Много доступных документов об образовании и не только, в то числе вы можете купить диплом
12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства icon

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства

Реклама:



Скачать 152.26 Kb.
Название12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства
Дата конвертации09.11.2013
Размер152.26 Kb.
ТипДокументы
источник

11.

Заряд (электрический) ядра определяется числом протонов в ядре. Это число обозначается Z и называется зарядовым. Оно же является порядковым номером соответствующего химического элемента в таблице Менделеева. Если число нейтронов в ядре обозначить за N , то сумма нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре выразится числом A = Z + N, называемым массовым числом. Этому числу пропорциональна масса ядра.

Используя зарядовое Z и массовое А числа, вводят следующее условное обозначение ядер: , где за Х обозначен химический символ соответствующего элемента в таблице Менделеева.

Энергия, которую нужно затратить, что бы расщепить ядро на отдельные нуклоны называется энергией связи ядра.



 – дефект массы ядра – на эту величину уменьшается масса всех нуклонов, при образовании из них атомного ядра.

 – удельная энергия связи – характеризует устойчивость атомных ядер, т.е. чем меньше, тем устойчивее ядро.

Н
аиболее устойчивыми являются ядра, у которых число p и n являются магическими числами (всего 5): .

Есть 2 пути получения ядерной энергии:

1. Слияние легких ядер (термоядерная реакция).

2. Деление тяжелых ядер.

Эти процессы являются наиболее энергетически выгодными, т.к. легкие и тяжелые ядра менее устойчивые.


12.

Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре.

Свойства: 1. Ядерные силы являются силами притяжения.

2. яд. Силы являются короткодействующими rg=2∙10-15 m

3. яд. Силам соответственна зарядовая независимость (p-p), (n-p), (n-n) – сила остается одинаковой, т.е. имеют не электрическую природу.

4. яд. Силы зависят от взаимной ориентации спинов.

5.яд. силе свойственно насыщение, т.е. каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным кол-вом ближайшими к нему нуклонов.

^ Согласно планетарной (ядерной) модели атома по Резерфорду, атом состоит из положительно заряженного ядра, сосредоточенного в очень малом объеме и содержащем в себе почти всю массу атома и вращающихся вокруг ядра легких отрицательно заряженных электронов. Радиус ядра примерно в 100000 раз меньше радиуса атома и составляет величину порядка 10-15 м.

^ В соответствии с протонно-нейтронной моделью строения ядра Гейзенберга и Иваненко, ядро является сложным образованием и состоит из более мелких частиц - положительно заряженных протонов и незаряженных (электрически) нейтронов. Этим частицам дают общее название – нуклоны. Заряд протона численно равен заряду электрона (1,610-19 Кл), а масса протона чуть меньше массы нейтрона и почти в 2000 раз больше массы электрона:

В отличие от протона, являющегося стабильной частицей, нейтрон в свободном состоянии нестабилен и распадается с периодом полураспада порядка 10 минут.


13. Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе. Обусловлена радиоактивными изотопами (нуклидами) - естественными радионуклидами, содержащимися в  земной коре и гидросфере и образовавшимися

  • в результате нуклеосинтеза еще при возникновении Земли и не распавшихся до настоящего времени (премордиальные радионуклиды). Периоды полураспада премордиальных нуклидов сопоставимы с возрастом Земли;

  • в результате ядерных реакций под действием первичных и вторичных космических лучей, постоянно идущих в атмосфере, а частично также в литосфере и в метеоритах (космогенные радионуклиды). Например 14N(n,3H)12C, 14N(n,p)14C.

^ Закон радиоактивного распада. Каждый радиоактивный элемент можно охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени. Период полураспада- основная константа радиоактивного элемента. Период полураспада характеризует скорость распада. Например: радий 88Ra226 имеет период полураспада Т=1600 лет; торий 90Th231 -25.64 часа; полоний 84Po212 -3·10-7 сек.
Выведем закон радиоактивного распада. Обозначим N-число ядер в момент времени t. Очевидно:     

при t=0 

N=N0

t=T

n=N0/2

t=2T

N=N0/2·2=N0/4=N0/22

t=3T

N=N0/23





t=n·T

N=N0/2n

Так как n=t/T, то   N=N0·2-t/T. Это и есть закон радиоактивного распада. За время t распадается число ядер, равное DN=N0-N=N0(1-2-t/T)

Активность препарата. Активность радиоактивных препаратов определяется числом атомов, распадающихся в секунду. Основная единица радиоактивности — кюри, активность радиоактивного препарата, в котором происходит 3,7×1010 распадов в сек. Широко используются дробные единицы (например, мкюри, мккюри) и кратные единицы (ккюри, Мкюри). Другая единица радиоактивности — резерфорд, равна 1/300 кюри, что соответствует 106 в сек.

