Распад атомов

Осуществляется при взаимодействии атомных ядер с частицами, в том числе и с -квантами, или друг с другом.

Для осуществления ядерной реакции необходимо сближение частиц (двух ядер, ядра и нуклона и т.д.) на расстояние 10^–13 см.

Энергия вылетающих положительно заряженных частиц должна быть порядка или больше кулоновского потенциального барьера ядер (для однозарядных частиц  10 МэВ).

Механизмы деления ядра атома

Налетающая частица, например, нуклон, может войти в ядро и вылететь из него под другим углом, но с той же энергией.

• Нуклон может непосредственно столкнуться с нуклоном ядра.

• Если один или оба нуклона имеют энергию большую, чем необходимая для вылета из ядра, то они могут покинуть ядро без взаимодействия с другими его нуклонами (прямой процесс).

• Если энергия, внесенная влетевшей частицей, постепенно распределится между многими нуклонами ядра, образуется неустойчивое «составное» ядро. Это ядро через короткое время распадается.

При энергиях возбуждения составного ядра меньших, чем необходимо для отделения от него частиц, единственный путь его распада – испускание -квантов (8-10 квантов на один акт деления).

Если же энергия сосредотачивается в некоторых группах частиц, существующих в составном ядре короткое время, то возможно испускание -частиц, тритонов, дейтронов и др. (-частица - это ядро атома гелия, содержащее 2 протона и 2 нейтрона; обладает большой ионизирующей способностью, образуя на пути пробега сотни тысяч пар ионов).

Если энергия одного из нуклонов окажется достаточной для его выброса из состава ядра, то составное ядро распадается с испусканием нуклона (один элемент превращается в другой - -распад).

Ядерные реакции подчиняются законам сохранения энергии, импульса, электрического заряда.

Они могут протекать с поглощением и выделением энергии Q, которая примерно в 10⁶ раз превышает энергию, выделяемую при обычных химических реакциях.

Поэтому в ядерных реакциях можно заметить изменение масс взаимодействующих ядер: согласно закону сохранения энергии, энергия Q, выделяемая или поглощаемая при ядерной реакции, равна разности сумм масс частиц (в энергетических единицах) до и после ядерной реакции.

Рассмотрим бета-распад

Добавление пятой частицы – нейтрино - позволило объяснить природу бета-распада.

При бета-распаде было обнаружено, что не сохраняется и момент импульса, и даже нарушается закон сохранения энергии. В. Паули (1930 г.) предположил, что должна существовать неизвестная дотоле частица, которую мы теперь называем нейтрино.

Нейтрино должно было обладать невероятными свойствами - оно не должно иметь ни заряда, ни массы, почти не взаимодействовать с веществом, но при всем том иметь импульс, момент импульса, энергию и двигаться со скоростью света!

Отличительная способность нейтрино, определяющая его роль в природе, является огромная проникающая способность.

Эту частицу нашли через 23 года после ее открытия на "кончике пера"! Нейтрино есть в космических лучах, но из каждых 10¹² нейтрино, падающих на Землю, в среднем все, кроме одного (!), проходят сквозь Землю, не испытав взаимодействия.

"Стабильные" частицы:

Автомобиль – проходит 100000 км, т.е. расстояние, в 10⁷ раз превышающее его длину.

Элементарные частицы (за 10^-7 с) проходят несколько десятков сантиметров, что в 10¹⁵ раз превышает их размеры.

Частицы и античастицы.