Ядерная физика основные положение (уч.10кл.Стр.227-228, уч.11кл.Стр.387-389,406)

Все вещества состоят из движущихся и взаимодействующих между собой атомов и молекул.

Простые вещества состоят из одинаковых атомов, сложные – из атомов различных химических элементов.

Атом – наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

В центре атома находится положительно заряженное ядра, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны.

Главной характеристикой химического элемента является заряд ядра атома.

Z – зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре, совпадает с порядковым номером химического элемента в периодической системе химических элементов.

Атом электронейтрален. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательным зарядом электронов.

Кроме протонов в ядре атома содержаться нейтроны, связанные с протонами сильным взаимодействием.

Общее название протонов и нейтронов, входящих в состав ядра – нуклоны.

Массовое число А равно сумме нуклонов ядра (протонов и нейтронов)

A = Z + N

Изотоп – разновидность одного и того же химического элемента, атом которого содержит одинаковое число протонов в ядре и разное число нейтронов.

Масса атома меньше суммарной массы частиц, входящих в его состав.

Дефект массы – разность суммарной массы отдельных частиц, входящих в состав атома (ядра) и полной массы атома (ядра)

Дефект массы обусловлен выделением энергии при образовании атома.

∆E = ∆mc²

Атомная единица массы (а.е.м.) – средняя масса нуклона в атоме углерода

Атомная единица массы равна 1/12 массы атома углерода

1 а.е.м. = 1,66*10^-27 кг

Относительная атомная масса М_r – число атомных единиц массы, содержащихся в массе атома.

m_a = M_r *1,66*10^-27 кг

Протон – нуклон в заряженном состоянии

Нейтрон – нуклон в нейтральном состоянии

Протон и нейтрон обладают полуцелым спином ћ/2

Ядро атома любого химического элемента состоит из протонов и нейтронов.

Химические свойства элемента определяются зарядовым числом Z, или числом протонов в ядре.

Изотопы – атомы одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов в ядре (зарядовое число Z) и разное число нейтронов N.

Протоны и нейтроны удерживаются в ядре в результате сильного взаимодействия друг с другом.

Зарядовая симметрия сильного взаимодействия – независимость сил взаимодействия между нуклонами от их электрических зарядов.

Энергетически выгодно парное расположение нуклонов с антипараллельными спинами в одном энергетическом состоянии ядра.

Наиболее стабильными являются четно-четные ядра, состоящие из четного числа протонов и нейтронов, а среди них – «магические ядра», у которых число протонов и нейтронов равно 2, 8, 20, 28, 50, 82, 125

Максимально устойчивостью и потому наибольшей распространенностью в природе обладают дважды магические ядра He, O, Ca, Pb, у которых магическим является

как число протонов так и нейтронов

Радиус ядра зависит от массового числа по закону:

R = r₀A^1/3 , где r₀ = 1.2 нф

Удельная энергия связи – энергия связи, приходящаяся на один нуклон

Радиоактивность – явление самопроизвольного (спонтанного) превращения одних ядер в другие с испусканием различных частиц.

Естественная радиоактивность – радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых изотопов, существующих в природе.

Искусственная радиоактивность – радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях.

Альфа-распад – спонтанное превращение радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием альфа-частицы

Бета(минус)- распад – спонтанное превращение радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием электрона и антинейтрино.

Энергия распада – суммарная кинетическая энергия продуктов распада.

Гамма- излучение – электромагнитное излучение, возникающее при переходе ядер из возбужденного в более низкое энергетическое состояние.

Период полураспада – промежуток времени, за который распадается половина первоначального числа атомов.

Закон радиоактивного распада – закон убывания числа радиоактивных атомов со временем:

N = N₀ .

где N₀ – первоначальное число атомов

Т_1/2 – период полураспада – время за которое распадается половина всех атомов, константа для данного изотопа.

Активность радиоактивного распада вещества – число распадов радиоактивных ядер за 1 с.

Единица измерения – Бк (Беккерель)

1 Бк – активность радиоактивного вещества, в котором за 1 с происходит один распад.

A =

Энергетический выход реакции деления – энергия, выделяющаяся при делении одного ядра.

