2. Ядерний фотоефект. Ефект Комптона

Я́дерний фотоефе́кт — процес, при якому атомне ядро поглинає гамма-квант (фотон) достатньо великої енергії і випускає один або декілька нейтронів, протонів або альфа-часток.

1. Ефектом Комптона називається зміна частоти або довжини хвилі фотонів при їх розсіянні електронами і нуклонами. Ефект Комптона відрізняється від фотоефекту тим, що фотон передає частинками речовини свою енергію не повністю. Приватними випадками ефекту Комптона є розсіювання рентгенівських променів на електронних оболонках атомів та розсіювання гамма-променів на атомних ядрах. 2. Розсіювання фотона на вільному електроні можна розглядати як процес їх пружного зіткнення. Розгляд зазвичай проводиться в лабораторній системі координат, в якій електрон спочатку покладається почилих, а після зіткнення - рухомим зі швидкістю , Не малою в порівнянні зі швидкістю налітав фотона. Із закону збереження енергії: , де і - Довжини хвиль, що відповідають первинному та вторинному (неуважному) фотонів, - Маса спокою електрона, - Релятивістська маса електрона, і з закону збереження імпульсу при зіткненні: , де - Кут між напрямками первинного і розсіяного фотона. З урахуванням закону збереження імпульсу при зіткненні,

в иходить наступна залежність для зміни довжини хвилі при комптонівське розсіянні: Величина називається комптонівське довжиною хвилі для електрона. Формула Комптона для частоти фотона після розсіювання: , де - Енергія первинного фотона в одиницях енергії спокою електрона. Ріс.1.Наблюденіе просторової когерентності на двох щілинах а) Звичайний джерело світла, що виходить з різних точок не інтерферує. б) Звичайний джерело, але точкова діафрагма. в) Монохроматичний джерело

Білет №5

1. Розмір і форма ядра. Співвідношення між радіусом ядра і масовим числом. Густина ядерної речовини.

Вважаючи атомне ядро приблизно сферичним, можна ввести поняття його радіуса R. Крім того, атомні ядра не статичні, а динамічні системи, і поняття радіус ядра не можна уявляти як радіус кульки. Тому під розмірами ядра необхідно розуміти розміри тієї області, в якій проявляється дія ядерних сил. Досліди показують, що радіуси R ядер залежать від кількості нуклонів, які входять до складу ядра. Ця залежність може бути виражена емпіричною формулою

R=R₀A^1/3, де R0 – стала; A- масове число.

Розміри атомних ядер визначають експериментально за розсіянням протонів, швидких нейтронів, електронів високих енергій. Існує і ряд інших непрямих методів визначення розмірів ядер. Вони грунтуються на зв*язку довговічності α-радіоактивних ядер з енергією випущених ними α-частинок; на оптичних властивостях так званих мезоатомів, в яких один із електронів тимчасово замінено захопленим мюоном; на порівнянні енергії зв*язку пари дзеркальних атомів та ін. Ці методи підтверджують емпіричну залежність R=R0A1/3. за допомогою цих вимірювань встановлено, що стала R0=(1,2 – 1,5)·10-15 м.

Радіуси атомних ядер залежно від їх масового числа лежать у межах від 2·10-15 до 10-14 м. На долю кожного нуклона припадає майже однаковий об*єм. Це означає, що густина ядерної речовини для всіх ядер також майже однакова. Виходячи з наявних відомостей про розміри атомних ядер, знайдемо середнє значення густини речовини ядра:

ρ=M/V=Am_нукл/(4/3)πR₀³A≈1,8·10¹⁷ кг/м³ як бачимо, густина ядерної речовини величезна. Це зумовлено дією ядерних сил.

2. Черенковское излучение (или излучение Вавилова-Черенкова) возникает при движении заряженной частицы в прозрачной среде со скоростью v большей скорости света в этой среде, т.е. при v > c/n, где с – скорость света в вакууме, а n – показатель преломления среды. Это излучение было открыто в 1934 г. П.А. Черенковым и объяснено в 1937 г. И.Е. Таммом и И.М. Франком. Все трое за это открытие удостоены Нобелевской премии в 1958 г.     Черенковское излучение является совместным излучением множества атомов среды, расположенных вдоль траектории движения частицы и поляризованных её электрическим полем. Таким образом, непосредственно излучает не частица, а среда, в которой движется частица. Волновой фронт этого излучения представляет собой поверхность конуса, вершиной которого является частица, а осью – её траектория. Угол раствора конуса θ фиксирован и определяется скоростью частицы v и свойствами среды (v - показатель преломления среды, θ = c/vn.). Ситуация похожа на ту, которая возникает на поверхности воды при движении катера. Катер, выполняющий в этом примере роль частицы, создает волну возмущения водной поверхности, фронт которой образует острый угол, вершиной которого является катер.

Рис. Конус черенковского излучения. 1 - частица, 2 - траектория частицы, 3 - фронт волны.

Энергия частицы, конвертируемая в черенковское излучение, мала по сравнению с энергией, которую она тратит на ионизацию и возбуждение атомов среды. Число фотонов, излучаемых на 1 см пути, в зависимости от среды (радиатора) колеблется от нескольких единиц до нескольких сот. Это излучение можно наблюдать визуально и регистрировать с помощью фотоплёнки или фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), преобразующего энергию излучения в электрический сигнал. На цветной фотоплёнке, расположенной перпендикулярно направлению движения частицы, излучение, выходящее из радиатора, имеет вид кольца сине-фиолетового цвета.

Білет №6