lect8nucl (Лекции Огурцова (PDF)), страница 2

Физика для студентов5. Модели атомного ядра.1. Капельная модель. Эта модель основана на аналогии междуповедением молекул в капле жидкости и нуклонов в ядре – короткодействиеядерных взаимодействий, одинаковая плотность ядерного вещества в разныхядрах (несжимаемость), свойство насыщения ядерных сил. Она трактует ядро,как каплю электрически заряженной несжимаемой жидкости, подчиняющуюсязаконам квантовой механики.Капельная модель объяснила механизмы ядерных реакций, особеннореакции деления ядер, позволила получить полуэмпирическую формулу дляэнергии связи нуклонов в ядре.2. Оболочечная модель.

В этой модели нуклоны считаются движущимисянезависимо друг от друга в усредненном центрально-симметричном поле.В соответствии с этим имеются дискретные энергетические уровни,заполняемые нуклонами с учетом принципа Паули.Эти уровни группируются в оболочки, в каждой из которых можетнаходиться определенное число нуклонов.Ядра с полностью заполненными оболочками являются наиболееустойчивыми – магические ядра, у которых число протонов Z или нейтроновN равно одному из магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.Ядра, у которых магическими являются и Z , и N , называются дваждымагическими.

Дважды магических ядер известно всего пять: с4020 Ca,4820 Ca,4162 He , 8 O ,20882 Pb .4В частности, особенная устойчивость ядра гелия 2 He проявляется в том,что это единственная частица, испускаемая тяжелыми ядрами прирадиоактивном распаде (она называется α -частицей).6. Радиоактивное излучение и его виды.Радиоактивность была открыта в 1896 г. французским физиком АнриБеккерелем при изучении люминесценции солей урана. Оказалось, чтоурановые соли без внешнего воздействия (самопроизвольно) испускалиизлучение неизвестной природы, которое засвечивало изолированные от светафотопластинки, ионизовало воздух, проникало сквозь тонкие металлическиепластинки, вызывало люминесценцию ряда веществ.

Таким же свойством210226обладали и вещества содержащие полоний 84 Po и радий 88 Ra .Обнаруженное излучение было названо радиоактивным излучением, асамо явление испускания радиоактивного излучения – радиоактивностью.Различаются естественная и искусственная радиоактивности.Естественной радиоактивностью называется радиоактивность,наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов.Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов,полученных в результате ядерных реакций.Радиоактивное излучение бывает трех типов: α -, β - и γ -излучение.Состав α -, β - и γ -лучей был установлен по их отклонению в магнитном поле.(1) α -Излучение отклоняется электрическим и магнитным полями,обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающейспособностью ( α -лучи поглощаются слоем алюминия толщиной 0,05 мм).Ядерная физика8–68–27α -Излучение представляет собой поток ядергелия – заряд α -частицы равен + 2e , а масса4совпадает с массой ядра изотопа гелия 2 He .+ B(2) β -Излучение также отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующаяспособность на два порядка меньше чем ионизирующая способность α -лучей, а проникающаяспособность, напротив, гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной 2–3 мм), чем уβ -Излучение представляет собойсвинцовый экран α -частиц.0−поток быстрых электронов −1 e ( β − распад ) илиисточник+0позитронов +1 e ( β − распад ).(3) γ -Излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями,обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большойпроникающей способностью (например, проходит слой свинца толщиной 5 см),при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию.

γ -Излучениепредставляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с−10чрезвычайно малой длиной волны λ < 10 м и, вследствие этого, ярковыраженными корпускулярными свойствами, т.е. является потоком частиц –γ -квантов (фотонов).7. Закон радиоактивного распада.Радиоактивным распадом называется естественное радиоактивноепревращение ядер, происходящее самопроизвольно. Ядро, испытывающеерадиоактивный распад, называется материнским; возникающее дочернееядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основноесостояние сопровождается испусканием γ -фотона. Т.о.

гамма-излучение –основная форма уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивныхпревращений.Самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется законурадиоактивного распадаN = N 0 exp(−λt ) ,где N 0 – число ядер в данном объеме вещества в начальный момент времениt = 0 , N – число ядер в том же объеме к моменту времени t , λ – постояннаяраспада, имеющая смысл вероятности распада ядра за 1с и равная доле ядер,распадающихся в единицу времени.Теория радиоактивного распада основывается на двух предположениях: 1)постоянная распада не зависит от внешних условий; 2) число ядер,распадающихся за время dt пропорционально наличному числу ядер. Убыль− d N числа ядер: − d N = λN d t , следовательно, закон распада получим,разделяя переменные и интегрируя выражениеdN= −λ d t .NИнтенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют двевеличины: (1) период полураспада T1 2 и (2) среднее время жизни τрадиоактивного ядра.А.Н.Огурцов.

