- •1.1. Модель Резерфорда
- •1.2. Линейчатый спектр атома водорода
- •1.3. Постулаты Бора
- •1.4. Опыт Франка и Герца
- •1.5. Спектр атома водорода по Бору
- •2. Волновые свойства микрочастиц
- •3. Уравнение Шредингера
- •3.1. Волновая функция
- •3.2. Временное уравнение Шредингера
- •3.3. Движение свободной частицы
- •3.4. Движение частицы в одномерной прямоугольной потенциальной яме.
- •3.6. Уравнение Шредингера для потенциального барьера. Туннельный эффект.
- •3.7. Уравнение Шредингера для атома водорода в основном состоянии.
- •3.8. Решение уравнения Шредингера для н-подобных атомов
- •3.9. Пространственное распределение электрона в н
- •3.10. Спин электрона. Спиновое квантовое число
- •3.11 Распределение электронов в атоме по состояниям
- •3.12. Периодическая система элементов Менделеева
- •3.13. Рентгеновский спектр.
- •4.1. Физическая природа химической связи.
- •4.2. Типы химических связей
- •4.3. Понятие об энергетических уровнях молекул
- •4.4. Колебательный и вращательный спектр
- •5. Элементы квантовой электроники
- •5.1. Спонтанное и вынужденное излучение
- •5.2. Принцип работы оптического квантового генератора. (окг или лазера).
- •5.3. Свойства лазерного излучения.
- •6. Элементы физики твёрдого тела
- •6.1. Зонная теория кристалла
- •6.2. Теплоёмкость кристалла
- •6.3. Элементы квантовой статистики
- •6.4 Электропроводность металлов.
- •6.5 Полупроводники
- •7. Физика ядра элементарных частиц.
- •7.1. Основные свойства и строение ядра.
- •7.2. Ядерные силы
- •7.3. Модель ядра
- •7.4 Энергия связи ядра
- •7.5. Естественная радиоактивность
- •7.6 Закон радиоактивного распада
- •7.7. Правила смещения
- •7.8. -Распад.
- •7.9. -Распад
- •7.10 Γ-излучение
- •7.11 Ядерные реакции
- •7.12 Реакция деления ядра
- •7.13 Цепная реакция деления
- •7.14 Термоядерные реакции синтеза легких ядер
- •7.15 Элементарные частицы
- •7.16 Кварк
- •7.17 Космическое излучение.
7.6 Закон радиоактивного распада
Радиоактивным распадом называется процесс превращения ядер в родственные или другие ядра. За время dt убыль числа ядер dN~Ndt. Точнее dN=-λNdt. ln(N/N0)=-λtN=N0e-λt, где N0 – число ядер в начальный момент времени, N – число оставшихся ядер в момент времени t, λ – постоянная распада. Процесс распада характеризуется двумя параметрами: 1) Период полураспада Т – время, по истечении которого распадается ½ всех ядер. При t=T, N/N0=1/22‑1=e-λT, T=ln2/λ. 2) Средняя продолжительность жизни радиоактивного образца (τ). Среднее время жизни всех распавшихся ядер dN за время t равно dNt, а суммарное время жизни всех ядер в образце будет =|u=t, e-λt=dV, V=-1/λ∙e-λt, du=dt|=
=τ=1/λ.
Активностью радиоактивного образца А (или а) называется величина, характеризующая быстроту радиоактивного распада. а=|dN/dt|=|N=N0e‑λt|=λN0e-λt=λN, где N – число оставшихся. а0=λN0 – начальная активность образца. а=а0е-λt. Единица измерения а – 1Бк = 1 распад/сек, 1 Ku=3,7∙1010 Бк.
7.7. Правила смещения
1) α-распад ZXA→Z-2YA-4+2α4; 2) β-распад ZXA→Z+1YA+-1е0
Правила смещения основаны на следующих законах: закон сохранения массового числа и закон сохранения зарядового числа. Если дочернее ядро оказывается также радиоактивным, то возникает цепочка радиоактивных превращений элементов, образующих эту цепочку, называется радиоактивным семейством. Естественные радиоактивные ядра образуют 3 семейства: семейство урана U, семейство тория Th, семейство актиния Ac.
