7. Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц

7.1. Ядро. Элементарные частицы

При выполнении тестовых заданий студент должен знать: названия и обозначения элементарных частиц, их характеристики; состав атомного ядра;

уметь: определять ход ядерной реакции по составу исходных и конечных продуктов.

Примеры выполнения тестовых заданий

Задание 1. Количество нейтронов в ядре урана равно …

1)

0

2)

143

3)

92

4)

235

Выполнение задания. Согласно нейтронно-протонной модели ядра всех атомов химических элементов состоят из протонов и нейтронов. Обычно химические элементы обозначаются символами , где Х – символ химического элемента, Z – порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева, совпадающий с числом протонов в ядре, А – массовое число, равное общему числу нуклонов, т.е. протонов Z и нейтронов N. Для урана число протонов Z = 92, а общее число протонов и нейтронов – А = 235. Следовательно, количество нейтронов в ядре равно N = А – Z = 235 – 92 = 143.

Ответ: 2) 143

Задание 2. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Ядерные силы притяжения действуют между парами частиц …

1) только протон-нейтрон	2) протон-протон; нейтрон-нейтрон
3) протон-протон; протон-нейтрон	4) только нейтрон-нейтрон
5) протон-нейтрон; нейтрон-нейтрон	6) только протон-протон
7) протон-протон; протон-нейтрон; нейтрон-нейтрон

Выполнение задания. Положительно заряженные протоны отталкиваются друг от друга под действием кулоновских сил и удерживаются внутри ядра благодаря ядерным силам притяжения, превосходящим кулоновские силы. Нейтроны не имеют электрического заряда и поэтому лишь притягивают другие нейтроны или протоны благодаря сильному взаимодействию. Таким образом, ядерные силы обладают зарядовой независимостью и действуют между протонами, протоном и нейтроном, а также между нейтронами.

Ответ: 7) протон-протон; протон-нейтрон; нейтрон-нейтрон

 Задание 3. На рисунке показана кварковая диаграмма – распада нуклона. Эта диаграмма соответствует реакции …
1)			2)
3)			4)

Выполнение задания. Практически доказано, что все адроны состоят из фундаментальных частиц – кварков. Причем мезон строится из одного кварка и одного антикварка, а барион – из трех кварков.

Определяем кварковый состав элементарных частиц: dud – нейтрон, а duu –протон. Следовательно, исходная частица – нейтрон n, а продукты -распада – протон p, электрон и электронное антинейтрино . Таким образом, правильный ответ .

Ответ: 3)

Задание 4. Нуклоны в ядре взаимодействуют посредством виртуальных частиц. Процесс их образования соответствует схеме …

1)		2)
3)		4)

Выполнение задания. Процессы превращения протонов и нейтронов один в другой происходят, многократно повторяясь с течением времени, и приводят к тому, что вокруг этих частиц то появляется, то исчезает облако из -мезонов (пионов). Схему процесса образования этих частиц определим из выполнения закона сохранения электрического заряда. Электрический заряд нейтрона n равен 0, протона p и пиона q = +1, пиона q = – 1.

1 схема: ,

2 схема: ,

3 схема: ,

4 схема: .

Следовательно, процесс образования соответствует 4 схеме.

Ответ: 4)