1.Механізм гамма-випромінювання.

Га́мма-випромі́нювання або гамма-промені — електромагнітне випромінювання найвищої енергії з довжиною хвилі меншою за 1 ангстрем. Утворюється в реакціях за участю атомних ядер і елементарних частинок в процесах розпаду, синтезу, анігіляції, при гальмуванні заряджених частинок великої енергії.

Позначаються грецькою літерою γ.

Гамма-промені спричиняють іонізацію атомів речовини, мають велику проникність, не заломлюються, породжують електрон-позитронні пари.

Одним із процесів утворення гамма-квантів є випромінювання радіоактивним ядром, яке було утворене в збудженому стані. Гамма-квант випромінюється при переході ядра із збудженого стану в основний. При цьому не міняються ні атомний номер, ні масове число ядра.

Гамма-кванти можуть з'являтися також у інших, складніших ядерних реакціях.

Іншим джерелом гамма-променів є гальмівне випромінювання високоенергетичних заряджених частинок. Заряджені частинки, рухаючись з прискоренням випромінюють електромагнітні хвилі. Спектр випромінювання залежить від енергії частинки. Для того, щоб частинка випромінювала гамма-кванти, її енергія повинна бути дуже високою, лежати в області принаймні десятків МеВ. Такі частинки можна отримати в прискорювачах, зокрема синхротронах.

Гамма-промені можуть також народжуватися при анігіляції частинок із античастинками. Оскільки в такому випадку сумарний імпульс частинок і античастинок в таких випадках зазвичай невисокий, утворені при анігіляції два гамма-кванти розповсюджуються в протилежних напрямках. Одночасне детектування двох гамма-квантів, що розповсюджуються в протилежних напрямках, є експериментальним свідченням акту анігіляції.

2.Елементарні часинки. Їх характеристики Елементарні частинки – найдрібніші суб’ядерні частинки речовини або фізичного поля. Це дискретні структурні елементи, що можуть існувати в неасоційованому стані. Найхарактернішою особливістю елементарних частинок є їхня здатність до перетворень і взаємодії. При цьому дочірні частинки - це не структурні складові материнських, вони народжуються при актах перетворення. За властивостями елементарні частинки поділяють на такі групи: фотони, лептони, мезони й баріони (нуклони й гіперони). Майже всі елементарні частинки нестабільні (за винятком електрона, протона, нейтрона, нейтрино, фотона). Основні характеристики елементарних частинок: електричний заряд, маса, тривалість життя, спін, лептонний і баріонний заряди, дивність (квантове число).Починаючи з 1932 року було відкрито понад 400 елементарних частинок і це число зростає й надалі.Дослідження останніх десятиліть ХХ ст. показали відносність вживання терміну “елементарні” до ряду частинок. Зокрема виявлено внутрішню структуру протона, нейтрона, інших частинок. Вони складаються з кварків, пар “кварк-антикварк” та глюонів (кванти поля). В свою чергу кварки, можливо, теж мають свою структуру, хоча на сучасному рівні знань вони є фундаментальними складовими адронів.

Сучасний нам набір елементарних частинок не був таким протягом всього існування Всесвіту. На самих його початках у момент часу 10^-33 c після Великого вибуху існували частинки-прабатьки, так звані преони, з енергією понад 10¹⁵ ГеВ. Прямими “нащадками” преонів стали кварки, що близько 10^-6 с після Великого вибуху утворили вже згадані протони і нейтрони. За цими уявленнями через приблизно 3 хв. після початку процесу утворилася більша частина ядер гелію, які існують у Всесвіті.

За величиною спіну всі елементарні частинки поділяють на два класи:

• ферміони — частинки з напівцілим спіном (наприклад, електрон, протон, нейтрон, нейтрино);

• бозони — частинки з цілим спином (наприклад, фотон).

За видами взаємодій елементарні частинки поділяють на такі групи:

• адрони — частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій. Вони складаються з кварків і поділяються, у свою чергу, на:

  • мезони (адрони з цілим спіном, тобто бозони);

  • баріони (адрони з напівцілим спином, тобто ферміони). До них, зокрема, відносяться частинки, що становлять ядро атома, — протон і нейтрон.

