41.Історія вивчення атома. Ядерна модель атома. Квантові постулати н.Бора

Історія: Перше явище з області ядерної фізики було відкрите в 1896 р. Анрі Беккерелем. Це природна радіоактивність солей урану, що виявляється в мимовільному випусканні невидимого проміння, здатного викликати іонізацію повітря і почорніння фотоемульсій. Через два роки П'єр Кюрі і Марія Склодовска-Кюрі відкрили радіоактивність торію і виділили з солей урану полоній і радій, радіоактивність яких виявилася в мільйони раз сильніша радіоактивності урану і торію. Ядерна природа радіоактивності стала зрозуміла Резерфорду після того, як в 1911 він запропонував планетарну модель атома і встановив, що радіоактивні випромінювання виникають в результаті процесів, що відбуваються всередині атомного ядра. Ядерна модель атома: Маса електрона є приблизно в 2000 разів меншою за масу одного з найлегших атомів - атома водню - і дорівнює m_e = 9,1·10^-31 кг. Виходячи з цих даних, Томсон запропонував модель атома, згідно якою атом є зарядженою кулею радіусом R   10 ^-8 см, всередині якої знаходяться електрони. Більш складні атоми в додатно зарядженій кулі мають декілька електронів. Таким чином, атом подібний пиріжка, роль родзинок при цьому відіграють електрони. Однак модель атома Томсона виявилась повністю відмінною від моделі, яку запропонував Резерфорд у результаті своїх досліджень. Резерфорд 1906 року запропонував модель, згідно з якою будова атома дуже схожа на будову сонячної системи. .Він зондував атоми золота швидкорухомими ядрами гелію (a частинками).І назвав планетарною моделлю атома.

К вантові поступали:

1. В атомі існують стаціонарні орбіти, рух електронів по яких не супроводжується зміною енергії

2. При переході електрона з однією такої орбіти на іншу його енергію змінюється стрибком.

Переходи електронів з ближніх орбіт на віддалені- результат поглинання фотонів, а при зворотніх переходах відбувається випускання фотонів.

42. Випромінювання та поглинання атомами. Атомні та молекулярні спектри . Випромінювання та поглинання атомами :Виходячи з постулатів Бора, можна пояснити процес поглинання і випромінювання енергії атомами. Якщо атом поглинає енергію, то при цьому він переходить у збуджений стан. Його електрон може підніматися на вищу орбіту. Якщо існують вакансії для електрона ближче до ядра, то з часом електрон займає їх, переходячи на більш низький енергетичний рівень. Енергія, яка при цьому вивільняється, випромінюється атомом у вигляді кванта світла. Атомні та молекулярні спектри : 1)А́томні спе́ктри — оптичні спектри, що утворюються при випромінюванні атомарної пари або газу. На відміну від суцільних спектрів твердих та рідких тіл і смугастих молекулярних спектрів атомні спектри складаються з окремих ліній, тобто є лінійчатими.Випромінювання атомів зумовлене переходами атомів із стану з більшою енергією E2 у стан з меншою енергією E1.Частота випромінювання ν визначається з формули hν = E2— E1, де h — стала Планка. 2) Молекулярні спектри - спектри поглинання, випущення або розсіювання, що виникають при квантових переходах молекул з одного енергетичних. стану в інший. M. с. визначаються складом молекули, її структурою, характером хім. зв'язку та взаємодією з зовн. полями (і, отже, з оточуючими її атомами і молекулами). Наїб. характерними виходять M. с. розріджених молекулярних газів, коли відсутня розширення спектральних ліній тиском: такий спектр складається з вузьких ліній з доп-леровской шириною.