Физика для студентовопыт Штерна и Герлаха 7-16– Фарадея 4-13– Франка и Герца 7-4орт 1-29освещенность 6-6основной закон динамикивращательного движения 1-16– – – поступательного движения 1-9– – – релятивистской 1-27ось вращения 1-3осциллятор гармонический 5-4– квантовый 7-13Ппар 2-24– насыщенный 2-24, 2-30– пересыщенный 2-24параксиальный пучок 6-3парамагнетики 4-23параметр деления 8-16парообразование 2-20паскаль 1-19перемещение 1-4– угловое 1-6p-n-переход 7-30период вращения 1-7– колебаний 5-2– полураспада 8-7периодическая система элементов(Д.И.Менделеева) 7-20, 7-32плавление 2-30плечо диполя 3-9– силы 1-16плотность 1-9– вероятности 7-8– электрических зарядов линейная3-3– – – поверхностная 3-3– – – объемная 3-3– электрического тока 3-22поверхностное натяжение 2-25поглощение света 6-20позитрон 8-6, 8-7показатель преломления 5-29– – абсолютный 6-2– – относительный 6-2поле 1-8– векторное 1-29– вихревое 4-10– однородное 3-10– потенциальное 1-22, 3-6– самосогласованное 7-25– скалярное 1-29– соленоидальное 4-10– стационарное 1-8поликристалл 2-27полимеры 2-28политропа 2-17полное отражение 6-2полосы равного наклона 6-10– равной толщины 6-11полупроводники 7-26– собственные 7-27– примесные 7-27поляризатор 6-22поляризация диэлектрика 3-14– света 6-21поляризованность 3-14поляроид 6-24постоянная Больцмана 1-32, 3-29– Вина 6-27– гравитационная 1-23, 1-32– магнитная 1-32, 4-4, 4-6– Планка 1-32, 6-28– распада 8-6– Ридберга 7-3– Стефана-Больцмана 1-32, 6-27– электрическая 1-32, 3-3постулаты Бора 7-3потенциал поля 1-24– – тяготения 1-24– электростатического поля 3-7потенциальная яма 7-10потенциальное поле 1-22поток вектора напряженностиэлектростатического поля 3-4– – магнитной индукции 4-11– жидкости 1-19– излучения 6-5– поля через поверхность 1-30потокосцепление 4-12– взаимной индукции 4-12– самоиндукции 4-12правила отбора 7-13, 7-16, 7-22правило Кирхгофа 3-28– левой руки 4-6– Ленца 4-14– правого винта 1-7, 4-2– сложения скоростей вклассической механике 1-25Предметный указатель8–268–7МНмагические ядра 8-5магнетон Бора 3-21– ядерный 8-4магнитная индукция 4-3магнитный момент 4-3– – электронов 4-20– поток 4-11макротоки 4-3масса 1-9– молярная 2-4– покоя протона 1-32, 3-2– – электрона 1-32, 3-2– релятивистская 1-26– фотона 6-31материальная точка 1-3маятник математический 5-5– пружинный 5-5– физический 5-6междоузельный атом 2-29мезоны 8-20мениск 2-26метод векторных диаграмм 5-3, 5-9– статистический 2-2– термодинамический 2-2– Юнга 6-9– определения вязкости Пуазейля 122– – – Стокса 1-22метр 1-2микротоки 4-3модуль упругости 1-18– Юнга 1-18молекула 2-2молекулярный объем 2-4моль 1-2, 2-4монокристалл 2-27момент диполя электрический 3-10– импульса 1-16– – электрона механический 4-22– – – магнитный 4-21– инерции 1-14– – главный 1-14– силы 1-15мощность 1-12– электрического постоянного тока3-25– – тока активная 5-19мюон 8-20намагниченность 4-24– остаточная 4-27направление магнитного поля 4-1– электрического поля 3-4напряжение на концах участка цепи3-24– упругое 1-18напряженность поля 1-23– – магнитного 4-4– – электростатического 3-4набла-оператор 1-23, 1-30начало термодинамики первое 2-12– – второе 2-20– – третье 2-20невесомость 1-11нейтрино 8-9, 8-20нейтрон 8-2, 8-20неравенство Клаузиуса 2-19нормальные условия 2-3нуклид 8-2нуклон 8-2ньютон 1-8Ньютона первый закон 1-7– второй закон 1-9– кольца 6-10– третий закон 1-10Ооблученность 6-6объемная плотность энергии 3-20однородность времени 1-13– пространства 1-10ом 3-24оператор Гамильтона 1-23, 1-30– Лапласа 1-31оптика 6-2– волновая 6-2– геометрическая 6-2– квантовая 6-2оптическая ось 6-3– – кристалла 6-23– сила линзы 6-4оптический резонатор 7-24– центр линзы 6-3опыт Боте 6-31– Ламмерта 2-9– Резерфорда 7-2– Штерна 2-9А.Н.Огурцов.

Физика для студентовПериод полураспада T1 2 – время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвоеN0= N 0 exp(−λT1 2 ) ,2ln 2 0,693T1 2 ==.откудаλλСуммарная продолжительность жизни d N ядер равна t d N = tλN d t .Среднее время жизни∞τ для всех первоначально существовавших ядер:∞∞111λNt d t =λN 0t exp(−λt )d t = λ ∫ t exp(−λt )d t = .λN 0 ∫0N 0 ∫00Активностью A нуклида в радиоактивном источнике называется числоdNраспадов, происходящих с ядрами образца в 1 с= λN .A=dtτ=Единица активности – беккерель (Бк): 1Бк – активность нуклида, прикоторой за 1с происходит один акт распада.