Приборы для определения радиоактивного фона.

Счетчик Гейгера.

Стеклянный баллон (изнутри покрытый металлом (катод)), внутри которого находится нить (анод). Из баллона откачивается воздух и заполняется аргоном. Между анодом и катодом создается достаточно высокое напряжение. Если частица попадает в область баллона, то на своем пути она ионизирует попавшийся атом (она выбивает из него электрон). Под действие разности потенциалов между анодом и катодом – электрон мгновенно ускоряется, достигает больших значений энергии и ионизирует другие атомы попадающиеся на его пути. В результате образуется лавинообразное состояние, приводящее к возникновению тока в цепи. В результате на сопротивлении имеет место падения напряжения, которое и регистрируется внешним устройством.

Термоядерные реакции.

Ядерная реакция может выделяться и при слиянии «легких» ядер.

Например:

Q =17,6 МэВ

Продукты реакции нерадиоактивные, следовательно реакция перспективна.

Чтобы реакция могла произойти необходимо, чтобы изотопы приблизились на расстояние включения ядерных сил – этому препятствуют электрические силы отталкивания.

Необходимо преодолеть МэВ. Однако, реально осуществить преодоление потенциального барьера до сих пор не удается.

В середине 60-х годов был предложен способ воздействия на изотопы водорода переменным электромагнитным полем (воздействие на плазму). Под действием электрической составляющей увеличивается кинетическая энергия, а следовательно растет температура плазмы.

При определенном значении температуры энергия теплового движения:

Энергия может стать равной величине потенциального барьера:

К

Такую температуру никакое вещество выдержать не может, поэтому было предложено воздействовать на плазму магнитной составляющей электромагнитного поля, т.е. подобрать такую конструкцию магнитного поля, чтобы плазма принимала форму шнура и замыкалась сама на себя. При температуре k существуют такие частицы учитывая, что скорости частиц распространяются по закону Максвелла. Однако шнур из плазмы был неустойчив и время его существования было 0,06 с при необходимых 0,1 с.

Частицы и античастицы.

В 1928 году английский физик Дирак сумел получить квадратное уравнение, из которого вытекал ряд следствий, подтверждавшихся экспериментально.

,

где Е – энергия элементарной частицы, m – масса покоя

Однако, наличие знака минуса в уравнении было проблемой. Наличие этого знака Дирак объяснил так: выдвинув предположение о том, что состояние частиц с отрицательной энергией возможно. Наибольшее значение с отрицательной энергией было тогда и только тогда, когда импульс был равен нулю.

Уровни с отрицательным значением энергии все заняты, там нет свободных энергетических уровней. Уровни с положительным значением энергии почти все свободны.

Вакуум – состояние отрицательных значений энергии, где частицы себя никак не проявляют.

Энергетический барьер: МэВ.

Возможен процесс: -квант несет энергию в область отрицательных значений энергии для , то электрон может ее поглотить и может перебраться на один энергетический уровень. Образовалась дырка внизу. Эта вакансия – аномалия, следовательно, там получится тоже .

В природе должны быть частицы, отличающиеся только знаком электрического заряда. В 1932 году Андерсен в горах обнаружил эту частицу экспериментально (позитрон). При встрече электрона и позитрона происходит аннигиляция, т.е. взаимоуничтожение.

появляется квант.

Оказалось, что процесс образования позитронов достаточно распространенное явление в природе. Однако, образовавшиеся позитроны мгновенно аннигилируются встретив на своем пути электрон. Позитроны отличаются от электронов знаком электрического заряда и знаком собственного магнитного момента.

В 1955 году в результате облучения протонов быстрыми пучками других протонов были получены антипротоны.

Для образования антипротонов требовались пучки, энергия которых несколько ГэВ. Протоны отличаются от антипротонов знаком собственного магнитного момента. Получено это было в США. Через год в 1956 году были открыты аналогичным образом антинейтроны. Оказалось, что большинство частиц обладают античастицами. Нейтрон и антинейтрон отличаются знаком собственного момента.

Главный отличительный признак частицы и античастицы это их аннигиляция.

В начале 60-х годов прошлого века были получены первые антиядра. После этого были получены ядра антилития, а затем антигелия. Однако, устойчивого антиатома получить не получается, хотя антиядра и существуют.

Закон сохранения четности.

Установлено, что существуют преобразования системы отсчета не приводящие к изменению вида физических законов. Так, например, параллельный перенос системы отсчета относительно оси времени. Это преобразование связано с однородностью времени и из него вытекает закон сохранения энергии.

Существуют другие: параллельный перенос относительно пространственной оси, отражающая однородность пространства, из него вытекает закон сохранения импульса.

Поворот системы отсчета не меняет вида системы, физического закона, связан с изотропностью пространственной оси, отражает однородность пространства. Из него вытекает закон сохранения импульса.

Законы сохранения в природе связаны с преобразованиями системы отсчета (такими преобразованиями), которые не меняют вида физических законов.

К числу преобразований, не меняющих вида физических законов, относится зеркальная симметрия. При зеркальном преобразовании, правовинтовая система заменяется на левовинтовую систему. Следовательно, закону преобразования должен соответствовать какой-то закон сохранения. Этот закон сохранения называется законом сохранения четности. Этот закон отражает квантовые свойства.

Волновые функции частиц можно разделить на четные и нечетные. Если волновая функция не четная, то частичке приписывается квантовое число – 1. Четность квантовой частицы в изолированной системе сохраняется. Если система состоит из нескольких частиц, то четность системы определяется как произведение нечетности частиц входящих в систему.

Из физического смысла волновой функции вытекает, что квадрат модуля определяет вероятность нахождения частицы в данной области в данный момент времени.

Если волновая функция четная или нечетная, то квадрат модуля будет одинаковым при замене знаков координат частицы. А это и есть явление зеркальной симметрии. Следовательно, вероятность вылета одинаковая.

Это означает, что если нуклоны повернуть вокруг собственной оси, то на ядерном взаимодействии между ними ничего не изменится. А это означает, что ядерное взаимодействие обладает свойством симметрии. Аналогичными свойствами обладают электромагнитные и гравитационные (переносчиком является частица гравитон) взаимодействия.

До 1955 года полагали, что и слабые взаимодействия так же обладают свойствами симметричности. Однако в 1975 году был проведен опыт, в котором ядро кобальта ориентировалось во внешнее магнитное поле. В направлении спина электронов вылетает больше, т.е. явление не симметричное. Т.е. для слабых взаимодействий закон сохранения четности не сохраняется.

Лекция№9