- •Минобрнауки россии
- •305040, Г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94. Оглавление
- •Раздел 3. Квантовая физика и физика атома 5
- •Раздел 4. Ядерная физика и физика элементарных частиц 45
- •Раздел 3. Квантовая физика и физика атома
- •3.1. Корпускулярно-волновой дуализм свойств частиц. Волны де Бройля. Принцип неопределённостей Гейзенберга
- •3.1.1. Соотношение неопределенностей
- •Примеры решения задач
- •3.2. Уравнение Шрёдингера
- •3.3. Простейшие задачи квантовой механики
- •3.3.1. Прохождение частиц через потенциальный барьер
- •3.3.2. Движение частиц в одномерной яме с абсолютно непроницаемыми стенками
- •3.4. Спектр атома водорода. Правила отбора. Теория Бора для водородоподобных систем
- •3.5. Модель атома водорода Бора
- •3.6. Квантовомеханическая модель атома водорода
- •3.7. Векторная модель атома
- •Принцип запрета Паули
- •Если учесть наличие спина у электрона, то .
- •Раздел 4. Ядерная физика и физика элементарных частиц
- •4.1. Радиоактивность. Состав атомных ядер.
- •4.2. Превращение атомных ядер
- •4.2.1. Законы радиоактивного распада
- •4.2.2. Активность радиоактивного вещества
- •4.3. Ядерные реакции. Элементарные частицы
- •4.3.1. Искусственная радиоактивность, ядерные реакции
- •4.3.1. Законы сохранения в ядерных реакциях
- •4.3.2. Основные характеристики элементарных частиц
- •4.3.3. Изотопический спин
Раздел 4. Ядерная физика и физика элементарных частиц
4.1. Радиоактивность. Состав атомных ядер.
Согласно современным представлениям атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, которые объединяются общим названием нуклоны.
1.Протон (от греч. Protos), термин был введен Резерфордом, обозначается . Он является стабильной частицей с временем жизни
лет
кг
Однако чаще всего масса элементарных частиц измеряется в МэВ
.
Таким образом, масса протона значительно больше массы электрона ( ).
Протон имеет собственный механический момент .
2. Нейтрон (от латинского Neuter – ни тот, ни другой)/
- нейтральная частица. Был предсказан теоретически, а затем обнаружен экспериментально в 1932 году английским физиком Чедвиком.
(в энергетических единицах)
.
3. Основные характеристики ядра
Заряд ядра определяется количеством протонов и характеризуется зарядовым числом Z (порядковый номер элемента в таблице Менделеева)
Число нуклонов в ядре численно равно массовому числу А.
Массовым числом называется ближайшее к массе атома целое число и выражается в а.е.м., которое равно
.
Таким образом, любой элемент таблицы Менделеева изображается в следующем виде:
n = количество нейтронов.
4. Радиус ядра атома зависит от числа содержащихся в нем нуклонов. Опыты показали, что средняя плотность нуклонов для всех ядер приблизительно одинаковы, следовательно, объем ядра ~ массовому числу, а следовательно
см.
В настоящее время принято
см
см
.
Проведенные опыты по рассеиванию -частиц на ядрах показали, что радиус действия ядерных сил больше радиуса, в котором распределены нуклоны.
Последняя формула для радиуса ядер имеет вид:
.
5. Масса ядра.
В настоящее время существует множество моделей атомных ядер, а следовательно множество формул, связывающих массы ядер с их составом. Однако в первом приближении все модели приводят к выводу, что масса ядра ~ массовому числу A
,
- постоянная величина.
Отсюда следует, что плотность ядерного вещества приблизительно одинакова для всех ядер.
Если ядро состоит из протонов и нейтронов, то масса ядра должна быть связана с их массами. Измерение масс ядер показывает, что масса ядра всегда меньше суммы масс исходных нуклонов. Разность между массой всех исходных частиц и массой ядра называется дефектом масс:
.
Это означает, что при образовании ядра часть массы исходных частиц должна передаваться окружающей среде в виде энергии, которая согласно формуле Эйнштейна - называется энергией связи. Она показывает, какую энергию необходимо затратить для расщепления ядра на составные части.
Более важной характеристикой ядра является удельная энергия связи, то есть энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон
О казалось, что Е зависит от массового числа А.
То есть существуют ядра химических элементов, в которых велика. Это ядра с массовыми числами 50-60, для которых энергия связи около 9 Мэв.
а)
В таких ядрах протоны и нейтроны наиболее плотно упакованы, поэтому больше, чем в среднем.
б) Все точки для средней энергии связи на нуклон ложатся на гладкую кривую, за исключением ядер с магическими числами.
Они, как правило, имеют зарядовые числа , либо число нейтронов .
Существуют также ядра, у которых Z и N входят в ряд магических чисел, такие ядра назвали дважды магическими.
Это: , , , , .