43. Спектральний аналіз та його застосування. Спектральний аналіз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, акустичних хвиль, розподілу за масою та енергією елементарних частинок та інше. Спектральний аналіз ґрунтується на явищі дис­персії світла. Традиційно розмежовують: атомарний та молекулярний спектральний аналіз,«емісійний» — за спектром випромінення та «абсорбційний» — за спектром поглинання, «мас-спектрометричний» — за спектром мас атомарних чи молекулярних іонів. Най­важливішим джерелом інформації про більшість космічних об'єктів є їхнє випроміню­вання. Дістати найцінніші й найрізноманітніші відомості про тіла дає змогу спектральний аналіз їхнього випромінювання. За допо­могою цього методу можна встановити якісний і кількісний хіміч­ний склад світила, його температуру, наявність магнітного поля, швидкість руху та багато іншого. Вивчення спектрів дає змогу аналізувати хімічний склад га­зів, що випромінюють або поглинають світло. Кількість атомів або молекул, які випромінюють чи поглинають енергію, визначає­ться інтенсивністю ліній. Чим помітніша лінія певного елемента у спектрі випромінювання або поглинання, тим більше таких ато­мів (молекул) на шляху променя світла.

44. Рентгенівське випромінювання. Рентге́нівське випромі́нювання, пулюївське випромінювання або Х— короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 10 нм до 0.01 нм. В електромагнітному спектрі діапазон частот рентгенівського випромінювання лежить між ультрафіолетом та гамма-променями. Рентгенівське випромінювання виникає від різкого гальмування руху швидких електронів у речовині, при енергетичних переходах внутрішніх електронів атома. Воно використовується у науці, техніці, медицині. Рентгенівське випромінювання змінює деякі характеристики гірських порід, наприклад, підвищує їх електропровідність. Короткочасне опромінення кристалів кам’яної солі знижує їхнє внутрішнє тертя. Характеристичне випромінювання виникає в тому випадку, коли внаслідок зіткнення зі швидким електроном, один із внутрішніх електронів покидає атом. Переходячи на незайняту орбіту, зовнішній електрон випромінює в рентгенівській області спектру, й частота цього випромінювання залежить від типу атома й тих орбіталей, між якими відбувається перехід.

,

де ν — частота, а h — стала Планка.

Частоти E_i визначені для кожного хімічного елемента й не залежать від типу хімічних зв'язків, утворених атомом, бо в утворенні хімічних зв'язків беруть участь лише зовнішні електрони.

Ці факти лежать в основі рентгенівського аналізу хімічного складу речовин.

45. Атомне ядро. Протонно-нейтронна модель ядерного ядра. Ядерні сили. Енергії зв*язку атомного ядра. Ядро́ — центральна частина атома. В ядрі зосереджені позитивний електричний заряд та основна частина маси атома. Ядра всіх атомів складаються з протонів і нейтронів, близьких за масою та іншими властивостями частинок, з яких лише протони несуть електричний заряд. Повне число протонів називаєтся атомним номером Z атома і збігається з числом електронів в нейтральному атомі. Протони і нейтрони, їх ще називають нуклонами, утримуються разом дуже великими силами. За своєю природою ці сили не можуть бути ні електричними, ні гравітаційними, а за величиною вони на багато порядків перевищують сили, які пов'язують електрони з ядром. Ця взаємодія отримала назву сильної взаємодії. Протонно-нейтронная модель ядра атома - модель атомного ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Число протонов равно зарядовому числу, а общее число нейтронов таково, что общее число нуклонов равно массовому числу. Массовое число = Зарядовое число + Число нейтронов. Ядерні сили - вони складаються з двох видів нуклонів: протонів і нейтронів. Тим нуклонами діють величезні сили тяжіння, так звані ядерні. Ці сили неймовірно великі, однак діють вони не зовсім невеликих відстанях - тільки всередині ядра між безпосередньо сусідять нуклонами. Ядерні сили завжди породжують тяжіння - між нейтронами і протонами і навіть позитивно зарядженими протонами. Енергія зв'язку ядра атома — це та мінімальна енергія, яку треба затратити, щоб роз'єднати ядро на окремі нуклони, що входять до його складу. Природно, що енергія зв'язку різних ядер може бути різною. Проте якщо віднести її до числа нуклонів, то спостерігається певна іалежність питомої енергії зв'язку нуклона в ядрі від масового числа атома А.

