспериментов для исследования ядер, в которых резонанс обнаруживался по э. Д. С, наведенной в процессе переориентации магнитных моментов ядер.

12. Основной закон распада

Радиоактивный распад — явление статистическое. Нельзя сказать, какие атомы в радиоактивном образце распадутся за рассматриваемое время. Но можно практически с полной достоверностью предсказать, сколько атомов распадется за это время.

Вероятность распада ядра за единицу времени называется постоянной распада λ. Это значит, что из N имеющихся радиоактивных ядер за единицу времени в среднем распадается λn, а за время dt — λndt ядер. Величина λn называется активностью источника (радиоактивностью).

Единицей активности является 1 распад в секунду (беккерель (Бк)) и принята в СИ. В литературе употребляется также единица резерфорд: 1 Рд = 106 Бк.

Основной закон радиоактивного распада. Пусть N — число (очень большое) радиоактивных ядер в момент времени t, а N + dn — в более поздний момент t + dt. Величина dn отрицательна, поскольку ядра могут только

13. Альфа-распад.

Явление α-распада состоит в том, что ядро самопроизвольно испускает α -частицу и превращается в другое ядро с массовым числом, на 4 единицы меньшим, и с атомным номером, меньшим на 2 единицы:

Моноэнергетичность и дискретность являются основными свойствами α -спектров. Особенностью α -распада является то, что период полураспада радиоактивных ядер меняется в очень широких пределах 3*10-7 сек

Источник: https://lektsii.org/5-43601.html

История атомной физики

История атомной физики

Атомная физика – это раздел физики, который изучает строение и свойства атомов. Атомная физика возникла еще в конце XIX — начале XX столетия, когда было установлено, что атом состоит из электронов и ядра, которые связаны электрическими силами.

Атомная физика на начальных этапах своего развития охватывала вопросы, которые связаны со строением атомного ядра. Уже в 30-е гг.

стало известно, что природа взаимодействий в атомном ядре не такая, как во внешней оболочке атома. В 40-е гг. атомная физика стала отдельной областью физической науки, а в 50-е гг.

от нее образовалось новое направление – физика высоких энергий или физика элементарных частиц.

Предыстория атомной физики: учение об атомах XVII-XIX столетий

Мысль о существовании атомов как о неделимых частицах сформировалась еще в глубокой древности. Идеи атомизма впервые были высказаны древнегреческими мыслителями Эпикуром и Демокритом. В XVII столетии они возродились при участии П. Гассенди и английского химика Р. Бойля. Представления об атомах, которые были в XVII — XVIII столетии, были мало определенными.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Тогда атомы считались неизменными и неделимыми частицами, которые отличались друг от друга лишь размером и формой.

Сочетание атомов в том или ином порядке образовали различные тела, а движение атомов были обусловлены теми процессами, что происходили внутри них. Многие ученые полагали, что атомы могут сцепляться в сложные частицы, что называются корпускулы.

Но атомам не приписывали определенные химические и физические свойства. Атомистика того времени носила абстрактный характер.

В конце XVIII столетия из-за стремительного развития химии был создан фундамент для количественной разработки атомной физики. В 1803 году Дж.

Дальтон, который был английским ученым, впервые стал рассматривать атом как наименьшую частицу химических элементов, который отличался от других атомов своей массой. Дальтон считал, что атомная масса является основной характеристикой атома.

Он полагал, что все химические соединения представляют собой совокупность составных атомов, которые содержат определенное число атомов каждого элемента.

Все химические реакции – это лишь перегруппировка атомов в новые, более сложные отношения. Итальянские учение в процессе проведения многочисленных исследований провели четкую грань между молекулой и атомом.

Замечание 1

В XIX столетии вместе с химическими свойствами атомов изучались их оптические свойства. Именно тогда было установлено, что каждый элемент имеет свой оптический спектр. Поэтому в 1860 году немецкими физиками Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном был открыт спектральный анализ.

