ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физика атомного ядра и частиц

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Ставрополь

2008

Печатается по решению

редакционно-издательского совета

Ставропольского государственного

университета

Физика атомного ядра и частиц: Учебное пособие. – Ставрополь: Изд-во СГУ, 2008. – 95 с.

Учебное пособие составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования для специальности 010400 – «Физика», включает в себя теоретическое описание выполняемых работ, практическую часть с описанием используемых методов, указания к выполнению работ и приложение.

Предназначено для студентов 3 курса специальности «Физика».

Авторы-составители: канд. физ.-мат. наук Вегера Ж.Г.

докт. физ.-мат. наук Дерябин М.И.

Рецензент: канд. тех. наук, доцент кафедры физики СевКавГТУ Голубин М.А.

© Издательство Ставропольского

государственного университета, 2008

Пояснительная записка

Неотъемлемой частью курса «Физика атомного ядра и частиц» является физический практикум. Его главные задачи:

- представление теории ядра как обобщение результатов физических экспериментов и теоретических представлений о движении микрообъекта. Основное внимание при этом уделяется ограниченности классических представлений, а в некоторых случаях невозможности описания существующих явлений в представлениях классической механики, демонстрируется мощь квантово-механического подхода;

- приобретение студентами навыков применения теоретического материала к анализу конкретных физических ситуаций;

- экспериментальное изучение основных закономерностей, оценка точности и достоверности полученных результатов;

- ознакомление с современной измерительной аппаратурой и принципом ее действия, автоматизации и компьютеризации процессов сбора и обработки физической информации;

- обучение основным элементам техники безопасности при проведении экспериментальных исследований.

Достижение целей практикума осуществляется путем:

- изучения сущности ядерных явлений и процессов, методов их наблюдения и экспериментального исследования;

- формирования умения грамотно и последовательно выражать физические идеи, количественно оценивать порядки физических величин в том или ином явлении;

- развития представлений о роли современной физики, и в частности ядерной физики, в естественно-научной среде, в индустрии, о ее определяющей роли в научно-техническом прогрессе.

Программа практикума разработана в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 010400 – «Физика».

Лабораторная работа №1.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С ВЕЩЕСТВОМ.

Часть 1. Определение энергии альфа-частиц по длине

ИХ ПРОБЕГА В ВОЗДУХЕ

Цель работы: изучение основных механизмов взаимодействия альфа-частиц с веществом; определение энергии альфа-частиц по длине их пробега в воздухе.

Приборы и принадлежности: набор радиоактивных источников, блок детектирования, прибор для пересчета импульсов (лабораторный комплекс).

Введение

Альфа-частицы представляют собой ядра гелия , имеют заряд +2е, состоят из 4 нуклонов - 2 протонов и 2 нейтронов. Ее спин и магнитный момент равны нулю.

Альфа-частицы возникают при радиоактивном распаде атомных ядер, а также в различных ядерных реакциях. При альфа-распаде исходное материнское ядро испускает альфа-частицу и превращается в дочернее ядро по схеме

,

где А - массовое число ядра, а Z - атомный номер (заряд).

Альфа-частицы, испускаемые естественно-радиоактивными элементами, имеют энергию от 4 до 11 МэВ. Частицы с относительно небольшой энергией можно получить путем ионизации атомов гелия.

Альфа-частицы часто используют в качестве бомбардирующих частиц при изучении строения вещества. Именно при изучении рассеяния - частиц на тонких металлических фольгах Резерфорд в 1911 г. сделал вывод, что масса атома практически целиком сосредоточена в положительно заряженном ядре, имеющем размеры ~ см. Первая ядерная реакция

была также осуществлена с использованием - частиц в 1919 г.

На современных ускорителях получают пучки - частиц с энергией от нескольких до сотен мегаэлектронвольт (МэВ). Альфа-частицы таких энергий успешно используются для изучения свойств атомных ядер.