Устройство рубинового лазера

Рубиновый стержень лазера – это цилиндр, торцы которого отполированы и покрыты слоем серебра таким образом, что один торец полностью отражает свет, а другой частично отражает, а частично пропускает.

При вспышке лампы накачивания на рубиновый стержень падают фотоны различной частоты. В стержне возникают колебания. Атомы, поглотив часть фотонов, переходят в возбужденное состояние. Возникает вынужденное излучение, которое распространяется строго вдоль оси стержня и усиливается при многократном отражении от зеркал. В результате возникает мощное монохроматическое излучение – пучок света, часть которого выходит через полупрозрачное зеркало. Длительность излучения пучка 10⁻³ с.

Свойства лазерного излучения

1. Малый угол расхождения пучка света.

2. Исключительная монохроматичность.

3. Самые мощные источники света – 10¹⁴ Вт/с, Солнце – 7∙10³ Вт/с.

4. КПД около 1%.

ОК-35

Строение атомного ядра

В 1911 г. в результате исследований, проведенных Резерфордом по рассеянию α-частиц при прохождении через вещество, был открыт протон–ядро атома водорода, который обладает положительным электрическим зарядом, равным модулю заряду электрона.

Заряд ядра атома

Английский физик Г.Мозли в 1913 г. предсказал, что заряд ядра атома q_e = Ze, где e – элементарный электрический заряд; Z – порядковый номер элемента в таблице Менделеева, определяет число электронов в атоме. Химические свойства зависят только от зарядового числа.

Немецкие ученые В.Боте и Г.Беккер, изучая реакции (1930), происходящие при облучении бериллия α-частицами, обнаружили новое излучение, обладающее очень большой проникающей способностью.

В 1932 г. английский физик Дж.Чэдвик выдвинул гипотезу: бериллиевые лучи состоят из нейтральных частиц, масса которых близка к массе протона. Их назвали нейтронами. Дальнейшие исследования показали, что нейтрон – нестабильная частица: свободный нейтрон за время 15 мин распадается на протон, электрон и нейтрино – частицу, лишенную массы покоя. Масса нейтрона m_n = 1838,6 электронных масс, масса протона m_p = 1836,1 электронных масс, m_n > m_p приблизительно на 2,5 массы электрона. После открытия нейтрона физики Д.Д.Иваненко и В.Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении ядра. Число протоновZ, число нейтронов N, массовое число – это суммарное число нуклонов в ядре – A : A = Z + N, Z_p = Z_e,

1 а.е.м. = 1/12∙ = 1,66058∙10⁻²⁷ кг.

Изотопы

В 1911 г. Ф.Содди предположил, что ядра с одинаковым числом протонов, но различным числом нейтронов являются ядрами одного и того же химического элемента. Такие ядра он назвал изотопами. Изотопы имеют одинаковые химические свойства, что обусловлено одинаковым электрическим зарядом ядра, но разные физические свойства, обусловленные массой. Блестящее подтверждение – масс-спектрометр. Например, изотопы урана ,, изотопы водорода,,.

Ядерные силы

Силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны о ядре, называются ядерными ситами.

Свойства

1. Являются только силами притяжения.

2. Во много раз больше кулоновских сил.

3. Независимы от наличия заряда.

4. Взаимодействуют с ограниченным числом нуклонов.

5. Короткодействующие: заметны на r ≈ 2,2∙10⁻¹⁵.

6. Не являются центральными.

Энергия связи ядра

Энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Энергия связи очень велика.

При синтезе 4 г гелия выделяется такое же количество энергии, как при сжигании двух вагонов каменного угля.

Формула для вычисления энергии связи:

E = Δmc², Δmc² = (Zm_p + Nm_n − M_я)∙c².

Излучаемые γ-кванты при делении обладают энергией: .

В ядерной физике энергия выражается через атомную единицу энергии (а.е.э.), которая соответствует одной атомной единице массы:

1 а.е.э. = 1 а.е.м.∙c² = 1,67∙10⁻²⁷ кг∙9∙10¹⁶∙м²/с² = −1,5∙10⁻¹⁰ Дж = 931,1 МэВ.

Удельная энергия связи Е_уд

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон в ядре, т.е. энергия, которую необходимо затратить, чтобы удалить из ядра один нуклон, называется удельной энергией связи:

, где А – массовое число.

График зависимости удельной энергии связи E_уд:

1. У ядер средней части периодическом системы Менделеева с массовым числом 40≤A≤100 удельная энергия максимальна.

2. У ядер, для которых A > 100, удельная энергия связи плавно убывает.

3. У ядер, для которых A <40, удельная энергия скачкообразно убывает.

4. Максимальной удельной энергией обладают ядра, у которых число протонов и нейтронов четное (,,), а минимальной – ядра, у которых число протонов и нейтронов нечетное (,,).

Таким образом, осуществляются два способа высвобождения внутренней энергии: деление тяжелых ядер (цепная ядерная реакция) и синтез легких ядер (термоядерная реакция).

ОК-36