Атом тогда выступал в качестве частицы, что имеет определенные химические и физические свойства. Однако свойства атома считались необъяснимыми. Тогда считалось, что число видов атомов случайно и между ними не существует связи.

Однако со временем выяснялось, что есть определенные групп элементов, которые обладают идентичными химическими свойствами:

  • одинаковой валентностью;
  • похожими законами изменения их физических свойств: сжимаемость, температура плавления и прочие.

Замечание 2

Д. И. Менделеев в 1869 году разработал и создал периодическую систему элементов. Он утверждал, что с увеличением атомной массы элемента, его физические и химические свойства повторяются.

Именно периодическая система элементов Менделеева доказала наличие связи между различными типами атомов. Отсюда следует вывод, что атомы имеют сложное строение, которое может меняться вместе с изменением атомной массы. Раскрытие структуры атома – это ключевая проблема в физике и химии.

Рисунок 1. Краткая история развития атомной физики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

История возникновения атомной физики

Важным событием в науке, от которого берет свое начало атомная физика, стало открытие радиоактивности и электрона. В процессе исследования появления электрического тока сквозь разреженные газы были лучи, что испускались катодом разрядной трубки.

Было обнаружено, что данные катодные лучи состояли из отрицательно заряженных частиц, которые названы электронами. В 1897 году физик Дж. Дж. Томсон измерил отношение заряда данных частиц к их массе. Также было обнаружено, что металлы при сильном нагревании испускали электроны.

Замечание 3

Исходя из этого был сделан вывод, что электроны являются неотъемлемой частью всех атомов. Нейтральные атомы также должны содержать и положительно заряженные частицы.

Положительно заряженные атомы были обнаружены при исследовании электрических зарядов. Теория голландского физика Х. Лоренца объясняла представление об атоме как о системе заряженных частиц: в процессе колебания внутриатомных зарядов возникает электромагнитное излучение. Подтверждение это получило при исследовании действия магнитного поля на спектры атома.

Французские ученые М. Склодовская-Кюри и П. Кюри окончательно опровергли представления о неделимости атома. В процессе изучения радиоактивности было установлено, что атомы испытывают превращения двух видов:

  1. Когда испускается $a$-частица, атом элемента трансформируется в атом другого радиоактивного химического элемента, который располагается в периодической системе Менделеева на две клетки левее. Например, атом водорода превращается в атом свинца.
  2. Когда испускается $b$-частица, атом радиоактивного химического элемента трансформируется в атом, который располагается на одну клетку правее. Например, атом висмута превращается в атом полония.

Благодаря результатам исследования свойств и радиоактивности атома, были построены его конкретные модели. В 1903 году Томсоном была предложена модель, в которой атом представлялся в виде положительно заряженной сферы, в которую были вкраплены электроны.

В атоме они удерживались благодаря тому, что силы притяжения усовершенствовались силами их взаимного отталкивания. Модель Томсона популярно объясняла возможности испускания, поглощения и рассеивания света.

При смещении электронов возникала «упругая» сила, которая стремилась установить равновесие. Но томсоновская модель была неудовлетворительной.

На ее основе удалось объяснить результат английского физика Резерфорда, который проводил опыты по рассеянию a-частиц атомами.

Однако планетарная модель столкнулась с некоторыми сложностями. В соответствии с классической электродинамикой, заряженная частица непрерывно излучала электромагнитную энергию. Поэтому электроны, которые двигались вокруг ядра, должны были постоянно тратить свою энергию на излучение.

На основе модели Резерфорда можно объяснить законы фотоэлектрических явлений и законы теплового излучения, которые возникают при взаимодействии излучения с химическим веществом.

Однако история атомной физики на этих примерах не заканчивается, поскольку она находится на этапе развития и по сегодняшний день.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/atomnaya_fizika/istoriya_atomnoy_fiziki/

Booksm
Добавить комментарий