7.8. -Распад.
ZXAZ-2YA-4+ 24.
1) Откуда берутся -частицы. -ч. образуется в ядре Х, их образование связано с насыщенностью ядерных сил. Опред. число нуклонов, а именно 2 протона и 2 нейтрона объединяются образуя -ч. Для этой частицы силы кулоновского отталкивания от изолированных протонов преобладают над ядерными силами.
2) Для вылета -ч. из ядра необх. преодолеть потенциальный барьер высотой U0~8,8 МэВ.
Рис.42
Е= 4-9 МэВ. D exp{ (-2/ħ)(x1 to x2)(2m(U0-e)dx) – коэффициент прозрачности. Из этого выражения видно, что при изменении энергии Е от 4 до 9 МэВ существенно изменяется коэф. прозрачности. Это объясняет большое различие периода полураспада.
3) Для -ч. экспериментально доказали, что для них справедлив закон Гейгера-Нэттола, который гласит: чем больше постоянная радиактив. распада λ, тем больше длина -ч. lnλ= A+ BlnR - формула связывающая
4) У одного и т.ж. -радиоактивного элемента имеется неск. групп -ч. с различными длинами пробега, т.е. с разл. энергиями. Это означает, что выбрасываемые из ядра -ч. обладают дискретными значениями энергии и ядро обладает дискр. энергетическими уровнями.
5) -распад возм. только тогда, когда сумма масс покоя исходного ядра превышает сумму масс покоя продуктов реакции: MzXA>M (z-2)Y(A-4)+M24. При этом продукты реакции обладают E=Δmc2.
7.9. -Распад
ZXAZ+1YA+ -1е0.
Возник ряд трудностей. 1) невозможно было объяснить непрерывный энергетический спектр электрона, т.е тот факт, что Emax> E-1eo> Emin.
(РИС43)
Emax= (mx-my)C2.
2) при -распаде A=const. Это означает, что суммарные спины, или собственные моменты ядер X и Y равны, а спины электрона S=(1/2)ħ. Поэтому наблюдается нарушение закона сохранения спина. 3) невозможно было объяснить, откуда в ядре Х берутся электроны. Для объяснения этих трудностей Паули предложил ввести новую частицу, которую назвали нейтрино. Свойства нейтрино 0ν0 (с волной на верху): 1) m0=0; 2) Vν=C; 3) Sν=(1/2)ħ; 4) нейтрино не участвует ни в электромагнитных, ни в сильных взаимодействиях; 5) обладает очень малой ионизационной способностью. Один акт ионизации на 500 км пути; 6) обладает колоссальной проникающей способностью. Напр. нейтрино с Е=1 МэВ проходит слой свинца толщиной 1018 м.
В -распаде принимает участие антинейтрино.
А) - - электронный -распад
ZXAZ+1YA+ -1е0+ 0ν0(~)
0n1 1p1+ -1е0+ 0ν0(~)
В 1950 г в потоках нейтронов большой интенсивности обнаружили распад свободных электронов.
Б) + - позитронный -распад.
ZXAZ-1YA+ +1е0+ 0ν0
При решении волнового уравнения движения релятивистского электрона. В 1932 году Андерсеном была обнаружена частица позитрон в составе космического излучения 1p1 0n1+ +1е0+ 0ν0
В) электронный захват.
ZXA+ -1е0Z-1YA+ 0ν0. Протон ядра Х превращаясь в нейтрон захв. электрон с k-й оболочки атома. 1p1+ -1е0 0n1+ 0ν0. Электронный захват характеризуется характеристическим рентгеновским излучением соответствующим k-линиям элемента. Электронный и -распад протекают у естественных и искусственных радиоактивных ядер.