Лекции и конспекты по физике

Электродинамика
Электрический заряд
Электрическое поле в вакууме
Работа электрических сил
Потенциал электростатического поля
Графическое изображение электростатического поля
Практическое занятие по физике
Тепловое излучение
Специальная теория относительности

Законы фотоэффекта

Теория атома водорода по Бору
Волновые свойства микрочастиц
Контрольная работа № 1
Уравнение Шредингера
Квантовая модель атома водорода
Многоэлектронные атомы. Принцип Паули

Квантовая теория свободных электронов в металле

Нерелятивистская квантовая механика
Атомное ядро. Закон радиоактивного распада.
Изучить экзоэнергетические реакции деления и синтеза.
Лекции и конспекты по физике

Векторы электромагнитного поля

Закон электромагнитной индукции
Теорема Гаусса в дифференциальной форме
Векторные операции в различных системах координат
Силовые линии и эквипотенциальные поверхности
Граничные условия на поверхности раздела двух диэлектриков.
Поле внутри проводящего тела в условиях электростатики
Плоскопараллельное поле
Ёмкость
Поле и ёмкость параллельных несоосных цилиндров
Формулы Максвелла
Ротор (вихрь)
Электрическое поле в проводящей среде
Магнитное поле постоянных токов
Расчет магнитных экранов
Энергия магнитного поля
Переменное электромагнитное поле в неподвижной среде
Плоская волна в проводящей среде
Теорема Умова-Пойнтинга
Поверхностный эффект
Атомная физика
Атомные ядра

РАДИОАКТИВНОСТЬ

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
ФИЗИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
 

ХАРАКТЕРИСТИКИ АТОМНЫХ ЯДЕР

Основные теоретические сведения

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, которые имеют одинаковый спин   и почти равные массы. Общее название этих частиц - нуклоны. Физические свойства ядра определяются зарядовым числом (порядковым номером) Z, равным числу протонов в атомном ядре, и числом нейтронов N. Число А всех нуклонов в ядре называется массовым числом. Очевидно, что А = Z + N. Для описания ядра принято слева от символа химического элемента указывать сверху число нуклонов А, а снизу - заряд ядра Z. Например,  - ядро атома алюминия, имеющего число протонов Z = 13 и массовое число А = 27.

В первом приближении форму атомного ядра можно смоделировать в виде шара, радиус которого определяется по эмпирической формуле

.  (1.1)

Объединение нуклонов в ядро атома осуществляется посредством ядерных сил, обусловленных сильным взаимодействием между нуклонами. При этом освобождается энергия, соответствующая энергии связи ядра Есв. Для разрушения ядра на составляющие его нуклоны необходимо затратить энергию, равную энергии связи. Согласно уравнению эквивалентности массы-энергии, энергия покоя ядра Eя= Mяс2, а энергия покоя составляющих его нуклонов равна (Zmp+ Nmn)c2. Следовательно:

Есв=(Zmp+ Nmn - Mяд)c2,  (1.2)

где mp - масса протона, mn - масса нейтрона, Mяд масса ядра атома.

Отсюда видно, что этой энергии связи соответствует разность масс между суммарной массой отдельных нуклонов и массой ядра атома, которая называется дефектом масс

.  (1.3)

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон Есв/А , называется удельной энергией связи нуклонов в ядре.

Энергию связи ядра атома можно рассчитать также с помощью полуэмпирической формулы Вейцзеккера

  (1.4)

где слагаемые имеют следующий физический смысл:

  - энергия связи короткодействующими ядерными силами,

  - уменьшение энергии связи вследствие ненасыщенности связей поверхностных нуклонов,

  - уменьшение энергии связи из-за кулоновского отталкивания,

  - энергия симметрии, т.е. уменьшение энергии при отклонении от равенства N = Z,

  - изменение энергии связи, связанное со спариванием одинаковых нуклонов в ядре, т.е. объединением в пары, как протонов, так и нейтронов,

Замечание: необходимо обратить особое внимание на то, что энергия связи отражает уменьшение массы ядра по сравнению с суммарной массой составляющих ядро нуклонов.

Литература.

Савельев И.В. Курс общей физики. Учебн. пособие. В 5 кн. Кн.5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.: Наука. 1998. Гл.10.

Трофимова Т.И. Курс физики. Учебн. пособие. –М.: Высш. шк. 1990. Гл. 32.

Примеры решения задач

Пример 1

Оценить расстояние между центрами нуклонов в ядрах атомов.

Решение

Используя формулу (1.I), можно определить объём ядра атома с массовым числом А

Тогда на каждый нуклон приходится объем, равный

.

Принимая для простоты, что каждый нуклон занимает в ядре кубическую ячейку, можно оценить расстояние между центрами нуклонов, считая его равным стороне куба

.

Полученную величину полезно сравнить с типичным расстоянием между атомами в молекулах  и между молекулами в газах .

Пример Считая, что ядро  моделируется однородно заряженным шаром, оценить потенциал электрического поля в точке, расположенной на поверхности ядра.

РАДИОАКТИВНОСТЬ. ПРОХОЖДЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО Радиоактивностью называется свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд, массовое число). При этом испускаются элементарные частицы или ядерные фрагменты. К числу радиоактивных процессов относят: испускание ядром электрона (b - распад), испускание позитрона (b+ - распад), захват ядром электрона из оболочки атома (К – захват), спонтанное деление ядра, вылет ядра гелия (a - распад) и другие виды распадов.

Пример 7 Точечный радиоактивный источник  находится в центре свинцового контейнера с толщиной стенок х = 1см и наружным радиусом R = 20 см. Определить максимальную активность источника, который можно хранить в контейнере, если допустимая плотность потока γ квантов при выходе из контейнера равна 8.106 с-1м-2. Учесть, что при каждом акте распада ядра  испускается два γ кванта, средняя энергия которых = 1,25 МэВ.

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ Ядерной реакцией называется процесс, идущий при столкновении ядра или элементарной частицы с другим ядром, в результате которого меняется нуклонный состав исходного ядра, а также появляются новые частицы среди продуктов реакции. При записи ядерной реакции слева пишется сумма исходных частиц, затем ставится стрелка, а за ней сумма конечных продуктов.

ФИЗИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ В современной физике элементарными называются частицы, не являющиеся атомами или их ядрами (исключение составляет протон). Кроме протонов к ним относятся фотоны, электроны, нейтроны, мезоны, гипероны – всего более 350 названий частиц. Благодаря новым открытиям их число продолжает расти.

подушка покемон купить, иви.
Атомное ядро. Закон радиоактивного распада