Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский университет»
В.С. Кирчанов
Атомная и ядерная физика
Пермь - 2012
УДК 539.12
К 43
Рецензенты
Кирчанов В.С.
К 43 Атомная и ядерная физика : учебное пособие /
Пермь: Изд-во Перм. госуниверситета. 2012. – 82 с.
Изложен основной материал необходимый для изучения дисциплины «Ядерная физика», которая является заключительным разделом курса «Общей физики». Приведены, примерный список экзаменационных вопросов.
Предназначено для студентов геологов различных специальностей.
Выдержки из образовательного стандарта ОСТ №
ЕН.Ф.01
Физика атома, ядра и частиц
*0.Физика атома
Атом водорода
Элементы квантовой механики:
Волновая функция
Операторы физических величин
Уравнения Шредингера.
Молекула
Молекулярные спектры
Кристалл.
Зонная теория
1.Физика атомного ядра
Свойства атомных ядер
Радиоактивность.
Нуклон-нуклонное взаимодействие и свойства ядерных сил
Модели атомных ядер
Ядерные реакции
Взаимодействие ядерного излучения с веществом.
*Ядерная энергетика
*Дозиметрия
*Действие излучений на вещество
*Биологическое действие излучений
*Защита от ионизирующих излучений
*Применение радиоактивных излучений
2.Физика частиц
Частицы и взаимодействия.
Эксперименты в области высоких энергий
Электромагнитные взаимодействия
Сильные взаимодействия
Слабые взаимодействия
*Гравитационное взаимодействие
Современные астрофизические представления
*Коллайдеры нового поколения БАК
*)Звездочкой отмечены темы, введенные дополнительно к темам, указанным в Образовательном Стандарте.
Содержание стр
ЛЕКЦИЯ (ВВОДНАЯ) ФИЗИКА АТОМА……………………………………………….6
Опыт Резерфорда.
Полуклассическая модель атома водорода
Корпускулярно-волновой дуализм
Соотношение неопределенности Гейзенберга
Волновая функция
Уравнения Шредингера. Примеры
Операторы физических величин
Атом водорода
Молекула
Молекулярные спектры
Кристалл. Уровни энергии электрона в периодическом поле
Зонная теория
ЛЕКЦИЯ 1 ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА………………………………………………..21
Основные характеристики ядра
Дефект массы ядра. Энергия связи ядра
Капельная модель
Полуэмпирическая формула для энергии связи ядра
Модель ядерного ферми газа
Оболочечная модель ядра
Свойства ядерных сил
Свойства ядерных сил. Дейтрон. Потенциал нуклон-нуклонного взаимодействия
Радиоактивность
Закон радиоактивного распада
Альфа-распад
Бета-распад
Радиоактивные семейства(ряды)
Гамма-излучение возбужденных ядер и его характеристики. Эффект Мёссбауэра (ядерный гамма-резонанс).
ЛЕКЦИЯ 2 ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ……………. ………………………………………...37
Классификация ядерных реакций.
Законы сохранения в ядерных реакциях.
Энергетическая схема ядерных реакций. Порог ядерной реакции.
Ядерные реакции под действием заряженных частиц.
Ядерные реакции под действием γ – квантов (фотоядерные реакции).
Реакции под действием нейтронов: (n, γ), (n,p), (n,n’), (n,α), (n,2n), (n,f).
Реакции деления тяжелых ядер.
Состав продуктов деления ядра и энергия деления.
Цепные реакции деления ядер урана. Формула для размножения в цепной реакции. Коэффициенты размножения . Формула четырех сомножителей
Термоядерные реакции. Термоядерный взрыв.
ЛЕКЦИЯ 3 ПРОХОЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО……………………..….48
Прохождение тяжелых заряженных частиц (протонов, α-частиц) через вещество. Формула Бора для ионизационных потерь
Прохождение легких заряженных частиц через вещество. Удельные радиационные потери. формула Бете-Гайтлера
Пробеги заряженных частиц
Прохождение гамма-квантов через вещество. Закон ослабления узкого пучка гамма-квантов. Линейный и массовый коэффициент ослабления. Взаимодействие γ-квантов с веществом
Прохождение нейтронов через вещество. Ослабление потока нейтронов. Замедление нейтронов. Диффузия нейтронов
Источники заряженных частиц. Ускорители. Источники γ-квантов. Источники нейтронов
Методы регистрации
частиц. Детекторы их типы и характеристики.
Трековые детекторы. Ядерные фотоэмульсии.
Пузырьковые камеры. Камера Вильсона.
Электронные детекторы. Счетчики
заряженных частиц и
-квантов.
нейтронные детекторы
ЛЕКЦИЯ 4 ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ………………………………………………………59
Ядерная энергетика
Классификация ядерных реакторов.
Ядерный реактор: активная зона,
Топливо. отражатель,
Теплоноситель,
радиационная защита, работа
Процессы, происходящие при работе ядерного реактора:
Работа и системы управления
Радиационная безопасность
аварии ядерных реакторов
ЛЕКЦИЯ 5 ДОЗИМЕТРИЯ, ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ……67
Дозиметрия
Ионизирующее излучение и его характеристики. Флюенс.
Экспозиционная доза.
Поглощенная доза.
Коэффициент качества излучения. Эквивалентная доза.
Единицы измерения доз.
Действие ионизирующих излучений на структуру вещества.
Химическое действие ядерных излучений
Биологическое действие ионизирующих излучений на биомолекулы, клетки, органы, организм в целом
Фоновое облучение человека
Защита от излучений. Классификация защит.
Защита от внешних
потоков
-частиц
и
-частиц .
Защита от -излучения.
Защита от нейтронного излучения.
Радиационная защита от внутреннего облучения
Применение радиоактивных излучений в науке и технике.
ЛЕКЦИЯ 6 ФИЗИКА ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ…………………………………...80
Классификация элементарных частиц.
Лептоны.
Адроны. Мезоны.
Барионы и гипероны.
Кварки и их характеристики. Кварковая структура мезонов и барионов
Экспериментальное подтверждение кварковой модели адронов. Эксперименты в области высоких энергий
Электромагнитное взаимодействие. Фотон (гамма-квант). Квантовая электродинамика (КЭД)
Слабое взаимодействие. Вионы (промежуточные векторные бозоны)
Сильное взаимодействие. Квантовая хромодинамика (КХД).
Глюоны и их экспериментальное подтверждение
Гравитационное взаимодействие Гравитон
Теории Великого объединения (ТВО).Бегущие константы связи
Космология – наука о Вселенной в целом. Принцип Коперника и космологический принцип. Характеристики Вселенной
Характеристика Галактики как звездного скопления и её эволюция
Звезды: Красные гиганты, белые карлики, нейтронные звезды. Черные дыры
Солнце и его эволюция
Космические лучи
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ……….………………………………………………………………..112