53. Частицы и античастицы.

Элементарные частицы – мельчайшие известные частицы материи. Характерная особенность элементарных частиц – способность к взаимным превращениям, что не позволяет рассматривать их как простейшие. К настоящему времени обнаружено несколько сотен элементарных частиц, включающих и античастицы. Из них стабильны фотон, электронное, мюонное и таонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от 10³ с для свободного нейтрона до 10^-22 – 10^-14 с для резонансов. Некоторые элементарные частицы обладают необычными св-вами. Например, долгое время считалось, что своеобразная частица нейтрино не имеет массы. Эта частица была открыта теоретически.

Не менее интересны античастицы, которые имеют ту же массу, спин, время жизни и некоторые другие характеристики, что и их частицы-двойники, но отличаются от них знаками электрического заряда, магнитного момента, барионного заряда… Гипотезу об античастицах предложил в 1928 г. Дирак: в результате решения релятивистского волнового уравнения он предсказал существование античастицы электрона - позитрона, обнаруженного спустя четыре года Андерсоном в составе космических лучей. Электрон и позитрон – не единственная пара частица-античастица. Все элементарные частицы, кроме нейтральных, имеют свои античастицы. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция, при которой образуются другие элементарные частицы или фотоны.

Специфическая характеристика элементарных частиц – четность – квантовое число, определяющее симметрию волновой функции относительно зеркального отражения. Если при зеркальном отражении волновая функция частицы не меняет знака, то ее четность положительна, если меняет знак – отрицательна. Эта квантово-механическая характеристика подчиняется закону сохранения четности: при всех превращениях системы частиц четность состояния не изменяется. Сохранение четности связано со свойством зеркальной симметрии пространства и указывает на инвариантность законов природы при замене правого левым и наоборот.

54. Развитие ядерной энергетики. Цепная реакция деления тяжелых ядер.

Реакция деления ядер – реакция, при которой тяжелое ядро под действием нейтронов и других частиц делится на несколько легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе. Деление ядер сопровождается испусканием 2-3 вторичных нейтронов, наз. нейтронами деления. Расчет цепной реакции деления урана произвели наши соотечественники Харитон и Зельдович. Деление ядер сопровождается выделением чрезвычайно большого количества энергии. Эксперименты подтверждают, что при каждом акте деления ядер действительно выделяется огромная энергия, которая распределяется между осколками (основная доля), нейтронами деления и продуктами последующего распада. Испускаемые при делении ядер вторичные нейтроны могут вызвать последующие новые акты деления – возникает цепная реакция деления. Она характеризуется коэффициентом размножения нейтронов, равным отношению числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем поколении. В процессе ядерной реакции не все образующиеся вторичные нейтроны вызывают последующее деление ядер, что приводит к уменьшению коэффициента размножения. Во-первых, из-за конечных размеров активной зоны (пространства, где происходила реакция) и большой проникающей способности нейтронов некоторая часть из них покидает активную зону без захвата каким-либо ядром. Во-вторых, другая часть нейтронов захватывается ядрами неделящихся примесей.

Коэффициент зависит от природы делящегося в-ва, его кол-ва, размеров и формы активной зоны. Различают управляемые и неуправляемые цепные реакции деления ядер. При взрыве атомной бомбы происходит неуправляемая реакция. При хранении атомной бомбы, чтобы она не взорвалась, находящееся в ней радиоактивное в-во делят на две части с некритическими массами. Перед взрывом атомной бомбы обе части сближаются, общая масса делящегося в-ва становится критической, и в результате возникает неуправляемая цепная реакция, сопровождающаяся мгновенным выделением огромного кол-ва энергии. Управляемые цепные реакции осуществляются в ядерных реакторах атомных электростанций.