lect8nucl (Лекции Огурцова (PDF)), страница 5

ħФотонМасса покоя,ед. meФотоныЗаряд, ед. eНазваниечастицыантичастицыГруппачастицы14. Эффект Мёссбауэра.Эффектом Мёссбауэра называется явление упругого испускания илипоглощения γ -квантов атомными ядрами, связанными в твердом теле, несопровождающееся изменением внутренней энергии тела (т.е. происходящеебез возбуждения квантов колебаний кристаллической решетки – фононов).При излучении или поглощении γ -кванта ядром свободного атома,вследствие закона сохранения импульса ядро атома приобретает импульс,равный импульсу излученного или поглощенного фотона, а значит икинетическую энергию – кинетическую энергию отдачи ядра ( E Я ) .Следствием этого является то, что:— при переходе ядра из возбужденного состояния с энергией E восновное, излучаемый γ -квант имеет энергию Eγ несколько меньшую,Сводная таблица элементарных частиц.Символpn~p~nΛ0Σ0Σ+Σ−Ξ0Ξ−Ω−~Λ0~0Σ~Σ+~Σ−~Ξ0~−Ξ~Ω−010740—00101836,21838,71/21/21/21/200+1+1021831/200+1023341/210+1123281/210+1123431/210+1025731/21/20+1125861/21/20+1132733/200+1Ядерная физика8–208–13взаимодействия.

Схематично, электромагнитноевзаимодействие двух заряженных частицпроисходитпутемобменамеждунимивиртуальным фотоном γ . В результатевозникает, например рассеяние электронапротоном, которое схематически изображаетсядиаграммойФейнмана(а).Аслабоевзаимодействие происходит путем обменапромежуточными векторными бозонами(W + ,W − , Z 0 )– тяжелыми±частицами со спином 1. При этом W -бозоны осуществляют взаимодействиепри котором изменяется знак заряда исходной частицы (например, бэта-распад110n → 1 pне00ν+ −10 e + 00 ν e (диаграмма Фейнмана (б)), а Z 0 -бозон – при котором знакизменяется(например,рассеяниенейтринонаэлектроне+ −10 e → −10 e + 00 ν e (диаграмма Фейнмана (в)).

Таким образом, три промежу-точных бозона и фотон являются квантами так называемых калибровочныхвекторных полей электрослабого взаимодействия.23. Элементарные частицы.У каждой элементарной частицы есть античастица, обозначается она темже символом, но с добавлением тильды над ним.00Античастицы фотона, π - и η -мезонов тождественны самим частицам.Эти частицы являются истинно нейтральными, они не способны каннигиляции,но испытываютвзаимные превращения,являющиесяфундаментальным свойством всех элементарных частиц.Элементарные частицы объединяются в три группы: фотоны, лептоны иадроны.Группа фотонов состоит из одной частицы – фотона – квантаэлектромагнитного взаимодействия.Группа лептонов состоит из электрона, мюона, электронного и мюонногонейтрино, тяжелого лептона – τ -лептона (таона), таонного нейтрино, а такжесоответствующих им античастиц.

Они участвуют только в электромагнитноми слабом взаимодействиях.К группе адронов относятся мезоны (пионы и каоны) и барионы (нуклоны(протон, нейтрон) и нестабильные частицы). При распаде бариона, наряду сдругими частицами, всегда образуется новый барион – закон сохранениябарионного заряда. Адроны обладают сильным взаимодействием, наряду сэлектромагнитным и слабым.Адроны состоят из кварков. Каждый мезон M строится из одного кваркаq и одного антикварка q~ , каждый барион B – из трех кварков qM = qq~ ,B = qqq .Число лептонов равно числу типов кварков – принцип кварк-лептоннойсимметрии.Имеются кварки шести типов, которые подобно лептонам образуют тридублета, или три поколения (u , d ) , (c, s ) , (t , b) :1) верхний (up) – u2) нижний (down) – d3) "очарованный" (charm) – cА.Н.Огурцов.

