![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Мпс россии
- •1. Введение
- •2. Физические основы механики
- •Основные механические модели
- •1. Материальная точка.
- •2. Абсолютно твердое тело.
- •2.1. Кинематика материальной точки
- •Основные кинематические уравнения равнопеременного движения:
- •Движение материальной точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение и их связь с линейными характеристиками движения
- •Для характеристики изменения вектора скорости на величину δv введем ускорение :
- •Угловая скорость и угловое ускорение
- •2.2. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •Взаимодействие тел. Второй закон Ньютона. Сила. Масса. Импульс. Центр масс
- •2.3. Законы сохранения в механике
- •Момент силы. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •Энергия. Работа. Мощность
- •Консервативные и неконсервативные силы
- •Закон сохранения энергии
- •2.4. Принцип относительности в механике
- •2.5. Элементы релятивистской динамики (специальной теории относительности)
- •2.6. Элементы механики твердого тела
- •2.7. Элементы механики сплошных сред
- •Упругое тело. Деформация. Закон Гука
- •3. Электричество и магнетизм
- •3.1. Электростатика
- •Закон Кулона
- •Электрическое поле
- •Принцип суперпозиции электрических полей
- •Поток вектора напряженности электрического поля
- •Теорема Остроградского – Гаусса и ее применение к расчету полей
- •Поле равномерного заряженной бесконечной прямолинейной нити
- •Поле равномерно заряженной плоскости
- •Работа сил электростатического поля при перемещении заряда. Потенциал
- •Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля
- •Идеальный проводник в электростатическом поле
- •Электроемкость уединенного проводника конденсатора
- •Энергия заряженного проводника
- •Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии
- •3.2. Постоянный электрический ток
- •Закон Ома
- •Дифференциальная форма закона Ома
- •Закон Джоуля-Ленца
- •Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
- •Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
- •3.3. Магнитное поле
- •Момент сил, действующих на виток с током в магнитном поле
- •Принцип суперпозиции магнитных полей
- •Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей
- •Взаимодействие параллельных токов
- •Контур с током в магнитном поле. Магнитный поток
- •Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле
- •Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Явление самоиндукции
- •Токи замыкания и размыкания в цепи
- •Явление взаимоиндукции
- •Энергия магнитного поля
- •3.4. Статические поля в веществе Диэлектрики в электрическом поле
- •Магнитные свойства вещества
- •3.5. Уравнения Максвелла
- •Электромагнитные волны
- •3.6. Принцип относительности в электродинамике
- •3.7. Квазистационарное магнитное поле
- •4. Физика колебаний и волн
- •4.1. Кинематика гармонических колебаний
- •Сложение гармонических колебаний
- •4.2. Гармонический осциллятор
- •Свободные затихающие колебания
- •Логарифмический декремент затухания
- •4.3. Ангармонические колебания
- •4.4. Волновые процессы
- •4.5. Интерференция волн
- •Интерференция от двух когерентных источников
- •Стоячие волны
- •Интерференция в тонких пленках
- •4.6. Дифракция волн
- •Принцип Гюйгенса-Френеля
- •Дифракция Фраунгофера от одной щели
- •Дифракция от многих щелей. Дифракционная решетка.
- •4.7. Поляризация света
- •Поляризация при отражении света от диэлектрика
- •Двойное лучепреломление в анизотропных кристаллах
- •Закон Малюса
- •Степень поляризации
- •Вращение плоскости поляризации
- •4.8. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом
- •5. Квантовая физика
- •5.1. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой механики. Взаимодействие фотонов с электронами
- •Внешний фотоэффект
- •Эффект Комптона
- •Давление света
- •5.2. Корпускулярно – волновой дуализм
- •Соотношение неопределенностей
- •5.3. Квантовые состояния и уравнение Шредингера
- •5.4. Атом
- •Теория Бора для водородоподобных атомов.
- •5.5 Многоэлектронные атомы
- •5.6. Молекулы
- •5.7. Электроны в кристаллах
- •5.8. Элементы квантовой электроники
- •5.9. Атомное ядро
- •Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
- •Закономерности α и β - распада
- •Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях
- •Реакция деления ядра. Цепная реакция. Ядерный реактор
- •Реакции синтеза. Термоядерные реакции
- •Элементарные частицы
- •6. Статистическая физика и термодинамика
- •6.1. Элементы молекулярно-кинетической теории
- •Модель идеального газа
- •Число степеней свободы молекул
- •Среднее число столкновений и средняя свободного пробега молекул
- •Явления переноса
- •Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия
- •Электрический ток в газах
- •6.2. Основы термодинамики Внутренняя энергия идеального газа. Работа
- •Внутренняя энергия идеального газа
- •Первый закон термодинамики
- •Изопроцессы
- •Термодинамические процессы, циклы
- •Круговые процессы. Второе начало термодинамики.
