Ядерная физика

Кратко о ядерной физике — Класс!ная физика

Ядерная физика

«Физика — 11 класс»

1. В ядерной физике изучаются структура и превращения ядер. Для регистрации и изучения столкновений и взаимных превращений атомных ядер и элементарных частиц используют специальные устройства.

К их числу относятся счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера, фотоэмульсии.

2. В конце XIX в. А. Беккерель открыл явление радиоактивности. Радиоактивность — явление самопроизвольного превращения одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием различных частиц. Такие химические элементы, как уран, торий и др.

, самопроизвольно (без внешних воздействий) излучают α-, β- и γ-лучи.

Природа этих лучей различна: у-лучи — это электромагнитные волны малой длины волны (10-10—10-13 м), β-лучи — это поток электронов, а α-лучи представляют собой поток ядер атомов гелия.

3. Э. Резерфорд установил, что радиоактивный распад есть самопроизвольное превращение атомных ядер, сопровождающееся испусканием различных частиц.

Согласно закону радиоактивного распада для каждого радиоактивного вещества существует определенный интервал времени, на протяжении которого его активность убывает в два раза. Этот интервал времени называют периодом полураспада.

В зависимости от вещества период полураспада меняется в широких пределах: от миллиардов лет до долей секунды.

4. Резерфорд впервые произвел искусственное превращение атомных ядер, бомбардируя их α-частицами, испускаемыми радиоактивными веществами. Д. Чедвик с помощью подобных опытов открыл новую элементарную частицу — нейтрон.

Заряд нейтрона равен нулю, а масса примерно равна массе протона (лишь незначительно превышая ее).

5. В. Гейзенберг и Д. Д. Иваненко предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов.

Массовое число ядра А равно сумме числа протонов Z и числа нейтронов N:

А = Z + N

6.
Ядра с одним и тем же числом протонов Z, но с разным числом нейтронов N называются изотопами.
Их химические свойства тождественны.

7. Протоны и нейтроны удерживаются внутри ядра мощными короткодействующими силами.

Эти силы называются ядерными.

8. Важнейшим для всей ядерной физики является понятие энергии связи.

Энергия связи Есв равна той энергии, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны.

Энергия связи ядер в миллионы раз превышает энергию ионизации атомов.

9. Изменения ядер при их взаимодействии друг с другом (или с элементарными частицами) называют ядерными реакциями.

При ядерных реакциях происходит выделение или поглощение энергии.

Большинство ядерных реакций наблюдается при столкновении ядер с заряженными элементарными частицами или легкими ядрами большой энергии. Такую энергию они приобретают в ускорителях элементарных частиц или ионов.

Нейтроны не отталкиваются ядрами и поэтому могут вызывать ядерные реакции при небольших энергиях.

10. Ядра урана, тория и других тяжелых элементов способны делиться под влиянием нейтронов. При этом выделяется энергия порядка 200 МэВ. При делении ядра испускается два-три нейтрона. Это позволяет осуществить управляемую цепную реакцию в ядерных реакторах.

Неуправляемая реакция деления ядер используется в атомных бомбах.

11. При столкновениях легкие ядра могут сливаться с выделением энергии. Такие ядерные реакции могут проходить только при высоких температурах и поэтому называются термоядерными. За счет термоядерных реакций Солнце и звезды выделяют энергию на протяжении миллиардов лет.

Осуществить управляемую термоядерную реакцию пока не удается.

12. В нашей стране была построена первая в мире атомная электростанция. Развивается строительство мощных атомных электростанций.

После аварии на Чернобыльской АЭС приняты дополнительные меры по безопасности атомных реакторов.

13.
Радиоактивные изотопы, получаемые с помощью ядерных реакторов и ускорителей частиц, находят применение в науке, медицине, сельском хозяйстве и промышленности.

14. Радиоактивные излучения представляют большую опасность для живых организмов.

При работе с ними необходимо прибегать к специальным мерам защиты.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Следующая страница «Оптика»
Назад в раздел «Физика — 11 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин»

Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц — Открытие радиоактивности. Альфа-, бета- и гамма-излучения — Радиоактивные превращения — Закон радиоактивного распада. Период полураспада — Открытие нейтрона — Строение атомного ядра. Ядерные силы.

Изотопы — Энергия связи атомных ядер — Ядерные реакции — Деление ядер урана — Цепные ядерные реакции — Ядерный реактор — Термоядерные реакции.

Применение ядерной энергии — Получение радиоактивных изотопов и их применение — Биологическое действие радиоактивных излучений — Краткие итоги главы — Три этапа в развитии физики элементарных частиц — Открытие позитрона. Античастицы

Источник: http://class-fizika.ru/11_88.html

Я́ДЕРНАЯ ФИ́ЗИКА

Ядерная физика

Авторы: И. М. Капитонов

Я́ДЕРНАЯ ФИ́ЗИКА, нау­ка о строе­нии, свой­ст­вах и пре­вра­ще­ни­ях атом­ных ядер. Ба­зи­ру­ет­ся на экс­пе­рим. дан­ных о ра­дио­ак­тив­но­сти и ядер­ных ре­ак­ци­ях. В экс­пе­ри­мен­тах ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся ис­точ­ни­ки проб­ных час­тиц (гл.

обр. ус­ко­ри­те­ли за­ря­жен­ных час­тиц), при­ме­ня­ют разл. ме­то­ды ре­ги­ст­ра­ции про­дук­тов пре­вра­ще­ний атом­ных ядер. Тео­ре­тич. ос­но­вой Я. ф. яв­ля­ет­ся кван­то­вая фи­зи­ка, за­ко­нам ко­то­рой под­чи­ня­ют­ся атом­ные яд­ра и час­ти­цы.

За­ро­ж­де­ни­ем Я. ф. мож­но счи­тать от­кры­тие А. А. Бек­ке­ре­лем яв­ле­ния ра­дио­ак­тив­но­сти (1896). К 1903 бы­ло ус­та­нов­ле­но су­ще­ст­во­ва­ние трёх ви­дов ра­дио­ак­тив­ных из­лу­че­ний, на­зван­ных α-, β- и γ-из­лу­че­ния­ми, и вы­яв­ле­на их при­ро­да. В 1911 Э.

 Ре­зер­форд от­крыл су­ще­ст­во­ва­ние яд­ра атом­но­го, в 1913 Н. Бор пред­ло­жил кван­то­вую мо­дель ато­ма. Я. ф. как фун­дам. нау­ка на­ча­ла фор­ми­ро­вать­ся в 1932, ко­гда Дж. Чед­вик от­крыл ней­трон, а В. Гей­зен­берг, рос. фи­зик Д. Д. Ива­нен­ко и Э.

 Май­о­ра­на не­за­ви­си­мо вы­ска­за­ли ги­по­те­зу о том, что яд­ро со­сто­ит из ней­тро­нов и про­то­нов.

Яд­ро ато­ма – это кван­то­вая сис­те­ма, со­стоя­щая из ну­кло­нов, ме­ж­ду ко­то­ры­ми дей­ст­ву­ют мощ­ные ядер­ные си­лы, очень бы­ст­ро спа­даю­щие с рас­стоя­ни­ем.

Точ­но­го опи­са­ния по­доб­ной сис­те­мы до сих пор не су­ще­ст­ву­ет (по­сле­до­ва­тель­ное ре­ше­ние про­бле­мы струк­ту­ры атом­ных ядер воз­мож­но толь­ко в рам­ках кван­то­вой хро­мо­ди­на­ми­ки), по­это­му струк­ту­ру и ди­на­ми­ку ядер­ной ма­те­рии опи­сы­ва­ют при по­мо­щи разл.

ядер­ных мо­де­лей, ка­ж­дая из ко­то­рых рас­смат­ри­ва­ет ка­кую-то оп­ре­де­лён­ную со­во­куп­ность свойств атом­но­го яд­ра.

В т. н. кол­лек­тив­ных мо­де­лях яд­ра пред­по­ла­га­ет­ся, что боль­шие груп­пы ну­кло­нов внут­ри яд­ра ока­зы­ва­ют­ся силь­но свя­зан­ны­ми, во­вле­ка­ясь при ядер­ных воз­бу­ж­де­ни­ях в со­гла­со­ван­ные дви­же­ния. Та­ко­ва, напр., ка­пель­ная мо­дель яд­ра, с по­мо­щью ко­то­рой Н. Бор, Дж. А. Уи­лер и Я. И. Френ­кель в 1939 опи­са­ли гл.

осо­бен­но­сти толь­ко что от­кры­то­го О. Га­ном и Ф. Штрасс­ма­ном про­цес­са де­ле­ния атом­ных ядер. В т. н. мик­ро­ско­пич. мо­де­лях рас­смат­ри­ва­ет­ся по­ве­де­ние отд. ну­кло­нов в не­ко­то­ром сред­нем по­ле (соз­дан­ном ос­таль­ны­ми ну­кло­на­ми) в пред­по­ло­же­нии, что в этом по­ле ну­кло­ны ве­дут се­бя как не­за­ви­си­мые час­ти­цы.

Та­кие мо­де­ли воз­ник­ли по­сле от­кры­тия ма­ги­ческих ядер с оп­ре­де­лён­ным чис­лом ну­кло­нов, имею­щих ано­маль­но боль­шую энер­гию свя­зи и по­вы­шен­ную рас­про­стра­нён­ность. Для объ­яс­не­ния струк­ту­ры та­ких ядер М. Гёп­перт-Май­ер и Х. Йен­сен в 1949 раз­ра­бо­та­ли обо­ло­чеч­ную мо­дель яд­ра.

Объ­е­ди­няя обо­ло­чеч­ную и кол­лек­тив­ную мо­де­ли яд­ра, О. Бор и Б. Мот­тель­сон соз­да­ли обоб­щён­ную мо­дель яд­ра. С от­кры­ти­ем ги­гант­ских ре­зо­нан­сов в эф­фек­тив­ных се­че­ни­ях ядер­ных ре­ак­ций был раз­ра­бо­тан но­вый класс кол­лек­тив­ных ядер­ных мо­де­лей, в ко­то­рых уда­лось ре­шить од­ну из важ­ней­ших про­блем Я. ф.

 – на язы­ке по­ве­де­ния отд. ну­кло­нов по­ка­зать, как фор­ми­ру­ет­ся кол­лек­тив­ное ядер­ное воз­бу­ж­де­ние.

Опи­са­ние ядер­ных ре­ак­ций и ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да так­же в зна­чит. ме­ре но­сит мо­дель­ный ха­рак­тер. Для опи­са­ния пря­мых ядер­ных ре­ак­ций ис­поль­зу­ет­ся, в ча­ст­но­сти, оп­ти­че­ская мо­дель яд­ра. Ста­дии рас­па­да воз­бу­ж­дён­ных ядер­ных со­стоя­ний опи­сы­ва­ют­ся в т. н.

эк­си­тон­ной и ис­па­ри­тель­ной мо­де­лях, ядер­ные ре­ак­ции под дей­ст­ви­ем элек­тро­маг­нит­ных сил в об­лас­ти энер­гий вы­ше ги­гант­ских ре­зо­нан­сов – в ква­зи­дей­трон­ной мо­дели и т. д.

Точ­ное опи­са­ние ядер, со­стоя­щих из ма­ло­го чис­ла ну­кло­нов (до че­ты­рёх), мо­жет быть по­лу­че­но ис­хо­дя из свойств ну­клон-ну­клон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия.

С от­кры­ти­ем квар­ко­вой струк­ту­ры ну­кло­нов поя­ви­лась воз­мож­ность ин­тер­пре­та­ции свойств ну­клон-ну­клон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия на ос­но­ве свойств квар­ков и глюо­нов; ста­ло дос­туп­ным опи­са­ние ядер­ных ре­ак­ций, со­про­во­ж­даю­щих­ся пе­ре­да­чей боль­ших им­пуль­сов и энер­гий.