Физика для студентов15. Приборы для регистрации радиоактивных излучений и частиц.Наблюдение и регистрация радиоактивных излучений (α, β, γ ) и частицоснованы на их способности производить ионизацию или возбуждение атомовсреды.Сцинтилляционный счетчик – детектор ядерных частиц, основнымиэлементамикоторогоявляютсясцинтиллятор(кристаллофосфор,излучающий вспышки света при попадании в него частиц) и фотоэлектронныйумножитель (ФЭУ), позволяющий преобразовать слабые световые вспышки вэлектрические импульсы, которые регистрируются электронной аппаратурой.Ионизационные счетчики – заполненные газом электрическиеконденсаторы – детекторы частиц, основанные на способности заряженныхчастиц вызывать ионизацию газа, с последующим разделением продуктовионизации в электрическом поле. Если счетчик регистрирует только ионы,образовавшиеся непосредственно под действием частиц, то такой счетчикназываются импульсной ионизационной камерой.

Счетчики, в которыхосновную роль играет вторичная ионизация обусловленная столкновениямипервичных ионов с атомами и молекулами газа, в результате чего возникаетразряд в газе, называются газоразрядными счетчиками. Примергазоразрядного счетчика – счетчик Гейгера-Мюллера.Полупроводниковые счетчики – полупроводниковые диоды, прохождение через которые регистрируемых частиц, приводит к появлению электрического тока через диод.Камера Вильсона – цилиндр с плотно прилегающим поршнем, заполненный нейтральным газом. При резком (адиабатическом) расширении газстановится пересыщенным и на траекториях частиц, пролетевших черезкамеру, образуются треки из тумана, которые фотографируются.Пузырьковая камера – конструктивно похожая на камеру Вильсона изаполненная прозрачной перегретой жидкостью.

Пролетающая через камерузаряженная частица вызывает резкое вскипание жидкости, и траекториячастицы оказывается обозначенной цепочкой пузырьков газа – образуя трек,который как и в камере Вильсона, фотографируется. Эффективный объемпузырьковой камере на 2–3 порядка больше, чем у камеры Вильсона, так какжидкости гораздо плотнее газов.Ядерные фотоэмульсии – толстослойные фотографические эмульсии,прохождение заряженных частиц через которые вызывает ионизацию,приводящую к образованию скрытого изображения в эмульсии. Послепроявления следы заряженных частиц обнаруживаются в виде цепочки зеренметаллического серебра.

Для исследований высокоэнергетичных частициспользуются стопы пластинок – большое число маркированныхфотоэмульсионных пластинок, помещаемых на пути частиц и после проявленияпромеряемых под микроскопом.16. Ядерные реакции и их основные типы.Ядерные реакции – это превращения атомных ядер при взаимодействиис элементарными частицами (в том числе и с γ -квантами) или друг с другом.Символически реакции записываются в виде:X + a →Y +b,илиX ( a , b) Y ,где X и Y – исходное и конечное ядра, a и b – бомбардирующая ииспускаемая (или испускаемые) в ядерной реакции частицы.Ядерная физика8–148–19В любой ядерной реакции выполняются законы сохраненияэлектрических зарядов и массовых чисел: сумма зарядов (и массовых чисел)ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (и суммемассовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) реакции.

Выполняютсятакже законы сохранения энергии, импульса и момента импульса.Ядерные реакции могут быть как экзотермическими (с выделениемэнергии) так и эндотермическими (с поглощением энергии).Ядерные реакции протекают в несколько этапов. На первом этапеналетающая частица застревает в ядре-мишени, образуя составное ядро иликомпаунд-ядро, и ее энергия передается не какому-либо нуклону, аравномерно распределяется между всеми частицами составного ядра, так чтони одна из них не получает энергии, достаточной для вылета из ядра.Составное ядро рассматривается как возбужденная статистическая системачастиц, совершающая неупорядоченные движения, подобные движению частицв капле жидкости.

В результате случайных отклонений от равномерногораспределения энергии возбуждения между частицами составного ядра накакой-либо одной из них концентрируется энергия, достаточная для вылетаэтой частицы из ядра. Этот второй этап ядерной реакции происходит по78истечении времени (10 ÷ 10 ) ⋅ τ Я после первого этапа, где τ Я – характер−22ное ядерное время (~ 10 c) .Схема ядерной реакции с образованием компаунд-ядра:A1Z1 XA1Z1 X –Aядро, Z3 C3где+a→A2Z2 Y→A3Z3 C + b ,исходное ядро-мишень, a – налетающая частица,A2Z2Y– составное– ядро – продукт ядерной реакции, b – частица, вылетевшая из ядрав результате реакции.Если a ≡ b , то происходит рассеяние частицы ядром: упругое – приEb = Ea , неупругое – при Eb ≠ Ea .