- •Цикл Карно
- •Фазовые превращения
- •Реальные газы. Уравнение Ван – дер – Ваальса
- •6.3. Функции распределения. Закон Максвелла для распределения молекул по скоростям
- •Барометрическая формула (распределение Больцмана)
- •Порядок и беспорядок в природе. Синергетика
- •Магнетики в тепловом равновесии. Ферромагнетизм
- •7. Заключение Современная физическая картина мира
Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях
Ядерными реакцияминазывают превращения ядер, вызванные взаимодействиями их между собой или с элементарными частицами. В 1919 г. Резерфордом проведено первое в мире искусственное превращение одних химических элементов в другие (азота в кислород):
В 1934 г. Ф.Кюри открыт механизм получения искусственным путем радиоактивного изотопа фосфора
Нильс Бор показал, что ядерные превращения протекают в два этапа: вначале из исходного Х – ядра образуется промежуточное компаунд-ядро П, которое, распадаясь, переходит в У – ядро, испуская в - частицу по схеме:
Х + аП
У
+ в
Энергетический эффект ядерной реакции может быть положительным, если в результате энергия Qвыделяется (экзотермическая реакция), и еслиQ< 0 – отрицательным (эндотермическая реакция). Он подсчитывается по следующей схеме, например, для реакции, в которой впервые был получен нейтрон:
(5.55)
Q(5.56)
Если массы ядер берутся из таблиц в а.е.м., то и коэффициент с2берется также не в СИ – системе (с2=931 МэВ/а.е.м.).
При ядерных реакциях выполняется ряд законов сохранения: энергии, момента импульса, электрического заряда и др. Для правильного написания ядерной реакции типа (5.55) применяют также законы сохранения массового числа А и зарядового числа Z. Так в реакции (5.55) для А: (9+4)=(12+1); дляZ: (4+2) = (6+0) =const.
Реакция деления ядра. Цепная реакция. Ядерный реактор
В 1938 г. было обнаружено, что облучение урана нейтронами приводит к появлению среди ядер урана ядер более легких химических элементов. Их появление было связано с делением тяжелых ядер урана. Ядра урана U92«перегружены» нейтронами и характеризуются меньшей удельной энергией связи. При попадании в ядро еще одного нейтрона, оно переходит в возбужденное состояние и делится на два осколка с выделением при этом от одного до трех нейтронов. Рассмотрим схему одной из возможных реакций деления:
(6.38.)
Образовавшиеся осколки-ядра цезия и рубидия β- радиоактивны и, претерпевая β- распад, в конечном итоге превращаются в стабильные ядра других элементов. Осколки деления имеют скорости 107м/c.
Деление ядра урана сопровождается высвобождением большой энергии 200МэВ на ядро. Сюда входит кинетическая энергия осколков, нейтронов и энергия электромагнитного излучения (1 кг урана эквивалентен по энергии2,5·105кг каменного угля).
Природный уран является смесью трех
изотопов:
99,28
%,
0,7
%,
0,006%.
Таким образом, на каждое ядро
приходится в руде 140 ядер
.
Последние ядра делятся лишь под
воздействием быстрых нейтронов. Ядра
делятся при облучении нейтронами любых
энергий, но особенно хорошо они захватывают
медленные нейтроны.
Получение
ядерной энергии в практических целях
стало возможным лишь благодаря
осуществлению цепной реакцииделения
ядер урана. Мы говорили, что при делении
ядер помимо осколков происходит выделение
в среднем 2,5 нейтронов на каждое
разделившееся ядро. Эти нейтроны, попав
в другие ядра урана, могут вызвать их
деление. Чтобы цепная реакция
самоподдерживалась, для этого необходимо,
чтобы хотя бы один из выделившихся
нейтронов попал в ядро и вызвал его
деление. Часть нейтронов поглощается
примесями, часть разлетается, не попав
в ядра, и только некоторая часть участвует
в цепной реакции деления ядер Судьба
нейтронов зависит от массы делящегося
урана: чем больше его масса, тем больше
вероятность попадания нейтрона в
очередное ядро. Масса, в которой цепная
реакция становится возможной, получила
названиекритической массы(для9 кг.). При этом так
называемый коэффициент размножения
нейтроновk= 1. При массе
большей критической (k>1)
реакция деления развивается взрывообразно
(что используется в атомной бомбе). При
этом выделяется огромная энергия,
температура достигает107К,
давление до миллиона атмосфер (1011Па), взрыв сопровождается излучением
проникающей радиации в виде γ- лучей,
нейтронов, β- частиц.
Для получения
ядерной энергии в промышленных целях
необходимо управлять цепной реакцией,
поддерживая k= 1. В ядерных
реакторах используется уран, обогащенный
изотопом.
Чтобы предотвратить захват нейтронов
ураном
,
производят специальное замедление
нейтронов до энергии, при которых
наблюдается наилучший (резонансный) их
захват ядрами
.
Замедление нейтронов возможно при их
столкновении с другими частицами с
массой, близкой к массе нейтрона
(например, протонами водорода или с
другими легкими ядрами). В качестве
замедлителя используется тяжелая вода,
графит, бериллий. Первый уран-графитовый
реактор был запущен в 1942 г. в Чикаго (10
тонн урана и 270 тонн графита). В 1947 г.
запущен реактор в СССР И.В.Курчатовым
(45 тонн урана и несколько сот тонн
графита).
Ядерный реактор состоит в основном из активной зоны (уран, замедлитель), системы регулированная цепной реакции (поглотители нейтронов - стержни кадмия или бора), систем автоматики, охлаждения, биологической защиты.