Свойства стабильных ядер – заряд, масса, энергия связи.

Ядерная физика. Вопрос 1 Свойства стабильных ядер – заряд, масса, энергия связи. Основной характеристикой стабильных ядер является Z, M, R, , P, , q, A Z – заряд, M – масса, R – заряд, - спин, P -, -, q -, A – барионный заряд (массовое число). Барионный заряд равен 1 только у протона и нейтрона, у всех остальных равен 0. z - заряд. Заряд ядра можно получить с помощью закона Мозли. В опытах Резерфорда непосредственно изучается ядро. , где n – ядерная плотность пластины, d – толщина. Выразив из этой формулы z и зная остальные параметры можно найти заряд. Чедвик использовал вместо диска бублик. Он ставил фильтр на кольцо и находил N, а затем ставил этот фильтр на дырку и находил dN. И у него получились точные результаты. M – масса. Часть массы идет на создание ядерных сил. В ядерной физике массу измеряют атомной единицей массы. За нее принимают 1/12 часть массы стабильного углерода . Для определения точных значений масс используют методы: а) масспектрометрия; б) энергетический анализ ядерных реакций; в) баланс a-распада; г) баланс b-распада; д) микроволновая микроспектрометрия. Рассмотрим масспектрометр Демпстена. У него частицы влетают с одинаковыми скоростями, но в различных направлениях. Здесь используется фокусирующее свойство магнитных полей по отношению к движущимся частицам. Если выкинуть скорости, то получим , H – магнитное поле. С помощью масспектрометра подтвердилось существование изотопов. Массовым числом называется ближайшее к истинному значению число. Если z одинаковы, а A разные, то такие вещества называются изотопами. Если у элементов одинаковое N=A-Z, то их называют изотропами. Энергия связи произвольного ядра: , E=mc^2 Удельная энергия связи Вычислим кулоновское взаимодействие С ростом протонов в ядре, будет возрастать действие кулоновского отталкивания, уменьшаться энергия связи (этим объясняется плавное падение графика при больших A). Каждый нуклон взаимодействует только с двумя соседями. Чем больше отношение поверхности ядра к его объему, тем больше нереализованных ядерных взаимодействий (этим объясняется резкий спад графика при малых A). Тяжелые ядра делятся, легкие соединяются (стремление к стабилизации). Считается установленным, что ядерные силы действуют наиболее интенсивно при равном числе протонов и нейтронов. В этом проявляется характерное свойство ядерных сил, которое носит название изотопической инвариантности. - упаковочный множитель - условие стабильности.

Вопрос 2 Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Альфа – распад. Бета – распад. Радиоактивность – это явление, стабилизирующее процесс спонтанного превращения ядра в другое. Среди an частиц могут быть и атомные ядра, отдельные нуклоны и т.д. На практике обычно n=1,2. Радиоактивный распад разделяют на естественный и искусственный. Радиоактивный распад возможен лишь при условии Радиоактивность характеризуется энергией распада Q>0 – экзотермический. Если распад двухчастичный, то энергия распада дискретная. Если распад трехчастичный, то энергия распада непрерывная. Распад характеризуется: - временем испускания; - сортом испускаемых частиц; - энергией испускания частиц. К наиболее важным радиоактивным распадам относятся: a - распад,b - распад, g - распад, f – деление. Радиоактивность была сперва обнаружена у тяжелых элементов U, Th, Ra, Ac. В последствии радиоактивность обнаружили и в нетяжелых элементах. Существуют две основные причины, обеспечивающие большое время жизни: 1. Испускание a,b частиц подавляется кулоновским барьером. 2. Очень малое взаимодействие, за счет которого происходит распад. Слабые взаимодействия не изменяют нуклон – нуклонного взаимодействия, но способны вызвать b - распад. Закон радиоактивного распада. , , , , - основной закон радиоактивного распада. l - вероятность распада за 1 секунду. - период полураспада. - активность рапада (число распадов в секунду). Альфа - распад. Явление a - распада заключается в самопроизвольном испускании a - частиц тяжелыми ядрами. При таком самопроизвольном распаде выделяется энергия , - закон сохранения энергии. Если считать, что распадающееся ядро покоится, то - закон сохранения импульса. Отсюда , Т.к. для больших элементов , то основную энергию уносит a - частица. Поэтому основной особенностью a - распада является монохроматичность (a - частицы имеют одинаковые энергии). Т.к. a - распад является двухчастичным распадом, то спектр – дискретный. Кроме основной линии существуют ещё маленькие, которые получаются из-за того, что дочернее ядро может получиться не только в нормальном состоянии, но и в возбужденном. Материнское ядро может тоже быть возбужденным. Бета – распад. Явление b - распада заключается в самопроизвольном излучении b - частиц. Существует три вида b - распада: 1) 2) 3) Третий случай соответствует k – захвату. Основная особенность b - распада, в отличие от a - распада, - непрерывность спектра Это происходит из-за того, что в процессе участвует 3 частицы. Поэтому энергия распределяется случайным образом.

Вопрос 3 Ядерные реакции. Классификация. Закон сохранения в ядерных реакциях. Механизм ядерных реакций. Ядерной реакцией называется процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим атомом, приводящий к преобразованию ядра. Обычно в ядерных реакциях более тяжелая частица покоится, а более легкая налетается. X+a®Y+b, кратко X(a,b)Y. Если a=b – рассеяние. Если Ea=Eb – упругое рассеяние. Если Ea¹Eb – неупругое рассеяние. В качестве легких частиц a и b могут быть n, p, d (дейтрон), a, g. Ядерные реакции могут сопровождаться как выделением, так и поглощением энергии. Существуют различные механизмы ядерных реакций. Если скорость частицы a небольшая, то X+a®П®Y+b, П – составное ядро. Время жизни составного ядра t=10^-14 – 10^-12 с. Ядерное время tя=20^-21 с. Поэтому распад составного ядра не зависит от первого этапа реакции (забывает). Обратной реакции срыва является реакция подхвата – налетевший нуклон (n и p) откалывает от ядра один из нуклонов (p или n), превращаясь при этом в дейтрон: (n,d) либо (p,d). В ядерной физике вероятность взаимодействия принято характеризовать с помощью эффективного сечения s. Большое значение имеют реакции вызываемые нейтронами. Т.к. они нейтральные, то могут проникать в ядро имея малую энергию. Во всех реакциях сохраняется эл. заряд и барионный заряд. Выполняется закон сохранения энергии , и закон сохранения импульса ,где , - кинетическая энергия. 1)Q>0 экзотермическая реакция (выделение энергии). Если a – нейтрон, то при малых энергиях происходит при сколь угодно малой скорости налетающей частицы. 2) Q<0 эндотермическая реакция (поглощение энергии). Эндотермическая реакция обратная экзотермической. Eпор называется минимальная кинетическая энергия, при которой реакция энергетически возможна. Если p1=0, то . 3) Q=0 упругое рассеяние. Происходит при любой сколь угодно малой скорости. Сохраняется не только полная энергия, но и кинетическая. Упругое рассеяние приводит к перераспределению энергии. В ядерных реакциях выполняется ряд других законов сохранения. Закон сохранения четности: Согласно закону сохранения четности четность начального состояния не должна изменяться. При упругом рассеянии относительный орбитальный момент не может измениться на четное число, может только на четное.

Дата добавления: 2015-08-29