Газовый (гелий-неоновый) лазер
В газовых лазерах инверсная населенность уровней осуществляется электрическим разрядом, возбуждаемым в газах.
В
гелий-неоновом лазере накачка происходит
в два этапа: гелий служит носителем
энергии возбуждения, а неон дает лазерное
излучение.
При газовом разряде электроны при столкновении с атомами гелия отдают им энергию и переводят в возбужденное состояние 3 (рис.)..
Возбужденные атомы гелия, сталкиваясь с атомами неона, возбуждают их, и неон переходит на один из верхних уровней, который расположен вблизи 3-го уровня гелия.
Переход атома неона с верхнего уровня 3 на уровень 2 приводит к лазерному излучению с =0,6328 мкм.
Свойства лазерного излучения: 1. Временная и пространственная когерентность;
2. Монохроматичность;
3. Большая плотность потока;
4. Узконаправленный пучок.
Применение лазеров: 1. Обработка, резка и микросварка твердых металлов;
2. Скоростное и точное обнаружение дефектов;
3. Лазерная хирургия;
4. Получение и исследование высокотемпературной плазмы (лазерный управляемый температурный синтез);
5. Измерительная техника;
6. Голография.
Ядерная физика
§1. Заряд, размеры и масса атомного ядра
Атом состоит из положительно заряженного ядра , вокруг которого вращаются электроны.
Ядро атома состоят из элементарных частиц протонов и нейтронов (нуклонов). В ядре сосредоточено 99,95 % всей массы атома, хотя радиус ядра (1014 1015 м) на 4 5 порядков меньше радиуса атома.
Протон - положительно заряженная частица с элементарным зарядом = заряду электрона
р = 1,6·1019 Кл. mp = 1,67261027 кг.
Нейтрон -электрически нейтрален. mn = 1,67491027 кг.
Радиус ядра можно определять соотношением
где А – массовое число (число нуклонов в ядре)
Т.к. объем ядра V = 4/3πr3 , то объем ядра V прямо пропорционален числу нуклонов А
§2. Массовое и зарядовое число. Изотопы
Массовое число А = общему количеству нуклонов (протонов+ нейтронов) в ядре.
Зарядовое число Z – это порядковый номер химического элемента в таблице Менделеева
Число протонов в ядре = числу электронов в атоме = Z
Число нейтронов в ядре = A Z.
Зарядовое и массовое числа
принято записывать при символе Х
произвольного химического элемента
следующим образом
В этих обозначениях протон , нейтрон и электрон обозначают соответственно
Изотопы – это ядра с одинаковым зарядовым, но с разными массовыми числами (т.е. одинаковое число протонов, но разное число нейтронов)
Например, водород имеет три изотопа
(дейтерий)
и
(тритий),
Изобарами называются ядра с одинаковым массовым числом, но с разным Z.
Например
Изотонами называются ядра с одинаковым числом нейтронов.
Например
§3. Состав ядра. Взаимодействие между нуклонами
Атомные ядра являются связанной системой взаимодействующих протонов и нейтронов Стабильность ядер означает, что взаимодействие нуклонов в ядре не может быть сведено к электрическому или гравитационному взаимодействиям. Действительно, между протонами в ядре действуют кулоновские силы отталкивания и гравитационные силы притяжения, но, согласно расчетам, силы притяжения намного меньше сил отталкивания и протоны не могут быть удержаны ими в ядре. Следовательно, в атомных ядрах между нуклонами должно иметь место особое взаимодействие. Это взаимодействие называют сильным ядерным. Ядерные силы – это фундаментальные (основные) силы, действующие между нуклонами и удерживающие их в ядре
. В атомном ядре проявляются три типа взаимодействий.
Сильные взаимодействия между нуклонами приводят к образованию связанного состояния нуклонов.
Электромагнитные взаимодействия приводят с одной стороны к расталкиванию между протонами, что ослабляет связь в атомном ядре, с другой стороны взаимодействие магнитных моментов нуклонов приводит к большому разнообразию ядерных состояний.
Слабое взаимодействие между нуклонами приводит к взаимным превращениям нейтронов и протонов в атомном ядре − явлению β-распада атомных ядер.