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна t|dN|=λNtdt. Проинтегрировав это выражение по всем возможным t (от 0 до ) и разделив на начальное число ядер N0, получим среднее время жизни τ радиоактивного ядра: . Т.е. средняя жизнь радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада.

14.

Под радиоактивностью понимают явление самопроизвольного превращения ядер (неустойчивых изотопов) одних элементов в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием разного рода частиц. Радиоактивность может быть искусственной (для ядер, получаемых искусственно, в результате ядерных реакций).

Явление радиоактивности сопровождается испусканием трех видов излучений: , , - лучами.  - лучи - это поток так называемых  - частиц, представляющих собой ядра атома гелия - очень устойчивые образования из двух протонов и двух нейтронов (дважды магическое ядро).

При  - распаде из ядра вылетают  - частицы, под которыми понимают электроны и позитроны. Позитроны, представляя собой античастицы по отношению к электронам, являются неустойчивыми, и в опыте при  - распаде наблюдается лишь поток электронов. Откуда же берутся  - частицы, выбрасываемые ядром, состоящим из протонов и нуклонов? Принцип неопределенности хрх запрещает электронам находиться в ядре. При х  10-15 м, х  с, чего быть не может.

 - лучи, представляющие собой жесткое (с очень высокой частотой) электромагнитное излучение, обычно сопровождают все типы радиоактивного распада ядер. Ядро в целом, как и атом, его электронная оболочка, может находиться в различных квантовых состояниях с дискретными (квантованными) значениями энергии. Разнос этих уровней в тысячи раз превышает значения, характерные для атомов, составляя тысячи и десятки тысяч электроновольт. При распаде так называемого материнского ядра, получающееся дочернее ядро оказывается в разных возбужденных состояниях, из которых оно может перейти в основное состояние путем испускания  - квантов.

- излучение - основная форма уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений. Дискретный линейчатый спектр  - излучения является подтверждением дискретного характера энергетических уровней ядра, как квантовой системы.

Альфа-распад. Альфа-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в другое (дочернее) ядро, содержащее число протонов Z – 2 и нейтронов N – 2. При этом испускается α-частица – ядро атома гелия . Примером такого процесса может служить α-распад радия: 

Альфа-частицы, испускаемые ядрами атомов радия, использовались Резерфордом в опытах по рассеянию на ядрах тяжелых элементов. Скорость α-частиц, испускаемых при α-распаде ядер радия, измеренная по кривизне траектории в магнитном поле, приблизительно равна 1,5·107 м/с, а соответствующая кинетическая энергия около 7,5·10–13 Дж (приблизительно 4,8 МэВ). Эта величина легко может быть определена по известным значениям масс материнского и дочернего ядер и ядра гелия. Хотя скорость вылетающей α-частицы огромна, но она все же составляет только 5 % от скорости света, поэтому при расчете можно пользоваться нерелятивистским выражением для кинетической энергии.

Исследования показали, что радиоактивное вещество может испускать α-частицы с несколькими дискретными значениями энергий. Это объясняется тем, что ядра могут находиться, подобно атомам, в разных возбужденных состояниях. В одном из таких возбужденных состояний может оказаться дочернее ядро при α-распаде. При последующем переходе этого ядра в основное состояние испускается γ-квант.

Таким образом, α-распад ядер во многих случаях сопровождается γ-излучением.

В теории α-распада предполагается, что внутри ядер могут образовываться группы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, т. е. α-частица. Материнское ядро является для α-частиц потенциальной ямой, которая ограничена потенциальным барьером. Энергия α-частицы в ядре недостаточна для преодоления этого барьера (рисунок 2.5). Вылет α-частицы из ядра оказывается возможным только благодаря квантово-механическому явлению, которое называется туннельным эффектом. Согласно квантовой механике, существуют отличная от нуля вероятность прохождения частицы под потенциальным барьером. Явление туннелирования имеет вероятностный характер.

15.

Бе́та-распа́д — тип радиоактивного распада, обусловленного слабым взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу. При этом ядро может излучать бета-частицу (электрон или позитрон). В случае испускания электрона он называется «бета-минус» (β ), а в случае испускания позитрона — «бета-плюс-распадом» (β + ). Кроме β и β + -распадов, к бета-распадам относят также электронный захват, когда ядро захватывает атомный электрон. Во всех типах бета-распада ядро излучает электронное нейтрино+ -распад, электронный захват) или антинейтрино (β -распад).

В β -распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино: .

На фундаментальном уровне (показанном на Фейнмановской диаграмме) это обусловлено превращением d-кварка в u-кварк с испусканием W-бозона.

