fizika_wpori (Шпаргалка к экзамену), страница 10

Крометого, необходимо принимать во внимание ирежим генерации — непрерывный илиимпульсный.Лазер обязательно имеет три основныхкомпонента: 1) активную среду, в которойсоздаются состояния с инверсией населенностей;2) систему накачки (устройство для созданияинверсии в активной среде); 3) оптическийрезонатор (устройство, выделяющее впространство избирательное направление пучкафотонов и формирующее выходящий световойпучок).72. Энергия связи, яд. силы.Исследования показывают, что атомные ядраявляются устойчивыми образованиями.

Этоозначает, что в ядре между нуклонамисуществует определенная связь. Энергия,которую необходимо затратить, чтобы расщепитьядро на отдельные нуклоны, называется энергиейсвязи ядра.Согласно выражению (40.9), энергия связинуклонов в ядре(252.1)'где mp, mn, mя — соответственно массы протона,нейтрона и ядра. В таблицах обычно приводятсяне массы ядер, а массы m атомов. Поэтому дляэнергии связи ядра пользуются формулой(252.2)mн — масса атома водорода.

Так как mн большеmр на величину mе, то первый xлен в квадратныхскобках включает в себя массу Z электронов. Нотак как масса атома m отличается от массы ядрат„ как раз на массу Z электронов, то вычисленияпo формулам (252.1) и (252.2) приводятодинаковым результатам. Величинаназывается дефектом массы ядра. На этувеличину уменьшается масса всех нуклонов приобразовании из них атомного ядра. Часто вместоэнергии связи рассматривают удельную энергиюсвязи 6Еп — энергию связи, отнесенную к одномунуклону.68.Инверсная населенность.Для того чтобы получить усиление падающейволны, нужно (обратить населенностьэнергетических уровней, т.

е. сделать так, 'чтобыв состоянии с большей энергией Еп находилосьбольшее число атомов, чем в состоянии сменьшей энергией Ет. В этом случае говорят, чтоданная совокупность атомов имеет инверснуюнаселенность. Согласно формуле (43.1)В случае инверснойнаселенностиРаспространив формально на этот случаираспределение (,43.1), мы получим для Готрицательное значение. Поэтому состояния синверсной населенностью называют иногдасостояниями с отрицательной температурой.Изменение интенсивности света припрохождении через поглощающую средуописывается формулой(43.2)В веществе с инверсной населенностьюэнергетических уровней вынужденное излучениеможет превысить поглощение света атомами,вследствие чего падающий пучок света припрохождении через вещество будет усиливаться.В случае усиления падающего пучка явлениепротекает так, как если бы коэффициентпоглощения и в формуле (43.2) сталотрицательным.

Соответственно совокупностьатомов с инверсной населенностью можнорассматривать как среду с отрицательнымкоэффициентом поглощения.Между составляющими ядро нуклонамидействуют особые, специфические для ядра силы,значительно превышающие кулоновские силыотталкивания между протонами. Они называютсяядерными силами.С помощью экспериментальных данных(рассеяние нуклонов на ядрах, ядерныепревращения и т. д.) доказано, что ядерные силынамного превышают гравитационные,электрические и магнитные взаимодействия и несводятся к ним.

Ядерные силы относятся к классутак называемых сильных взаимодействий.Перечислим основные свойства ядерных сил:1) ядерные силы являются силами притяжения;2) ядерные силы являютсякороткодействующими — их действиепроявляется только на расстояниях примерно10~15м.3) ядерным силам свойственна зарядоваянезависимость: ядерные силы, действующиемежду двумя протонами, или двумя нейтронами,или, наконец, между протоном и нейтроном,одинаковы по величине.4) ядерным силам свойственно насыщение, т.

е.каждый нуклон в ядре взаимодействует только сограниченным числом ближайших к немунуклонов.5) ядерные силы зависят от взаимной ориентацииспинов взаимодействующих нуклонов.6) ядерные силы не являются центральными, т. е.действующими по линии, соединяющей центрывзаимодействующих нуклонов.покоягдеmе — масса электрона. Нейтрон (n) — нейтральнаячастица с массой покояПротоныи нейтроны называются нуклонами (от лат.nucleus — ядро). Общее число нуклонов ватомном ядре называется массовым числом А.где еАтомное ядро характеризуется зарядом— заряд протона, Z — зарядовое число ядра,равное числу прогонов в ядре и совпадающее спорядковым номером химического элемента вПериодической системе элементов Менделеева.Ядро обозначается тем же символом, что игде X — символнейтральный атом:химического элемента, Z — атомный номер(число протонов в ядре), А —массовое число(число нуклонов в ядре).Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяети число электронов в атоме.

Ядра с одинаковымиZ, но разными А называются изотопами, а ядра содинаковыми А, но разными Z—изобарами.Радиус ядра задается эмпирической формулой«испускательных» переходов, вероятностькоторых возрастала бы с увеличениеминтенсивности излучения, т. е. «испускательных» переходов, вызываемых излучением.Возникающее в резуль та те так и х п е р е х о д о виз л уче н ие наз ыв ае тс я в ы н у жд е нным илииндуцированным.Исходя из термодинамических соображений,Эйнштейн доказал, что вероятностьвынужденных переходов, сопровождающихсяизлучением, должна быть равна вероятностивынужденных переходов, сопровождающихсяпоглощением света. Таким образом,вынужденные переходы могут с равнойвероятностью происходить как в одном, так и вдругом направлении.Вынужденное излучение обладает весьмаважными свойствами.

