просто теория (1023465), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

A/n=[Zm_p-f-(/l — Z) т„\— т_я

называется дефектом массы ядра. На эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра. Часто вместо энергии связи рассматривают удельную энергию связи 6Еп — энергию связи, отнесенную к одному нуклону.

68.Инверсная населенность.

Для того чтобы получить усиление падающей волны, нужно (обратить населенность энергетических уровней, т. е. сделать так, 'чтобы в состоянии с большей энергией Еп находилось большее число атомов, чем в состоянии с меньшей энергией Е_т. В этом случае говорят, что данная совокупность атомов имеет инверсную населенность. Согласно формуле (43.1)

Л»-^_е-(^Е«-^Е_тУ^кТ.

В случае инверсной населенности

[N„IN_m)>\ при (£_л--£"т)>р.

Распространив формально на этот случаи распределение (,43.1), мы получим для Г отрицательное значение. Поэтому состояния с инверсной населенностью называют иногда состояниями с отрицательной температурой. Изменение интенсивности света при прохождении через поглощающую среду описывается формулой

/ = /₀£~~ . (43.2) В веществе с инверсной населенностью энергетических уровней вынужденное излучение может превысить поглощение света атомами, вследствие чего падающий пучок света при прохождении через вещество будет усиливаться. В случае усиления падающего пучка явление протекает так, как если бы коэффициент поглощения и в формуле (43.2) стал отрицательным. Соответственно совокупность атомов с инверсной населенностью можно рассматривать как среду с отрицательным коэффициентом поглощения.

«испускательных» переходов, вероятность которых возрастала бы с увеличением интенсивности излучения, т. е. «испускатель-ных» переходов, вызываемых излучением. Возникающее в результате таких переходов излучение называется вынужденным или индуцированным. Исходя из термодинамических соображений, Эйнштейн доказал, что вероятность вынужденных переходов, сопровождающихся излучением, должна быть равна вероятности вынужденных переходов, сопровождающихся поглощением света. Таким образом, вынужденные переходы могут с равной вероятностью происходить как в одном, так и в другом направлении. Вынужденное излучение обладает весьма важными свойствами. Направление его распространения в точности совпадает с направлением распространения вынуждающего излучения, т. е. внешнего излучения, вызвавшего переход. То же самое относится к частоте, фазе и поляризации вынужденного и вынуждающего излучений. Следовательно, вынужденное и вынуждающее излучения оказываются строго когерентными. Эта особенность вынужденного излучения лежит в основе действия усилителей и генераторов света, называемых лазерами.

Между составляющими ядро нуклонами действуют особые, специфические для ядра силы, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. Они называются

ядерными силами.

С помощью экспериментальных данных (рассеяние нуклонов на ядрах, ядерные превращения и т. д.) доказано, что ядерные силы намного превышают гравитационные, электрические и магнитные взаимодействия и не сводятся к ним. Ядерные силы относятся к классу так называемых сильных взаимодействий. Перечислим основные свойства ядерных сил:

1. ядерные силы являются силами притяжения;

2. ядерные силы являются короткодействующими — их действие проявляется только на расстояниях примерно

10~¹⁵м.

1. ядерным силам свойственна зарядовая независимость: ядерные силы, действующие между двумя протонами, или двумя нейтронами, или, наконец, между протоном и нейтроном, одинаковы по величине.

2. ядерным силам свойственно насыщение, т. е. каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов.

3. ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов.

4. ядерные силы не являются центральными, т. е. действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.

покоя Rip = 1,6726- 10 КГ ЛМоЗбтг,

где

_ш — масса электрона. Нейтрон (п) — нейтральная

частица с массой покоя

/и„= 1,6749- Ш~" кг»183Ут«.

Протоны

и нейтроны называются нуклонами (от лат.

nucleus — ядро). Общее число нуклонов в

атомном ядре называется массовым числом А.

Атомное ядро характеризуется зарядом Z S, где е

— заряд протона, Z — зарядовое число ядра,

равное числу прогонов в ядре и совпадающее с

порядковым номером химического элемента в

Периодической системе элементов Менделеева.

Ядро обозначается тем же символом, что и

нейтральный атом: /X, где X — символ химического элемента, Z — атомный номер (число протонов в ядре), А —массовое число (число нуклонов в ядре).

Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме. Ядра с одинаковыми Z, но разными А называются изотопами, а ядра с одинаковыми А, но разными Z—изобарами. Радиус ядра задается эмпирической формулой

к = R fj Л _t

рубина. Переход 2-»-/ запрещен правилами отбора, поэтому длительность возбужденного состояния 2 атомов хрома порядка 10~³ с, т. е. примерно на четыре порядка больше, чем для состояния 3. Это приводит к «накоплению» атомов хрома на уровне 2. При достаточной мощности накачки их концентрация на уровне 2 будет гораздо больше, чем на уровне /, т. е. воз­никает среда с инверсной населенностью уровня 2.

Каждый фотон, случайно родившийся при спонтанных переходах, в принципе может инициировать (порождать) в активной среде множество вынужденных переходов 2-»-/, в результате чего появляется целая лавина вторичных фотонов, являющихся копиями первичных. Таким образом и зарождается лазерная генерация. Однако спонтанные переходы носят случайный характер, и спонтанно рождающиеся фотоны испускаются в разных направлениях.

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 длин волн; следовательно, применять их в качестве накачки невыгодно, так как используется только часть мощности лампы. Поэтому в газовых лазерах инверсная населенность уровней осуществляется электрическим разрядом, возбуждаемым газах.

74. Закон радиоактивного распада

Под радиоактивным распадом, или просто I распадом, понимают естественное радио­активное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро дочерним. Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики. Поскольку отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, можно считать, что число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до /4-d/, пропорционально промежутку времени df и числу N не распавшихся ядер к моменту времени t:

-kN At, (256.1)

получим

где λ — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается. Разделив переменные и интегрируя, т.е

75.Активность, период полураспада, ср. время жизни.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада Т1/2 и среднее время жизни т радиоактивного ядра. Период полураспада Т— время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Тогда, согласно

Откуда периоды полураспада для естественно-радиоактивных элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет.

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна (I (1ЛП - = 'kNI At. Проинтегрировав это выражение по всем возможным t (т. е. от 0 до ∞ ) и разделив на начальное число ядер N₀, получим среднее время жизни т радиоактивного ядра: — { \NI d;=— -~- \ ЛЛГ„!е-" d« =

(учтено (256.2)). Таким образом, среднее время жизни т радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада λ. Активностью А нуклида в радиоактивном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца в 1 с: А=│dN/dt│= λN. Единица активности в Си – беккерель(БК): 1 Бк – активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада.

77.Частицы и античастицы

Первые гипотеза об античастице возникала в 1928 г. Электрон и позитрон не являются единственной парой частица — античастица. Выводы релятивистской квантовой теории привели к заключению, что для каждой элементарной частицы должна существовать античастица (принцип зарядового сопряжения). Эксперименты показывают, что за немногим исключением (например, фотона и 'Я -мезона), действительно, каждой частице соответствует античастица.

Из общих принципов квантовой теории следует, что частицы и античастицы должны иметь одинаковые массы, одинаковые времена жизни в вакууме, одинаковые по модулю, но противоположные по знаку электрические заряды , одинаковые спины и изотопические спины, а также одинаковые остальные квантовые числа, приписываемые элементарным частицам для описания закономерностей их взаимодействия . До 1956 г. считалось, что имеется полная сим­метрия между частицами и античастицами, т. е. если какой-то процесс идет между частицами, то должен существовать точно такой же (с теми же характеристиками) процесс между античастицами. Однако в 1956 г. доказано, что подобная симметрия характерна только для сильного и электромагнитного взаимодействий и нарушается для слабого. Античастицы были найдены также для л -мезона, каонов и гиперонов . Однако существуют частицы, которые античастиц не имеют,— это так называемые истинно нейтральные частицы. К ним относятся фотон, Л -мезон и η-мезон.

78.Типы взаимодействий элементарных частиц

Согласно современным представлениям, в природе осуществляется четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Сильное, или ядерное, взаимодействие обусловливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает исключительную прочность этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях.

Электромагнитное взаимодействие

характеризуется как взаимодействие, в основе которого лежит связь с электромагнитным полем. Оно характерно для всех элементарных частиц, за исключением нейтрино, антинейтрино и фотона. Электромагнитное взаимодействие, в частности, ответственно за существование атомов и молекул, обусловливая взаимодействие в них положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Слабое взаимодействие — наиболее медленное из всех взаимодействий, протекающих в микромире. Оно ответственно за взаимодействие частиц, происходящих с участием нейтрино или антинейтрино (например, (β-распад, μ - распад), а также за безнейтринные процессы распада, ха­рактеризующиеся довольно большим временем жизни распадающейся частицы Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц оно пренебрежимо мало и, по-видимому, в

Истинно нейтральные частицы не способны к аннигиляции, но испытывают взаимные превращения, являющиеся фундаментальным свойством всех элементарных частиц. Можно сказать, что каждая из истинно нейтральных частиц тождественна со своей античастицей.

76. Ядерные реакции

Ядерной реакцией называется процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер). Взаимодействие реагирующих частиц возникает при сближении их до расстояний порядка 10~¹³ см благодаря действию ядерных сил.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)