46. Класифікація елементарних частинок. Кварки. Космічне випромінювання. За величиною спіну всі елементарні частинки поділяють на два класи: ферміони — частинки з напівцілим спіном; бозони — частинки з цілим спином .За видами взаємодій елементарні частинки поділяють на такі групи: адрони — частинки, що беруть участь у всіх видах фундаментальних взаємодій. Вони складаються з кварків і поділяються, у свою чергу, на: мезони; баріони .До них, зокрема, відносяться частинки, що становлять ядро атома, — протон і нейтрон. лептони — ферміони, які мають вид точкових частинок аж до масштабів порядку 10−18 м. Не беруть участь в сильних взаємодіях. Участь в електромагнітних взаємодіях експериментально спостерігалася тільки для заряджених лептонів і не спостерігалася для нейтрино. Відомі 6 типів лептонів. кварки — дробовозаряджені частинки, що входять до складу адронів. У вільному стані не спостерігалися. Як і лептони, діляться на 6 типів і є безструктурними, проте, на відміну від лептонів, беруть участь у сильній взаємодії. калібрувальні бозони — частинки, за допомогою обміну якими здійснюються взаємодії: фотон — частинка, що переносить електромагнітну взаємодію; вісім глюонів — частинок, що переносять сильну взаємодію; три проміжні векторні бозони W+, W- і Z0, що переносять слабку взаємодію;гравітон — частинка, що переносить гравітаційну взаємодію. Існування гравітонів, хоча поки не доведено експериментально, у зв'язку зі слабкістю гравітаційної взаємодії, вважається цілком імовірним. Кварки (від англ. quark - квак, кряк) — фундаментальні частинки, з яких за сучасними уявленнями складаються адрони, зокрема протони та нейтрони. На сьогодні відомо 6 сортів (їх прийнято називати «ароматами») кварків: d,u,s,c,b і t. Кварки мають спін 1/2ħ де ħ - зведена стала Планка, та дробовий електричний заряд. Кожен кварк має також один з трьох кольорів (ще одне квантове число, подібно до спіну чи аромату). Кожному з шести кварків відповідає своя античастинка - антикварк.Процес взаємодії ядер первинного космічного випромінювання з атмосферою супроводжується виникненням нейтронів. Потік нейтронів, що йде від Землі (нейтрони альбедо), безперешкодно проходить крізь магнітне поле Землі. Оскільки нейтрони нестабільні (середній час розпаду приблизно 900 с), частина з них розпадається в зонах, недоступних для заряджених частинок малих енергій. Таким чином, продукти розпаду нейтронів (протони й електрони) народжуються прямо в зонах захоплення. Залежно від енергії та пітч-кутів ці протони й електрони можуть або виявитися захопленими, або покинути цю область

48.Ланцюгова реакція. Поділ ядер урану. Ланцюгова реакція — реакція, продукти якої, своєю чергою, вступають у взаємодію з початковими продуктами. Це хімічні і ядерні реакції, у яких поява проміжної активної частки (радикала, атома або збудженої молекули — у хімічних, нейтрона — у ядерних процесах) викликає велику кількість (ланцюг) перетворень початкових молекул або ядер внаслідок регенерації активної частки в кожному елементарному акті реакції (у кожній ланці). У ядерній фізиці ланцюгові реакції виникають під час поділу ядра, зумовленому нейтроном. Поділ відбувається з вивільненням кількох, здебільшого 2-3 нейтронів, які в свою чергу можуть ініціювати поділ інших ядер. Ймовірність захоплення ядром нейтронів залежить від їхньої швидкості, тому для підтримання ланцюгової реакції нейтрони необхідно сповільнювати. Поділ ядер урану. Поглинувши нейтрон, ядро Урану видовжується, розпадається на два фрагменти(осколки, дочірні ядра), які випромінюють на 2 або 3 нейтрони. Деякі з них у свою чергу ділять інші ядра Урану і т.д( розв. Ланцюгова реакція). Приклади використання: атомні електростанція, двигуни криголамів і підводних човнів).