Направление егораспространения в точности совпадает снаправлением распространения вынуждающегоизлучения, т. е. внешнего излучения,вызвавшего переход. То же самое относится кчастоте, фазе и поляризации вынужденного ивынуждающего излучений. Следовательно,вынужденное и вынуждающее излученияоказываются строго когерентными. Этаособенность вынужденного излучения лежит воснове действия усилителей и генераторовсвета, называемых лазерами.рубина.

Переход 2-»-/ запрещен правиламиотбора, поэтому длительность возбужденногосостояния 2 атомов хрома порядка 10~3 с, т. е.примерно на четыре порядка больше, чем длясостояния 3. Это приводит к «накоплению»атомов хрома на уровне 2. При достаточноймощности накачки их концентрация на уровне 2будет гораздо больше, чем на уровне /, т. е. возникает среда с инверсной населенностью уровня2.Каждый фотон, случайно родившийся приспонтанных переходах, в принципе можетинициировать (порождать) в активной средемножество вынужденных переходов 2-»-/, врезультате чего появляется целая лавинавторичных фотонов, являющихся копиямипервичных. Таким образом и зарождаетсялазерная генерация.

Однако спонтанныепереходы носят случайный характер, и спонтаннорождающиеся фотоны испускаются в разныхнаправлениях.Первым газовым лазером непрерывного действия(1961) был лазер на смеси атомов неона и гелия.Газы обладают узкими линиями поглощения,лампы же излучают свет в широком интервале длинволн; следовательно, применять их в качественакачки невыгодно, так как используется толькочасть мощности лампы. Поэтому в газовыхлазерах инверсная населенность уровнейосуществляется электрическим разрядом,возбуждаемым газах.74.

Закон радиоактивногораспада75.Активность, периодполураспада, ср. время жизни.Под радиоактивным распадом, или просто Iраспадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящеесамопроизвольно. Атомное ядро, испытывающеерадиоактивный распад, называется материнским,возникающее ядро дочерним.Теория радиоактивного распада строится напредположении о том, что радиоактивный распадявляется спонтанным процессом, подчиняющимсязаконам статистики.

Поскольку отдельныерадиоактивные ядра распадаются независимодруг от друга, можно считать, что число ядерdN, распавшихся в среднем за интервал времениот t до /4-d/, пропорционально промежуткувремени dt и числу N не распавшихся ядер кмоменту времени t:Интенсивность процесса радиоактивногораспада характеризуют две величины: периодполураспада Т1/2 и среднее время жизни традиоактивного ядра.

Период полураспада Т—время, за которое исходное числорадиоактивных ядер в среднем уменьшаетсявдвое. Тогда, согласно(256.1)где λ — постоянная для данного радиоактивноговещества величина, называемая постояннойрадиоактивного распада; знак минус указывает,что общее число радиоактивных ядер в процессераспада уменьшается.Разделив переменные и интегрируя, т.еполучим78.Типы взаимодействийэлементарных частицСогласно современным представлениям, вприроде осуществляется четыре типафундаментальных взаимодействий: сильное,электромагнитное, слабое и гравитационное.Сильное, или ядерное, взаимодействиеобусловливает связь протонов и нейтронов вядрах атомов и обеспечивает исключительнуюпрочность этих образований, лежащую в основестабильности вещества в земных условиях.Электромагнитное взаимодействиехарактеризуется как взаимодействие, в основекоторого лежит связь с электромагнитным полем.Оно характерно для всех элементарных частиц, заисключением нейтрино, антинейтрино и фотона.Электромагнитное взаимодействие, в частности,ответственно за существование атомов имолекул, обусловливая взаимодействие в нихположительно заряженных ядер и отрицательнозаряженных электронов.Слабое взаимодействие — наиболее медленноеиз всех взаимодействий, протекающих вмикромире.

Оно ответственно за взаимодействиечастиц, происходящих с участием нейтрино илиантинейтрино (например, (β-распад, μ - распад), атакже за безнейтринные процессы распада, характеризующиеся довольно большим временемжизни распадающейся частицыГравитационное взаимодействие присуще всембез исключения частицам, однако из-за малостимасс элементарных частиц оно пренебрежимомало и, по-видимому, вОткуда периоды полураспада для естественнорадиоактивных элементов колеблются отдесятимиллионных долей секунды до многихмиллиардов лет.Суммарная продолжительность жизни dN ядерПроинтегрировав эторавнавыражение по всем возможным t (т. е. от 0 до ∞ )и разделив на начальное число ядер No, получимсреднее время жизни т радиоактивного ядра:(учтено (256.2)). Таким образом, среднее времяжизни т радиоактивного ядра есть величина,обратная постоянной радиоактивного распада λ.Активностью А нуклида в радиоактивномисточнике называется число распадов,происходящих с ядрами образца в 1 с:А=│dN/dt│= λN.