Цепная реакция деления – реакция, при которой число делящихся ядер лавинообразно нарастает.

Скорость цепной реакции деления ядер характеризуется коэффициентом размножения нейтронов.

Коэффициент размножения нейтронов – отношение числа нейтронов в данном поколении цепной реакции с их числу в предыдущем поколении:

k =

При k=1 реакция протекает стационарно: число нейтронов сохраняется постоянным.

При k>1 реакция нестационарная: число нейтронов лавинообразно нарастает.

Критическая масса – минимальная масса урана, начиная с которой реакция деления ядер становится самоподдерживающейся.

Самоподдерживающаяся реакция деления ядер возникает, если за время пролете нейтроном среды успевает образовываться новый нейтрон в результате реакции деления.

Ядерный реактор – устройство, в котором выделяется тепловая энергия в результате управляемой цепной реакции деления ядер.

Мощность реактора – количество тепловой энергии, выделяющейся в реакторе в единицу времени.

Термоядерный синтез – реакция, в которой при высокой температуре 10⁷К, из легких ядер синтезируются более тяжелые.

Характер воздействия радиоактивного излучения на живой организм зависит от дозы поглощенного излучения и его вида.

Доза поглощенного излучения – отношение энергии излучения, поглощенного облучаемым телом, к его массе:

D =

Единица измерения – 1 Гр(грэй) = Дж/кг

Коэффициент относительной биологической активности, или коэффициент качества k, характеризует различие биологическое действия различных видов излучения.

Эквивалентная доза поглощенного излучения – произведение дозы поглощенного излучения на коэффициент качества:

H = D k

Единица измерения – 1Зв (Зиверт)

Среднее значение эквивалентной дозы поглощенного излучения, обусловленной естественным радиационным фоном – 2 мЗв в год.

Элементарная частица – микрообъект, который невозможно расщепить на составные части.

Фундаментальные частицы – бесструктурные элементарные частицы, которые до настоящего момента времени не удалось описать как составные.

Фермионы – частицы с полуцелым спином: ћ/2, 3ћ/2.

К фермионам относятся электрон, протон, нейтрон, электронное нейтрино.

Бозоны – частицы с целым спином 0, ћ, 2ћ.

К бозонам относятся фотон и π+-мезон

Принцип Паули:

в одном и том же энергетическом состоянии могут находится не более двух фермионов с противоположными спинами.

Для каждой элементарной частицы должна существовать античастица.

Античастица – элементарная частицы, имеющая с данной частицей равную массу покоя, одинаковый спин, время жизни и противоположный заряд.

Аннигиляция – процесс взаимодействия частицы с ее античастицей, в результате которого они превращаются в γ-кванты (фотоны) электромагнитного поля или в другие частицы.

Рождение пары – процесс, обратный аннигиляции

Андроны – элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии

Лептоны – фундаментальные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии

Закон сохранения лептонного заряда:

сумма лептонных зарядов до и после взаимодействия сохраняется.

Мезоны – бозоны со спиновым числом S=0,1, участвующие в сильном взаимодействии

Барионы – фермионы со спином S=1/2: 3/2, участвующие в сильном взаимодействии

Гипероны – все барионы за исключением нуклонов (протонов и нейтронов)

Кварки – фундаментальные частицы, участвующие в сильном взаимодействии.

Кварки являются фермионами и имеют дробный электрический заряд 2/3е, 1/3е и дробный барионный заряд 1/3

Кварки имеют шесть ароматов u, d, s, c, t, b и три цвета – красный, зеленый и синий.

Всего (вместе с антикварками) – 36 кварков.

Все андроны цветонейтральны.

Каждый барион, являясь фермионом, состоит из трех ароматов разного цвета.

Мезоны, являясь бозонами, состоят из кварка и антикварка любого аромата и противоположного цвета.

Окружающий мир состоит из 48 фундаментальных частиц – фермионов (36 кварков и 12 лептонов)

Закон сохранения барионного заряда:

во всех взаимодействиях барионный заряд сохраняется.

Глюон – бозон со спином 1, переносчик сильного взаимодействия.

Всего 8 глюонов (6 из них переносят цветовой заряд, а 2 бесцветны)

Полное число переносчиков фундаментальных взаимодействий – бозонов – равно 13.