Ядерные силы и их свойства

Т.к. размеры атомных ядер малы, силы кулоновского отталкивания между протонами в ядре достигают больших значений. Но ядра не разваливаются на части под их действием, т.к. между нуклонами действуют ядерные силы, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре. Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят кулоновские, действуют между большинством элементарных частиц наряду с электромагнитным взаимодействием, короткодействующие.

Радиоактивность. -, -частицы, -излучение

Не всякое атомное ядро может существовать неограниченно долго. Многие атомные ядра оказываются способными к самопроизвольному превращению в другие атомные ядра. Устойчивыми являются лишь те атомные ядра, которые обладают минимальным запасом полной энергии среди всех ядер, в которые данное ядро могло бы самопроизвольно превратиться.

-распадом называется самопроизвольный распад атомного ядра на -частицу (ядро атома гелия ) и ядро-продукт. -радиоактивны почти исключительно ядра с Z>82.

-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра путем испускания электрона (-частицы).

- и -распад может сопровождаться -излучением, которое возникает вследствие возбуждения ядра-продукта. Возбужденное ядро через малый промежуток времени освобождается от избытка энергии путем испускания одного или нескольких -квантов.

По своим свойствам -лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только с большей проникающей способностью. Они представляют собой электромагнитные волны с длиной волны от 10^-8 до 10^-11 см.

Методы регистрации ионизирующих излучений

Приборы, применяемые для регистрации ядерных излучений, называются детекторами ядерных излучений.

Газоразрядный счетчик Гейгера

Наиболее широкое распространение получили детекторы, обнаруживающие ядерные излучения по производимой ими ионизации и возбуждению атомов вещества.

Цилиндрическая трубка служит корпусом счетчика, по оси ее натянута тонкая металлическая нить. Нить и корпус разделены изолятором. Рабочий объем счетчика заполняется смесью газов, например аргоном с примесью метилового спирта, при давлении около 0,1 атм.

Для регистрации ионизирующих частиц между корпусом счетчика и нитью прикладывается высокое постоянное напряжение, нить является анодом. Пролетающая через рабочий объем счетчика быстрая заряженная частица производит на своем пути ионизацию атомов наполняющего газа. Под действием электрического поля свободные электроны движутся к аноду, положительные ионы – к катоду. Напряженность электрического поля вблизи нити анод счетчика настолько велика, что свободные электроны при приближении к нему на пути между соударениями с двумя нейтральными атомами приобретают энергию, достаточную для их ионизации. В счетчике возникает коронный разряд, который через короткий промежуток времени прекращается.

С включением последовательно со счетчиком резистора на вход регистрирующего устройства поступает импульс напряжения. По показаниям электронного счетного устройства определяется число быстрых заряженных частиц, зарегистрированных счетчиком.

Камера Вильсона

Действие камеры Вильсона основано на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды. Эти ионы создают вдоль своей траектории движущаяся заряженная частица.

Камера Вильсона представляет собой герметически закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к насыщению. При резком опускании поршня (см. рисунок), вызванном уменьшением давления под поршнем, пар в камере адиабатически расширяется. Вследствие этого происходит охлаждение, и пар становится перенасыщенным. Это неустойчивое состояние пара: пар легко конденсируется. Центрами конденсации становятся ионы, которые образует в рабочем пространстве камеры пролетевшая частица. Если частица проникает в камеру непосредственно перед расширением или сразу после него, то на ее пути возникают капельки воды. Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы – трек. Затем камера возвращается в исходное состояние и ионы удаляются электрическим полем.

Информация, которую дают треки в камере Вильсона, значительно больше той, которую могут дать счетчики. Под длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины трека оценить ее скорость: чем длиннее трек, тем больше энергия частицы, чем больше капелек, тем меньше ее скорость.

При помещении камеры Вильсона в магнитное поле, на движущиеся частицы действует сила Лоренца, которая искривляет треки. Трек имеет тем большую кривизну, чем больше заряд частицы и чем меньше ее масса. По кривизне трека можно определить отношение заряда к массе.