Обнинский государственный технический университет
атомной энергетики
Кафедра ядерной физики
Л.Н. Пустынский
Конспект лекций по ядерной физике
Учебное пособие по курсу «Ядерная и нейтронная физика».
Электронная версия.
Обнинск, 2003
Пустынский Л.Н. Конспект лекций по ядерной физике. Учебное пособие по курсу «Ядерная и нейтронная физика». Электронная версия. –Обнинск, ИАТЭ, 2003. –215с.
П
особие
представляет электронную версию
конспекта лекций, которые автор читал
по курсам «Ядерная физика» и «Ядерная
и нейтронная физика» в 1999 – 2003 учебных
годах для различных специальностей
университета. Пособие написано в полном
соответствии с рабочими программами и
может быть рекомендовано как основное
пособие при подготовке к сдаче экзамена
по читаемым курсам. Автор выражает
признательность проф. В.С. Ставинскому
за ценные и полезные замечания и чтит
его память.
Автор заранее выражает признательность всем прочитавшим данное пособие и сделавшим замечания автору.
© Л.Н. Пустынский, 2003
Содержание
Обнинский государственный технический университет 1
Кафедра ядерной физики 1
Л.Н. Пустынский 1
Конспект лекций по ядерной физике 1
Обнинск, 2003 1
ГЛАВА 1. СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТОМНЫХ ЯДЕР 5
§1.1. Протонно-нейтронная структура ядра. 6
§1.2. Электрический заряд ядра 10
§1.3. Масса ядра и масса атома 12
§1.4. Энергетические характеристики ядра 16
§1.5. Размер ядра 25
§1.6. Спин, магнитный и электрический моменты ядер 28
1. Спин ядра 28
2. Магнитный момент ядра 33
3. Электрический момент ядра 39
§1.7. Возбужденные состояния ядер 42
§1.8. Четность 45
§1.9. Ядерные силы 48
§1.10. Изотопический спин 58
§1.11. Статистика 61
ГЛАВА 2. МОДЕЛИ АТОМНЫХ ЯДЕР 68
§2.1. Необходимость и классификация моделей 68
§2.2. Капельная модель 69
§2.3. Оболочечная модель 76
ГЛАВА 3. РАДИОАКТИВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЯДЕР 85
§3.1. Определение, виды радиоактивности, радиоактивные семейства 85
§3.2. Основные законы радиоактивного распада 90
§3.3. Активация 96
§3.4. Альфа – распад 98
§3.5. Бета – распад 108
§3.6. Гамма–излучение ядер 126
ГЛАВА 4. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ 137
§4.1.Основные понятия и классификация 137
§4.2. Механизм ядерных реакций 139
§4.3. Сечения ядерных реакций 142
§4.4. Законы сохранения в ядерных реакциях 148
§4.5. Кинематика ядерных реакций. Импульсная диаграмма 153
§4.6. Реакции под действием заряженных частиц 161
1. Общие свойства 161
2. Реакции под действием α-частиц 164
3. Реакции под действием протонов 166
4. Реакции под действием дейтонов 168
§4.7. Термоядерный синтез 170
§4.8. Фотоядерные реакции 175
§4.9. Реакции под действием нейтронов 180
1. Основные свойства нейтронов 180
2. Источники нейтронов 183
3. Энергетические группы 185
4. Взаимодействие нейтронов с ядрами 189
5. Резонансные процессы 194
ГЛАВА 5. ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР 200
§5.1. Открытие и капельная модель 200
§5.2. Основные свойства вынужденного деления 206
§5.3. Цепная реакция деления 214
Глава 1. Строение и основные характеристики атомных ядер
В настоящее время твердо установлено и нет сомнений в том, что атом состоит из электронов (Дж. Томсон, 1897), и ядра (Э. Резерфорд, 1911). Атомные ядра обладают целым рядом индивидуальных свойств, которые позволяют отличать ядра отдельных химических элементов друг от друга, и в то же время являются общими характеристиками для всех ядер.
Атомные ядра могут быть стабильными, т.е. живущими неограниченно долго, и нестабильными, испытывающие спонтанные (самопроизвольные) радиоактивные превращения.
Все атомные ядра имеют следующие характеристики: число нуклонов в ядре; электрический заряд ядра; масса ядра; энергия связи ядра; размер ядра; спин ядра; магнитный и электрический моменты ядра; четность волновой функции; изотопический спин; статистику.
Нестабильные ядра имеют ряд дополнительных характеристик, таких как тип радиоактивного превращения, среднее время жизни, энергия, выделяемая при распаде.
Ядра могут находиться в различных энергетических состояниях и как любая квантовая система имеют свою индивидуальную, присущую только ядру данного нуклида, систему энергетических уровней. Состояние ядра с наименьшей энергией называется основным, остальные – возбужденными. Ядра в возбужденных состояниях неустойчивы и, в отличие от основных состояний, могут находиться в возбужденных состояниях ограниченное время, испытывая спонтанные переходы в состояния с меньшей энергией.
Ниже будет показано (см. §1.7), что разделение на стабильные, нестабильные и возбужденные ядра является до некоторой степени условным, так как они могут характеризоваться рядом общих свойств.