• лептони — ферміони, які мають вид точкових частинок (тобто, що не складаються ні з чого) аж до масштабів порядку 10⁻¹⁸ м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для заряджених лептонів (електрони, мюони, тау-лептони) і не спостерігалася для нейтрино. Відомі 6 типів лептонів.

• кварки — дробовозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, діляться на 6 типів і є безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть участь у сильній взаємодії.

• калібрувальні бозони — частинки, за допомогою обміну якими здійснюються взаємодії:

  • фотон — частинка, що переносить електромагнітну взаємодію;

  • вісім глюонів — частинок, що переносять сильну взаємодію;

  • три проміжні векторні бозони W⁺, W^- і Z⁰, що переносять слабку взаємодію;

  • гравітон — частинка, що переносить гравітаційну взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено експериментально, у зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії, вважається цілком імовірним.

Адрони і лептони утворюють речовину. Калібрувальні бозони — це кванти різних видів випромінювання.Крім того, в Стандартній Моделі з необхідності присутній бозон Хігса, який, втім, поки що не знайдений експериментально.Спочатку термін «елементарна частинка» мав на увазі щось абсолютно елементарне, першоцеглинка матерії. Проте, коли в 1950-х і 1960-х роках були відкриті сотні адронів зі схожими властивостями, стало ясно, що принаймні адрони мають внутрішні ступені свободи, тобто не є в строгому значенні слова елементарними. Ця підозра надалі підтвердилася, коли з'ясувалося, що адрони складаються з кварків. Таким чином, наука просунулася ще трошки вглиб будови речовини: найелементарнішими, точковими частинами речовини зараз вважаються лептони і кварки. Саме щодо них (разом із калібрувальними бозонами) застосовується термін «фундаментальні частинки».

Білет №14

1.Ефéкт Мессбáуера — фізичне явище резонансного поглинання гамма-випромінювання атомів у твердому тілі. Ефект названо на честь Рудольфа Мессбауера, який у 1957 розробив метод спостереження резонансного поглинання. Використовується для вивчення енергетичних рівнів атомного ядра.

Фізична природа явища

Ядро ізольованого атома не поглинає гамма-кванти тієї ж енергії, що й випромінює. Причина цього в тому, що при великій енергії фотона не можна нехтувати втратою енергії на віддачу ядра. Випромінюючи гамма-квант, ядро згідно із законом збереження імпульсу повинно рухатися в протилежному напрямку. Поглинаючи гамма-квант, ядро вбирає в себе його імпульс і рухається в тому ж напрямку. В оптичному діапазоні енергія віддачі маленька, і атоми зазвичай поглинають на тій же частоті, що й випромінюють. Втрата енергії на віддачу дорівнює

, де ER - втрата енергії, Eγ - енергія гамма-кванта, M - маса ядра, c - швидкість світла в порожнечі. Видно, що втрати обернено-пропорційні масі ядра.

Ідея експерименту Мессбауера в тому, щоб використати тверде тіло замість ізольованого атома. В твердому тілі, наприклад, кристалі, завдяки квантовим явищам, рух атомів набуває колективного характеру. Енергія віддачі передається не окремим атомам, а коливанням усього кристалу - фононам. Як наслідок, маса, яка отримує віддачу, значно зростає, зменшуючи втрати енергії. Таким чином стає можливим поглинання ядром гамма-кванту, який утворився в результаті випромінювання ідентичного ядра.

Невелику різницю в енергіях, що залишається навіть при колективній віддачі, можна компенсувати завдяки ефекту Доплера, пересуваючи джерело й випромінювач один щодо одного з невеликою швидкістю. Мессбауерівські спектри зазвичай приводяться в залежності від цієї швидкості.

Використання

Мессбауерівська спектроскопія є одним із методів матеріалознавства, тонким інструментом, який дозволяє визначити хімічні характеристики оточення радіоактивних атомів. Найчастіше вона використовує ядра 57Fe.