3. Ядерные силы

Ядерное взаимодействие свидетельствует о том, что в ядрах существуют особые ядерные силы, не сводящиеся ни к одному из типов сил, известных в классической физике (гравитационных и электромагнитных). Между составляющими ядро нуклонами действуют силы, значительно превышающие кулоновское отталкивание протонов в ядре. Ядерные силы удерживают нуклоны в ядре на расстоянии м несмотря на кулоновское отталкивание. Ядерное взаимодействие между нуклонами называется сильным взаимодействием.

Особенности ядерных сил:

1. ядерные силы являются силами притяжения

2. ядерные силы короткодействующие (на расстояниях м)

3. ядерные силы не зависят от заряда нуклонов

4. ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов (протон и нейтрон образуют дейтрон только при антипараллельной ориентации спинов)

5. ядерные силы обладают свойством насыщения (каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом нуклонов)

6. ядерные силы имеют обменный характер (обмен -мезонами)

7. ядерные силы не центральные

В 1947 году были открыты -мезоны, которые и обуславливают ядерное взаимодействие. Существуют,и-мезоны. Зарядыиравны элементарному заряду, а массы -, где- масса электрона. Масса-мезона равна. Все эти частицы нестабильны. Время жизнииравнос, а для-с.

Расчеты показывают, что за это время жизни -мезоны могут удаляться от нуклона на расстоянием, то есть на расстояние действия ядерных сил. Существуют-мезоны только в присутствие своего носителя протона (p) и нейтрона (n).pиn«дышат»-мезонами.

Если нуклоны сближаются, то облака мезонов перекрываются. Происходит перемешивание мезонов и их поглощение. -мезон связывается протоном, а- нейтроном:

Протон испускает -мезон, а нейтрон его поглощает. Протон превращается в нейтрон, а нейтрон – в протон. Они меняются в ядре местами. Протон и нейтрон – два состояния нуклона.

4. Радиоактивность

В 1896 году при изучении люминесценции солей урана Беккерель обнаружил испускание лучей неизвестной природы, которые действуют на фотопластинку. Действие лучей стабильное. Уран испускает лучи, которые проходят через металл, ионизируют газ. Особенность этого излучения – независимость от внешних условий. В 1898 Пьер и Мария Кюри обнаружили еще два радиоактивных элемента – полоний и радий. Радий обладает мощным излучением. Все вещества, испускающие новое излучение, называются радиоактивности, а свойство излучать – радиоактивностью.

Радиоактивностью называется превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием некоторых частиц. Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

Радиоактивное излучение имеет сложный состав. В магнитном поле узкий пучок радиоактивного излучения расщепляется на три компонента:

1. слабо отклоняемый пучок положительных частиц (-излучение)

2. сильно отклоняемый пучок отрицательных частиц (-излучение)

3. не отклоняемый пучок (-излучение)

-частицы – поток ядер гелия с зарядоми массовым числом(). Скорость-частиц равна. Попадая в вещество-частицы активно взаимодействуют с атомами и молекулами, ионизируют и возбуждают его. Когда энергия-частицы уменьшается до теплового движения, она захватывает два электрона и превращается в атом гелия (). До этого она проходит путь, называемый пробегом. Из-за сильного взаимодействия с веществом пробег малый. Лист бумаги или одежда задерживают-частицы. Лист алюминия толщиной 0,05 мм также задерживает-частицы. Ионизирующая способность-частиц велика и равнапар на длине пробега.

-частицы – это поток электронов, вылетающих из ядер со скоростью. Ядро испускает электрон при превращении нейтрона в протон:

,

где - обозначение электрона,- электронное антинейтрино.

Ионизирующая способность -частиц в сотни раз меньше, чем у-частиц, а проникающая способность больше.-излучение задерживается слоем алюминия толщиной в 2мм.

-излучение, жесткое электромагнитное излучение (м). Его ионизирующая способность слабая и очень большая проникающая способность (проходит через слой свинца толщиной 5см).

Выброс и-частиц сопровождается превращением атомных ядер. Материнским называется ядро испытывающее радиоактивный распад. Возникающее дочерние ядро оказывается возбужденным и его переход в основное состояние сопровождается испусканием-кванта. При всех превращениях выполняются законы сохранения заряда, массы и импульса.

Пусть - материнское ядро,- дочернее ядро, тогда справедливы правила смещения:

-распад -распад

Из этих правил следует, что в результате - и-распадов ядра атомов радиоактивных элементов превращаются в ядра изотопов других элементов. В ряде случаев дочернее ядро является радиоактивным и возникает цепочка радиоактивных превращений.

Число нераспавшихся ядер со временем убывает, а число дочерних – растет. Самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется закону радиоактивного распада:

,

где - число ядер в начальный момент,- число ядер в момент времени,- постоянная распада равная доле ядер, распавшихся в единицу времени.

Средняя продолжительность жизни радиоактивного элемента выражается формулой: . Период полураспадахарактеризует продолжительность данного распада:или. Отсюда.

Период полураспада колеблется от с долет.