49. Ядерна енергетика. Термоядерний синтез. Я́дерна енерге́тика (атомна енергетика) — галузь енергетики, що використовує ядерну енергію для електрифікації і теплофікації; область науки і техніки, що розробляє методи і засоби перетворення ядерної енергії в електричну і теплову. Основа ядерної енергетики — атомні електростанції, які забезпечують близько 6 % світового виробництва енергії та 13-14 % електроенергії. Виробничий цикл ядерної енергетики включає в себе видобуток урану, його збагачення, виробництво тепловидільних елементів, їх використання в ядерному реакторі, переробку відпрацьованих елементів і захоронення. Термоядерний синтез. Реакція синтезу ядер із більш легких, оскільки для злиття ядер вихідні речовини треба нагріти настільки, щоб кінетична енергія ядер перевищувала енергію відштовхування їх протонів. Рекція синтезу- джерело енергії Сонця та іших зірок.

50. Радіоактивність. Види радіоактивного випромінювання. Отримання та застосування радіонуклідів. Дозиметрія. Радіоактивність- мимовільне (спонтанне) перетворення нестійкого ізотопу хімічного елемента в інший ізотоп (зазвичай - ізотоп іншого елемента). Сутність явища Р. полягає в мимовільному зміну складу атомного ядра, що знаходиться в основному стані або в збудженому довгоживучі (метастабільному) стані. Такі перетворення супроводжуються випусканням ядрами елементарних частинок або інших ядер, наприклад ядер 2He (a-частинок). Всі відомі типи радіоактивних перетворень є наслідком фундаментальних взаємодій мікросвіту: сильних взаємодій (ядерні сили) або слабких взаємодій. Під час ядерного вибуху утворюється велика кількість радіоактивних речовин, ядра атомів яких здатні розпадатись і перетворюватись у ядра інших елементів, випускаючи при цьому невидимі випромінювання. Вони уражають місцевість і людей, а також будівлі і різні предмети. Випромінювання радіоактивних речовин може бути трьох видів: a, b і g. g-промені: електро-магнітні хвилі, аналогічні рентгенівським. Здатні проникати через різноманітні матеріали. Становлять основну небезпеку для людей, бо іонізують клітини організму. b-промені: потік електронів. Швидкість їх руху інколи досігає швидкості світла. Проникаюча здатність менша, ніж у g-променів, але іонізуюча дія у сотні разів більша. a-промені: потік ядер атомів гелію, характеризується дуже високою іонізуючою дією, і тому дуже небезпечні у разі проникнення всередину організму. Область розповсюдження у повітрі – 10 см, тому одяг та засоби індивідуального захисту їх повністю затримують. Радіонукліди утворюються в природних умовах, але також можуть бути отримані штучно при бомбардуванні стабільного елемента нейтронами в ядерному реакторі. Вони використовуються в атомній енергетиці, промисловості, медицині, сільському господарстві і грають важливу роль в дослідженнях з фізики, хімії та біології. Проте, вони можуть представляти собою значну небезпеку через руйнівний вплив іонізуючого випромінювання на живі організми. Дозиметрія - розділ прикладної ядерної фізики, в к-ром розглядаються фіз. величини, що характеризують розподіл іонізуючого випромінювання (його поле) і його взаємодію з речовиною, к-які можуть бути зіставлені з величиною радиац - індукованого ефекту в речовині. Таке зіставлення необхідно як для передбачення наслідків опромінення в об'єктах живої та неживої природи, так і для дослідження процесів, к-які призводять до цих наслідків.