Ядерні реакції розпаду

1939 року було виявлено, що ядра урану-235 здатні не тільки до спонтанного поділу (на два легших ядра) з виділенням ~200 МеВ енергії та випроміненням двох-трьох нейтронів, але й до вимушеного поділу, що ініціюється нейтронами. Враховуючи, що у результаті такого поділу теж випромінюються нейтрони, які можуть викликати нові реакції вимушеного поділу сусідніх ядер урану, стала очевидною можливість ланцюгової ядерної реакції. Така реакція не відбувається у природі лише тому, що природний уран на 99,3% складається з ізотопу урану-238, а до реакції поділу придатний тільки уран-235, якого у природному урані міститься лише 0,7%.

Механізм ядерної реакції розпаду полягає у наступному. Ядерні сили через взаємодію обмінними віртуальними частинками (у більшості випадків відбувається піон-нуклонна взаємодія), час життя яких, відповідно до принципу невизначеності Гейзенберга, обмежений невеликою величиною dt = h'/dE = R/V = (1,3*10^-15/3*10¹⁰) * (140/8)^0,5 = 2,3*10^-23 с, мають нецентральний характер. Це означає, що нуклони не можуть взаємодіяти одночасно з усіма нуклонами у ядрі, особливо у багатонуклонних ядрах. При великій кількості нуклонів у ядрі це обумовлює асиметрію густини ядерних сил та наступну асиметрію нуклонного зв'язку, а отже, і асиметрію енергії по об'єму ядра. Ядро набуває форми, яка суттєво відрізняється від сферичної. У такому разі електростатична взаємодія між протонами може за величиною енергії наближатися до сильної взаємодії.

Таким чином, внаслідок асиметрії, енергетичний бар'єр поділу долається, і ядро розпадається на легші ядра, асиметричні за масою.

Іноді ядро може тунелювати у стан з меншою енергією.

2.Взаємоперетворення частинок. Закони збереження.

Важлива властивість елементарних частинок – їх здатність до взаємоперетворення в результаті електромагнітних або інших взаємодій. Одним з видів взаємоперетворення є так зване народження пари або одночасне утворення частинки і античастинки (в загальному випадку утворення пари елементарних частинок з протилежними лептонними або баріонними зарядами). Можливі процеси народження електрон-позитронних пар

е^-е⁺, мюонних пар µ⁺µ^-, нових важких частинок при зіткненні лептонів. Інший вид взаємоперетворення частинок – анігіляція пари при зіткненні частинок з утворенням кінцевого числа фотонів (γ-квантів). Зазвичай утворюється два фотона при нульовому сумарному спіні частинок, що зіткнулися, і три фотона при сумарному спіні, рівному 1. При взаємному перетворенні частинок мають місце закони збереження. Перші з них сформульовані ще Галілеєм: 1) наш світ однорідний; 2) наш світ ізотропний; 3) плинність часу – монотонна. Закони збереження в ядерній фізиці – це закони заборони, у класичній фізиці – закони дозволу.

Закони збереження в ядерній фізиці:

• закон збередення 4-мірного імпульсу; *закон збереження моменту імпульсу;

• закон збереження електричного заряду;*закон збереження лептонного заряду;

• закон збереження баріонного заряду.

Специфічні закони працюють окремо для кожного виду фундаментальних взаємодій.для сильної взаємодії:*закон збереження дивності;*закон збереження ізоспіну.

Для електромагнітної взаємодії: закон збереження дивності.

Для слабкої взаємодії: універсальний закон, закон збереження парності.

Білет №16