В β + -распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино

Таким образом, в отличие от β -распада, β + -распад не может происходить в отсутствие внешней энергии, поскольку масса самого нейтрона больше массы протона. β + -распад может случаться только внутри ядер, где абсолютное значение энергии связи дочернего ядра больше энергии связи материнского ядра. Разность между двумя этими энергиями идёт на превращение протона в нейтрон, позитрон и нейтрино и на кинетическую энергию получившихся частиц.

Во всех случаях, когда β+-распад энергетически возможен (и протон является частью ядра с электронными оболочками), он сопровождается процессом электронного захвата, при котором электрон атома захватывается ядром с испусканием нейтрино: .

Но если разность масс начального и конечного атомов мала (меньше удвоенной массы электрона, то есть 1022 кэВ), то электронный захват происходит, не сопровождаясь конкурирующим процессом позитронного распада; последний в этом случае запрещён законом сохранения энергии.

Некоторые ядра могут испытывать двойной бета-распад (ββ-распад), при котором заряд ядра меняется на две единицы. В самых практически интересных случаях такие ядра бета-стабильны (простой бета-распад энергетически запрещён), поскольку когда β- и ββ-распады оба разрешены, вероятность β-распада (обычно) намного больше, мешая исследованиям очень редких ββ-распадов. Таким образом, ββ-распад обычно изучается только для бета-стабильных ядер. Как и простой бета-распад, двойной бета-распад не меняет A; следовательно, как минимум один из нуклидов с данным A должен быть стабильным по отношению как к простому, так и к двойному бета-распаду.

^ Э


нергия распада
.  - распад есть следствие взаимопревращения нуклонов в ядре, протекающего по следующей схеме: и , где символами  и обозначены элементарные частицы, названные нейтрино и антинейтрино, соответственно. К представлению об этих частицах пришел Паули, пытавшийся объяснить непрерывный характер энергии  - частиц, испускаемых радиоактивными ядрами. Уменьшение энергии вылетающих электронов в сравнении с энергией, теряемой ядром объяснено Паули тем, что часть энергии уносится некоторой дополнительной незаряженной частицей нейтрончиком. Электрону же остается неопределенная энергия, точнее, определенная лишь сверху – значением Емакс.

Нейтри́но — стабильные нейтральные лептоны с полуцелым спином, участвующие только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Нейтрино малой энергии чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом: так нейтрино с энергией порядка 3-10 МэВ имеют в воде длину свободного пробега ~ 1018 м (~ 100 св. лет)

16.

 - лучи, представляющие собой жесткое (с очень высокой частотой) электромагнитное излучение, обычно сопровождают все типы радиоактивного распада ядер. Ядро в целом, как и атом, его электронная оболочка, может находиться в различных квантовых состояниях с дискретными (квантованными) значениями энергии. Разнос этих уровней в тысячи раз превышает значения, характерные для атомов, составляя тысячи и десятки тысяч электроновольт. При распаде так называемого материнского ядра, получающееся дочернее ядро оказывается в разных возбужденных состояниях, из которых оно может перейти в основное состояние путем испускания  - квантов.

  • - излучение - основная форма уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений. Дискретный линейчатый спектр  - излучения является подтверждением дискретного характера энергетических уровней ядра, как квантовой системы.

Взаимодействие с веществом:

  1. Фотоэффект – процесс, при котором атом поглощает гамма-квант и испускает электрон



  1. Комптон-эффект – рассеивание гамма-квантов на свободные электроны




  1. Рождение пары  (электронно-позитронная)




^ 17 Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. Понятие элементарных частиц основывается на факте дискретного строения вещества. Ряд элементарных частиц имеет сложную внутреннюю структуру, однако разделить их на части невозможно. Другие элементарные частицы являются бесструктурными и могут считаться первичными фундаментальными частицами.

По величине спина все элементарные частицы делятся на два класса:

По видам взаимодействий элементарные частицы делятся на следующие группы:

^ Составные частицы:

^ Фундаментальные (бесструктурные) частицы:

  • лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10−18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны, тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

  • кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались. Как и лептоны, делятся на 6 типов и являются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

  • калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

^ Закон сохранения при взаимодействии элементарных частиц

Характеристика

Взаимодействие




сильное

электромагнитное

слабое

Аддитивные законы сохранения

Электрический заряд Q

+

+

+

Энергия E

+

+

+

Импульс p

+

+

+

Момент количества движения J

+

+

+

Барионный заряд

+

+

+

Изоспин I

+

-

-

Проекция изоспина Iz

+

+

-

^ 18. Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. Понятие элементарных частиц основывается на факте дискретного строения вещества. Ряд элементарных частиц имеет сложную внутреннюю структуру, однако разделить их на части невозможно. Другие элементарные частицы являются бесструктурными и могут считаться первичными фундаментальными частицами.