В совр. Я. ф. вы­де­ля­ют неск.

на­прав­ле­ний ис­сле­до­ва­ний: ра­дио­ак­тив­ный рас­пад атом­ных ядер, ядер­ные ре­ак­ции (вклю­чая син­тез сверх­тя­жё­лых ядер), изу­че­ние струк­ту­ры яд­ра, а так­же свойств ну­клон-ну­клон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия и ядер­ной ма­те­рии. Ряд раз­де­лов Я. ф.

вы­де­ли­лись в са­мо­сто­ят. на­уч. на­прав­ле­ния: ядер­ная энер­ге­ти­ка, ней­трон­ная фи­зи­ка, ядер­ная ас­т­ро­фи­зи­ка (изу­чаю­щая нук­лео­син­тез в при­ро­де), управ­ляе­мый тер­мо­ядер­ный син­тез (УТС) и соз­да­ние тер­мо­ядер­ных ус­та­но­вок.

Важ­ное при­клад­ное зна­че­ние Я. ф. про­яви­лось в соз­да­нии ядер­но­го ору­жия. Сре­ди мир­ных на­прав­ле­ний ис­поль­зо­ва­ния дос­ти­же­ний Я. ф. – ядер­ные ме­то­ды в ме­ди­ци­не, при­ме­няе­мые при ди­аг­но­сти­ке и те­ра­пии за­бо­ле­ва­ний.

Рос. учё­ные вне­сли су­ще­ст­вен­ный вклад в ста­нов­ле­ние и раз­ви­тие Я. ф. В 1928 Г. А. Га­мов по­стро­ил кван­то­воме­ха­нич. тео­рию α-рас­па­да. В 1935 И. В. Кур­ча­тов и др. от­крыли изо­ме­рию атом­ных ядер. В 1939 Ю. Б. Ха­ри­тон и Я. Б.

Зель­до­вич по­ка­за­ли воз­мож­ность осу­ще­ст­в­ле­ния цеп­ной ре­ак­ции де­ле­ния ядер ура­на. В 1940 Г. Н. Флё­ров и К. А. Пет­ржак от­кры­ли спон­тан­ное де­ле­ние ядер ура­на. В 1944 В. И. Векс­лер от­крыл прин­цип ав­то­фа­зи­ров­ки, что при­ве­ло к раз­ви­тию ус­ко­ри­тель­ной тех­ни­ки. В 1945 А. Б.

Ми­гдал пред­ска­зал су­ще­ст­во­ва­ние ги­гант­ско­го ди­поль­но­го ре­зо­нан­са атом­ных ядер, от­кры­то­го позд­нее. Ма­те­ма­тич. ме­то­ды, раз­ви­тые Н. Н. Бо­го­лю­бо­вым в 1946, по­слу­жи­ли ос­но­вой для соз­да­ния В. Г. Со­ловь­ё­вым и С. Т. Бе­ляе­вым сверх­те­ку­чей мо­де­ли яд­ра (1958–59).

Ны­не ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти Я. ф. в РФ ве­дут­ся в Объ­е­ди­нён­ном ин­сти­ту­те ядер­ных ис­сле­до­ва­ний, Кур­ча­тов­ском ин­сти­ту­те, Ядер­ных ис­сле­до­ва­ний ин­сти­ту­те и др. Резуль­та­ты ис­сле­до­ва­ний пуб­ли­ку­ют­ся в рос. на­уч.

жур­на­лах: «Ядер­ная фи­зи­ка» (с 1965), «Фи­зи­ка эле­мен­тар­ных час­тиц и атом­но­го яд­ра» (с 1970), «Ус­пе­хи фи­зи­че­ских на­ук» (с 1918) и др.

Источник: https://bigenc.ru/physics/text/4934212

Booksm
Добавить комментарий