2. Термоядерная реакция.

Реакции синтеза легких ядер эффективно могут протекать лишь при сверхвысоких температурах порядка 10^8 – 10^9 K, при этом атомы будут ионизованы.

Такие реакции называются термоядерными реакциями синтеза.

Реакторы, в которых происходит ядерный синтез, называют термоядерными установками.

Возникающая при этом среда – частично или полностью ионизированный газ – называется плазмой и состоит из электрически заряженных и нейтральных частиц, суммарный электрически заряд которых равен нулю.

В действительности из-за статистического характера процесса слияния ядер, а также возможности туннельного эффекта некоторые термоядерные реакции протекают с заметной интенсивностью уже при температурах ~10^7 K. К таким реакциям относится синтез ядер дейтерия D и трития T , носящий резонансный характер.

Эта реакция используется в водородной или термоядерной бомбе D+T→He( с левым верхним индексом 4, нижним 2) + n (с левым верхним индексом 1, нижним 0 и сопровождается выделением энергии 17,6 МэВ, что равно 3,5 МэВ/нуклон.

Таким образом, в реакциях синтеза выделяется значительно больше энергии в расчете на один нуклон, чем в реакциях деления.

БИЛЕТ 14

1.Квантовые числа

Спин (спиновый момент) – это квантовая величина, не имеющая классического аналога. Он является неотъемлемым свойством электрона и других элементарных частиц подобно тому, как они имеют массу, а заряженные частицы – еще и заряд. Спин характеризует внутреннее свойство квантовой частицы, связанное с наличием у нее дополнительной степени свободы.

Модуль спина (собственного механического момента импульса) Ms частицы определяется по законам квантовой теории и должен быть квантован по закону ,где s – спиновое квантовое число (часто называют спином). В отличие от

квантовых чисел l и m число s может быть как целым, так и полуцелым.

Проекция M_sz спина на ось Z также должна быть квантована:

M_sz = h*m_s,m_s=-s,-s+1,...,s-1,s ,где m_s – магнитное спиновое квантовое число – число возможных проекций M_sz , соответствующих данному значению s.

Будем обозначать орбитальный магнитный момент p_m как μ_l , а орбитальный механический момент L_e – буквой М_l.

Модуль орбитального механического момента электрона можно определить по формуле М_l = h(с крестом)*, где l = 0,1, 2,... – орбитальное квантовое число электрона.

Проекция орбитального механического момента электрона на некоторое направление Z согласно формуле определяется выражением M[индекс]lz = m[индекс]l*h(с кретом) ,где ml =-l,- l+1, ..., l-1,l–магнитное квантовое число электрона. Следовательно, при m[индекс]l< проекция [вектор]М[индекс]l положительна, а при m[индекс]l<0 – наоборот. Отметим, что направление Z в пространстве обычно выделяется внешним полем (например магнитным или электрическим), в котором находится атом.

2 последних Формулы свидетельствуют о том, что магнитный моментмзаряженной микрочастицы квантуется.

Барнетт обнаружил, что вращение магнетика вызывает его намагничение. В поставленном опыте ферромагнитный железный цилиндр очень быстро вращался вокруг своей оси. Цилиндр намагничивался и создавал дополнительное магнитное поле. Барнетт измерял возникающую намагниченность.

Эйнштейн и де Хааз доказали, что намагничение магнетика приводит к его вращению. Они исследовали вынужденные крутильные колебания – вращение свободно подвешенного на тончайшей кварцевой нити железного стержня при его намагничивании во внешнем магнитном поле. Стержень помещался внутри соленоида. Экспериментаторы наблюдали за смещением светового зайчика, отраженного от зеркальца, укрепленного на нити.

Экспериментально в описанных выше опытах было обнаружено аномальное значение гиромагнитного отношения для ферромагнетиков, равное -e/m[индекс]e.Открытие в дальнейшем того, что кроме орбитальных моментов [мю][индекс]l и М[индекс]l электрон обладает собственным механическим моментом импульса M[индекс]s , т. е. спином, позволило объяснить данный результат.

В 1922 г. О. Штерн и В. Герлах исследовали прохождение атомов серебра Ag в сильно неоднородном вдоль оси Z магнитном поле сильного электромагнита с полюсными наконечниками специальной формы SN. Они обнаружили, что атомный пучок расщеплялся на два компонента, расположенных симметрично относительно первоначального направления. Это означает, что атомы Ag, у которых один внешний электрон, обладают магнитным моментом, проекции которого на направление Z принимают два значения с противоположными знаками, т. е. магнитный момент квантуется.