^ Основные свойства. Все э. ч. являются объектами исключительно малых масс и размеров. У большинства из них массы имеют порядок величины массы протона, равной 1,6×10-24 г (заметно меньше лишь масса электрона: 9×10-28 г). Определённые из опыта размеры протона, нейтрона, p-мезона по порядку величины равны 10-13 см. Размеры электрона и мюона определить не удалось, известно лишь, что они меньше 10-15 см. Микроскопические массы и размеры Э. ч. лежат в основе квантовой специфики их поведения. Характерные длины волн, которые следует приписать Э. ч. в квантовой теории (, где  — постоянная Планка, m — масса частицы, с — скорость света) по порядку величин близки к типичным размерам, на которых осуществляется их взаимодействие (например, для p-мезона 1,4×10-13 см). Это и приводит к тому, что квантовые закономерности являются определяющими для Э. ч.

  Наиболее важное квантовое свойство всех Э. ч. — их способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с др. частицами. В этом отношении они полностью аналогичны фотонам. Э. ч. — это специфические кванты материи, более точно — кванты соответствующих физических полей (см. ниже). Все процессы с Э. ч. протекают через последовательность актов их поглощения и испускания. Только на этой основе можно понять, например, процесс рождения p+-мезона при столкновении двух протонов (р + р ® р + n+ p+) или процесс аннигиляции электрона и позитрона, когда взамен исчезнувших частиц возникают, например, два g-кванта (е+- ® g + g). Но и процессы упругого рассеяния частиц, например е- +p ® е- + р, также связаны с поглощением начальных частиц и рождением конечных частиц. Распад нестабильных Э. ч. на более лёгкие частицы, сопровождаемый выделением энергии, отвечает той же закономерности и является процессом, в котором продукты распада рождаются в момент самого распада и до этого момента не существуют. В этом отношении распад Э. ч. подобен распаду возбуждённого атома на атом в основном состоянии и фотон. Примерами распадов Э. ч. могут служить: ; p+ ® m+ + vm; К+ ® p+ + p0 (знаком «тильда» над символом частицы здесь и в дальнейшем помечены соответствующие античастицы).

  Различные процессы с Э. ч. заметно отличаются по интенсивности протекания. В соответствии с этим взаимодействия Э. ч. можно феноменологически разделить на несколько классов: сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия. Все Э. ч. обладают, кроме того, гравитационным взаимодействием.

Античастицы. Практически у каждой элементарной частицы имеется античастица, обозначаемая тем же символом, но с тильдой (волнистой линией) сверху. Античастицы отличаются от частиц противоположными знаками зарядов (электрического, барионного, лептонного и др.) и магнитного момента. При встрече частицы с античастицей происходит их аннигиляция, то есть взаимоуничтожение с выделением огромного количества энергии в виде излучения. Наша Вселенная замкнута, изолирована от антиматерии.

У некоторых частиц, называемых истинно нейтральными, все "заряды", равны нулю, и они тождественны своим античастицам. Таков, например, фотон.

Встречаясь, друг с другом, электрон и позитрон (медленные) аннигилируют, порождая 2 (реже 3) фотона: .

При соударении  - квантов с заряженной частицей Х рождается электрон-позитронная пара:

Квар-лептонная семметрия: соответсвие шести кварков u, d, s, c, b, t шести лептонам
e-, мю-, тау-, электронное нейтрино,мюонное нейтрино, тау-нейтрино.

Добавить документ в свой блог или на сайт


Реклама:

Похожие:

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства icon12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства
Оно же является порядковым номером соответствующего химического элемента в таблице Менделеева. Если число нейтронов в ядре обозначить...

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconЛекция 4 Динамика поступательного движения. Критерии: S, V, a, t, m, p (импульс), F
Виды сил в механике: гравитационные силы (сила всемирного тяготения, вес тела, сила тяжести), силы трения (сила трения покоя, скольжения,...

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconФилософия любви (на основе работы э. Фромма «искусство любить»)
Эрос – самое древнее божество. Эрос – это не ангел или какой-либо одушевленный предмет. Эрос – это первозданная любовь, сила земного...

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconСила первые

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconХлеб от земли, сила от хлеба

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconПознавательная деятельность «Знание-сила».(Ф. Бэкон)

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconИзображение: Hingles force png Сила, передаваемая через шарнирные суставы

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconПрограмма полноценной жизни
Сила позитивного мышления Hе бередите старые раны. Игнорируйте неудачи

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconШиваприянанда Свами "Секретная сила тантрического дыхания, "Шива свародная" или "Наука Шивы о Дыхании"

12. Ядерная сила – сила, удерживающая нуклоны в ядре. Свойства iconРешение №38/177 Копия верна
Всероссийской политической партии «Гражданская Сила» по одномандатному избирательному округу №6

Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©textedu.ru 2000-2013
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы