Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 112
Текст из файла (страница 112)
Вычислите максимальную потерю энергии нейтропом при соударении с протоном, ядром углерода и ядром свинца. 42. При столкновении с протоном иейтрон теряет ту нли иную долю своей энергии в зависимости от характера столкновения (лобовое, боковое). В срванвл в результате одного соударения с покоящимся протоном энергия нейтрона уменьшается вдвое. Найдите среднюю энергию нейтрона после л соударений с протонами. 43. Найдите среднее число соударений с протонами, необходимое для уменьшения энергии нейтрона от 1 МэВ до 1 эВ (см. Упражнение 42). 44. Три одинаковые пластинки серебра облучались нейтронами при одинаковых Условиях, но продолжительность облучения была разной; ! мии, 1 ч, 1 сут, Измерения активности е)'еа Ая с перио- ") См. примечание па с.
530. .1Я Элементарный учебннк Фнеякн, т. зг! дом полураспада 2,3 мин показали, что активность второй пластинки в несколько раз больше активности первой, а активность третьей пластинки равна активности второй. Объясните этот результат. 45. В камере Вильсона, перегороженной твердой пластинкой, замечен след частицы, пересекающей пластинку (рис. 4!3).
В какую сторону движется частица? Каков знак ее заряда, если силовые линии магнитного поля направлены на яас. ! ! !П Рис. 4!3. К упражнению 45. След зариженной часпщы в камере Вильсона. Част!г!га пересекла пластинку Г!. Камера помещалась в м.ггни гном поле, линни которого направлены на нас 46. Почет!у радиоа!ливиые вещества, получаемые бомбардировкой усюйчивых ядер ц-частицами, испытывают элекгроиный распад, если в исходной реакции выделяюгся протоны, и позитронныи распад, если в исходной реакции выделяются нейтроны" 47.
Определите минимальную энергию у-квантов, необходимую для расщепления ядер берпллня к углерода по реаьшгям ~еВе+у — е 2зНе+л, ~а~С+у 3тНе, Значения масс участвующих в реакциях частиц см. в таблице на с. 560. 48. Ядро азН, нспуская гх-частицу с энергией 4,2 МэВ, преврааза 234 азу щается в ядро,еТ!ь Определите массу атохга,еуй, если масса атома евЬ' равна 238,!249 а.
е, м. Масса атома зНе приведена эзе г на с. 560. 528 49. Наилучшая точность, с которой измерена масса атома нлн молекулы, составляет одну миллионную долю а. е, м. (0,00000! а. е. м.). Можно ли при этих условиях использовать закон Эйц штейна для расчета выделения энергии при х и и и ч е с к и х реакциях по измеренным значениям масс участвующих в реакции частиц (выделение энергии при химических реакциих не превышает 10 эВ)й 50. Какие частицы — позитроны или электроны — будут испускать осколки деления ' ЧА если одним из них является " Ва? (Природный барий состоит из изотопов с массами от 130 до !38 а.
е, м., природный криптон состоит из изотопов с массами от 78 до 86 а. е, и.) 51. Найдите мощность реактора, в котором делится 1 г змБ в сутки. Полное выделение энергии при делении одного ядра зз% принять равным 185 МэВ. 52. Кинетическая энергия осколков деления составляет 160 МэВ; энергия нейтронов деления — 5 МэВ; энергия ()-излучения— 1О МэВ. Какая приблизительно доля энергии, освобождаемой в реакторе, состоящем из замедлителя и тонких стержней урана, выделяется в уране и какая в замедлителей 53. В каком случае критическая масса урана в реакторе меньше. когда реактор граничит с воздухом илнг когда ои окружен плотным веществом, слабо поглощающим нейтроны? 54. Из числа вторичных нейтронов, испускаемых прн делении урана в реакторе, одна часть гибнет, не вызвав новых делений (вылетает за пределы реактора или захватывается ядрамк материалов реактора), другая часть вызывает новые деления ядер урана. Число новых делений, производимых вторичнымн нейтронамв, яспущенными прн делении одного ядра урана, называется коэффициентом раакноження реактора (/г).
Коэффициент размножения показывает, во сколько раз возрастает число делений за время жизни одного поколения нейтронов. Как изменяется со временем мощность реактора, если: а) й) > 1, б) /г=-1, в) й<!1 55. В среднем при делении одного ядра урана испускается 2,5 вторичных нейтрона. В реакторе атомной электростанции захват, ие приводящий к делению, испытывают 50',4 всех нейтронов деления. Определите долю нейтронов делении, вылетающих нз этого реактора наружу, если реактор работает с постоянной мощностью. 56.
Среднее время жизни одного поколения нейтронов в реакторе равно 0,1 с, коэффициент размножении равен 1,005. Определите время / в течение которого мощность реактора возрастает от 10-' до ! О' Вт. 57. По нефтепроводу качают бензин, а вслед за ним нефть. Предложите способ, как определить момент, когда через данное сечение трубопровода проходит граница раздела бензина н нефти. Пробу из трубопровода не брать. Г л а в а ХХЧ.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ *) В 230. Общие замечания. Изучая строение вещества, мы убеждаемся, что все многообразие известных нам тел построено в конечном счете из комбинаций трех типов мельчайших частиц — протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны, группируясь, дают атомные ядра. Атомные ядра совместно с электронами образуют атомы, атомы сочетаются в молекулы и т.
д. При современном состоянии науки н е и з в е с т в о, являются ли электрон, протон и нейтрон простейшими, неразложимыми далее частицами, или же они, подобно атомам, построены из других (неизвестных еще) более фундаментальных частиц. Такие частицы, относительно которых нет доказательств, что они являются составными. принято называть элежентарныл!и частицалттт. Помимо электрона, протона и нейтрона известны и другие элементарные частицы.
К нх числу прежде всего следует отнести электромагнитные кванты (фотона!). Фотоны не входят непосредственно в состав атомов, молекул и т. д., но играют в природе важ- *) За полтора десятилетия, прошедшие со времени написания этой главы, в физике элементарных частиц произошли очень большие изменения, н приведенные здесь материалы оказались далеко неполными. Поэтому редакция сочла необходимым, ограничившись лишь минимальными уточнениями в самой гл. ХХт', дополнить ее небольшой новой гл. Х ХН!, в которой в сжатой форме отражено новейшее развитие этого важного раздела современной физики.
В главах Ххч' и ХХ ч!, в отличие от остальных частей «Элементарного учебника», используются единицы, принятые в научной литературе по элементарным частицам; единицей длины является 1 см или 1 ферми (!О " см), единицей энергии — 1 эВ (1 кэ — 10' эВ, 1 МэВ--!оч эВ, 1 ГэВ=! 0' зВ, 1 ТэВ=10 з эВ). Массы н нину тьсы измеряются в энергетическихх единицах, т.е., например, масса и=1 ГэВ1сз означаеттакуюмассу, для которой энергия покоя шс' — -1 ГэВ.
Злектрическнй заряд измеряется в единицах элементарного заряда: е--1,602 1О 'е Кл. Постоянная Планка в выбранных единицах а=4,136 1О зч 1эВ с. Приведем переводные множители в С)4: энергия 1 ГэВ=1,602 1О-те Дж; импульс 1 ГэВ)с=5,35 10 та кг м/с!масса 1 ГэВ)се=!,783 1О-аз кг=1,0?4а. е, м, 560 ную роль в качестве агентов, передающих энергию от одних частиц или тел к другим. В отношении свойств между электронами, протонами и нейтронами, с одной стороны, и фотопамн, с другой, имеется различие, но, как мы видели в Я 209, 223, 224, существует и глубокое единство. Это заставляет нас считать фотон одним нз видов элементарных частиц.
Далее, к элементарным частицам относятся позитрон и нейтрино. Позитрон — двойник электрона, отличающийся от него только знаком электрического заряда. Мы сталкиваемся с позитронамн в явлениях искусственной радиоактивности и взаимодействия жестких у-квантов с веществом (образование пар электрон — позитрон, см. 5 223). Нейтрино — нейтральная частица, излучаемая одновременно с эчектронамн или позитронами при 11-распаде атомных ядер. Свойства нейтрино будут рассмотрены далее.
Наконец, в ядерных реакциях, вызываемых частицами н у-квантами очень больших энергий (сотнн миллиглюв и миллиарды электронвольт), наблюдается образование так называемых мезонов и других частиц, причисляемых к элементарным, с которыми мы познакомимся в й 232 — 234. При анализе свойств элементарных частиц прежде всегобросаетсяв глаза,что элементарные частицы отнюдь не являются неизменяемым и; они испытывают взаимные превращения, переходя друг в друга. Так, у-квант при определенных условиях превращается в пару электрон — позитрон согласно реакции у- е +е'.
(230. 1) Эту реакцию нельзя толковать в том смысле, что у-квант с о с т о и т из электрона и позитрона. Если было бы так, то электрон и позитрон должны были бы объединяться в о д и н у-квант; в действительности же при аннигиляции электрона и позитрона испускаются д в а у-кванта. Следовательно, реакция (230.1) не есть реакция разложения сложной частицы па составные части, а есть реакция п р е в р ащ е и и я одной элементарной частицы (у-кванта) в другие (электрон и позитрон), Другим примером взаимного превращения элементарных частиц является 11-распад нейтрона (й 221) и — р+е +ч. (230. 2) Нейтрон самопроизвольно превращается в протон (р), электрон (е ) и нейтрино (ч).
Во многих ядрах наблюдает- ся обратный процесс — превращение протона в нейтрон, И1 позитрон и нейтрино а): р — и+ е++ м. (230. 3) Так как протон переходит в нейтрон, а нейтрон в протон, то это значит, что обе частицы одинаково простые. Как уже отмечалось в 2 225 применительно к атомным ядрам, электроны и йозитропы образуются в процессе ()-распада, а не содержатся заранее в составе нейтрона или протона, Способность элементарных частиц к взаимным превращениям указывает на сложность их внутреннего строения, Этот вывод подтверждают и другие факты. В качестве примера рассмотрим вопрос о магнитном моменте нейтрона Опыты показывают, что электрон, протон, нейтрон, как и многие другие частицы, являются миниатюрными вращающимися волчками, или, как говорят, обладают спином а).
Хотя спин — это свойство, сходное с вращением вокруг оси, проходящей через центр масс частицы, полной аналогии здесь нет — спиновое вращение, например, нельзя ускорить или замедлить, Особенности свойств спина обусловлены волновой природой частиц. Вращение электрически заряженной частицы приводит к появлению кругового тока, который придает частице свойства магнитика (см. том 11).
И действительно, известны многочисленные проявления магнетизма электронов и протонов. Так, например, столь широко используемая в технике способность железа намагничиваться является следствием спиновога магнетизма электронов. Магнетизм протонов гораздо слабее, но также получил практические применения. Более удивительно, что и н е й т р о н о б н а р уж и в а е т свойства магнитика Это означает, что в нейтроие содержатся электрич е с к и е з а р я ды, Так как в целом нейтрон не заряжен, алгебраическая сумма положительного и отрицательного заряда равна нулю. Но если заряды двух знаков расположены на разных расстояниях от оси вращения, то магнитные поля, создаваемые их движением, компенсироваться не будут, и нейтрон будет намагничен. ") Масса покоя протона меньше суммы масс покои нейтрона и познтрона (массон покоя нейтрино можно пренеоречь, см, й 23().
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
