Білет № 11

1.Механізм бета-розпаду.

β-розпад

Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів. β-розпад - прояв слабкої взаємодії.

β-розпад — внутрішньонуклонний процес, тобто відбувається перетворення нейтрона в протон із вильотом електрона й антинейтрино з ядра:

+ γ.

Правило зсуву Содді для β-розпаду:

+ γ.

Приклад:

+ γ.

Після β-розпаду атомний номер елемента міняється і він зміщується на одну клітинку в таблиці Менделєєва.

Бета-розпад (β-розпад) — радіоактивне перетворення атомів одних речовин в інші, яке супроводжується випромінюванням електронів e- (β--розпад) або позитронів e+ (β+-розпад).

(β--розпад),

(β+-розпад),

(електронний захват).

При бета-мінус розпаді один нейтрон у складі ядра перетворюється в протон, при цьому вивільняється електрон і електронне антинейтрино.

При бета-плюс розпаді один протон у складі ядра перетворюється в нейтрон, вивільняючи позитрон та електронне нейтрино.

При електронному захваті, один протон в складі ядра перетворюється в нейтрон, але при цьому ядром поглинається електрон із однієї з внутрішних електронних оболонок атома. Цей процес супроводжується випромінюванням нейтрино, забезпечуючи збереження лептонного заряду.

Бета-розпад забезпечується слабкою взаємодією. В теорії електрослабкої взаємодії бета-розпад відбувається з участю проміжних частинок: W та Z-бозонів.

2. Прискорювачі електронів.

Прискорювач заряджених частинок – пристрій для отримання заряджених частинок (електронів, протонів, іонів) великих енергій. Прискорення проводиться за допомогою електричного поля, здатного змінювати енергію частинок, що володіють електричним зарядом. Поле може лише змінити напрям руху заряджених частинок, не змінюючи величини їх швидкості, тому в прискорювачах воно застосовується для керування рухом частинок.Сучасні прискорювачі сягають величезних розмірів. Шлях який проходять частинки, що прискорюються, може сягати десятків кілометрів. За принципом конструкції всі прискорювачі заряджених частинок можна розподілити на дві категорії: лінійні прискорювачі та циклічні прискорювачі. Різниця полягає у тому, що в циклічних прискорювачах частинка може проходити ті самі ділянки прискорення кілька разів, в той час як у лінійних прискорювачах цей процес відбувається лише один раз. Так можна провести аналогію між замкнутим циклом та прямою лінією.

Лінійний прискорювач з біжучою хвилею для прискорення електронів до 1,8 ГеВ споруджений у 1964 р. у Харкові (його довжина 240 м). Найбільший у світі лінійний прискорювач з біжучою хвилею, який прискорює електрони до 22,3 ГеВ, збудовано у Стенфорді (США). Його довжина 3,05 км. На основі цього прискорювача, енергія електронів у якому досягає 50 ГеВ, створюється установка для зустрічних електрон-позитронних пучків. Електрони і позитрони будуть прискорюватись у лінійному прискорювачі, а потім їх траєкторії будуть розводитись по різних колах. У місцях їх перетинання відбуватимуться зустрічні зіткнення.

До прискорювачів, в яких використовують постійне в часі магнітне поле, належить мікротрон. Він застосовується для прискорення електронів. Ідеї про роботу мікротрона були висловлені В. І. Векслером у 1944 р., а експериментальна установка була вперше збудована в Канаді у 1948 р. джерело електронів у мікротроні знаходиться на периферії магнітного поля. Там же розташовано порожнистий прискорювальний резонатор, при проходжені через який енергія електрона кожний раз збільшується на енергію спокою електрона m₀c²=0, 511 МеВ. Після цього електрон, описавши колову орбіту в магнітному полі, повертається у прискорювальний проміжок, де його енергія знову зростає на m₀c²

Білет №12

1. Нейтри́но — стабільні нейтральні лептони з напівцілим спіном, що беруть участь тільки в слабкій і гравітаційній взаємодіях. Надзвичайно слабо взаємодіють з речовиною: нейтрино з енергією 1 МеВ мають в свинці довжину вільного пробігу ~ 10²⁰ см (~ 100 світлових років).

Нейтрино - стабільна електрично нейтральна елементарна частинка, маса якої близька до нуля. Вона належеть до групи лептонів. Швидкість руху нейтрино близька до швидкості світла. Розрізняють нейтрино електронне, мюонне і τ-лептонне нейтрино. Нейтрино і відповідні їм антинейтрино беруть участь тільки у слабких та гравітаційних взаємодіях. Вони відіграють велику роль у перетвореннях елементарних частинок, у глобальних космогонічних процесах.

Властивості нейтрино

Кожному зарядженому лептону відповідає своя пара нейтрино/антинейтрино:

електронне нейтрино/антинейтрино

мюонне нейтрино/антинейтрино

тау-нейтрино/антинейтрино

Маса електронного нейтрино вкрай мала. Верхня експериментальна оцінка складає всього 2 еВ (отримана для антинейтрино). Верхні межі для мас мюонного і тау-нейтрино на даний момент (2006 р.) оцінюються в 190 кеВ і 18.2 МеВ відповідно.

Маса нейтрино важлива для пояснення феномену прихованої маси в космології, оскільки, незважаючи на її мале значення, концентрація нейтрино у Всесвіті достатньо висока, щоб істотно вплинути на середню густину речовини.

Якщо нейтрино мають ненульову масу, то різні види нейтрино можуть перетворюватися один в одного. Це так звані осциляції нейтрино, на користь яких свідчать спостереження сонячних нейтрино, кутової анізотропії атмосферних нейтрино, а також проведені на початку цього століття експерименти з реакторними (див. KamLAND) і прискорювальними нейтрино. Крім того, існування осциляцій нейтрино, ймовірно, напряму підтверджено експериментами в Садбері. Підтвердження осциляцій нейтрино вимагатиме внесення змін в Стандартну Модель.

Спіральність

Нейтрино має спін 1/2. Проте експериментально детектуються тільки нейтрино з певною спіральністю, тобто тільки нейтрино з однією проекцією спіну на напрямок руху, який задається імпульсом. Нейтрино мають ліву спіральність, антинейтрино - праву спіральність. Ліва спіральність нейтрино означає те, що його спін направлений протилежно до імпульсу.

Історія відкриття

Однією з основних проблем в ядерній фізиці 20-30х років ХХ століття була проблема бета-розпаду: спектр електронів, що утворюються при β-розпаді, виміряний англійським фізиком Джеймсом Чедвіком ще в 1914 р. має неперервний характер, тобто, з ядра вилітають електрони самих різних енергій.

Розвиток квантової механіки в 20-х роках призвів до розуміння дискретності енергетичних рівнів в атомному ядрі: це припущення було висловлене австрійським фізиком Лізою Мейтнер у 1922. Тобто спектр частинок, що вилітають при розпаді ядра повинен бути дискретним, і показувати енергії, рівні різницям енергій рівнів, між якими при розпаді відбувається перехід. Таким, наприклад, є спектр альфа-частинок при альфа-розпаді.

Таким чином, неперервність спектру електронів β-розпаду ставила під сумнів закон збереження енергії. Питання стояло настільки гостро, що в 1931 р. знаменитий датський фізик Нільс Бор на Римській конференції виступив з ідеєю про незбереження енергії! Проте було і інше пояснення — втрачену енергію відносить якась невідома і непомітна частинка.

Гіпотезу про існування частинки, яка надзвичайно слабо взаємодіє з речовиною, висунув 4 грудня 1930 Паулі.