PDF-ответы на вопросы к экзамену (1120821)

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

Текст из файла

Частицы и атомные ядраосновные вопросы по курсу1.Состав и размер ядра. N-Z диаграмма атомных ядер.Атомное ядро открыто в 1911 г. Эрнстом Резерфордом в результате анализаопытов по рассеянию α‐частиц на тонких золотых и платиновых фольгах в 1909 годуАтомное ядро состоит из нейтронов и протонов (т.е. нуклонов, имеющих разнуютретью проекцию изоспина).ЧастицарnЗаряд+e0Масса (mc2),МэВСпин, 1/21/2938.272939.565Время жизни 1032 лет885.7  0.8 сПлотность заряда ядра описываетсяраспределением Ферми.Величину R, являющуюся радиусомзарядовой полуплотности, называют радиусомядра.ФмПри аппроксимации ядра сферойоднородной плотностимИзвестные ядра:Стабильные и долгоживущие (285) Стабильных ядер 261; долгоживущимипринято считать нуклиды с периодом полураспадалетРадиоактивные (3200)летВозможное количество ядер приблизительно 6000-6500.Сверху NZ-диаграммаограничена энергией отделенияпротона, снизу – нейтрона (Вn иBp равны нулю, когда очереднойнуклон уже не захватывается иболее тяжелое ядро не образуется).Долина стабильности(по Вайцзеккеру)Ядра с одинаковым Z –изотопы, ядра с одинаковым А –изобары.2.Масса и энергия связи ядра.

Формула Вайцзеккера.Ядро – система связанных нуклонов. Минимальная энергия, которую нужнозатратить, чтобы его разделить на нуклоны – энергия связи ядра:– масса атомного ядра (определяется из масс-спектрометрии, либо из балансаэнергий). Единица массы – атомная единица массы, равная 1/12 массы атома 12С ≈1,67*10-27кгсвВ модели Вайцзеккера ядро рассматривается как сферическая капля несжимаемойзаряженной ядерной жидкости радиуса.Первый член представляет объемную энергию ядра. Энергия связи тем больше, чембольше нуклонов или объем ядра ()Второй член – это поверхностная энергия ядра.

Эта энергия пропорциональнаплощади поверхности. Она будет уменьшать полную энергию связи, так как нуклоны,находящиеся на поверхности имеют меньше соседей, чем внутренние частицы.(ппТретий член в энергии связи обусловлен кулоновским взаимодействием протонов.В капельной модели предполагается, что электрический заряд протонов равномернораспределен внутри сферы радиуса радиуса.Четвертый член в формуле учитывает энергию симметрии ядра, которая отражаеттенденцию к стабильности ядер с N = Z (по принципу Паули в одинаковом состоянии– на одном энергетическом уровне – могут находиться лишь нуклоны разного типа,значит, нуклоны одного типа уменьшают энергию связи, так как заполняют болеевысокие уровни). Появление множителя 1/А связано со сближением уровней по мереувеличения А.еДолина стабильностиеее(минимум по Z суммы 3го и 4го членов)Пятый член учитывает эффект спаривания нуклонов одного типа, находящихся наодном энергетическом уровне.

С точки зрения эффекта существуют три типа ядер:четно-четные (все нуклоны спарены, энергия эффекта максимальна, δ=+34МэВ),нечетно-нечетные (по одному нуклону каждого типа не спарены, энергия эффектанаименьшая, , δ=-34МэВ)нечетные (промежуточный случай, по договоренности Е=0, δ=0)3.Радиоактивный распад ядер. Законы радиоактивного распада ядра.Способность ядер самопроизвольно распадаться, испуская частицы, называетсярадиоактивностью. Процесс распада – по своей природе процесс статистический.Виды распада:1.2.альфа-распадбета-распад3.4.5.6.гамма-распадспонтанное делениеиспускание нуклонаиспускание кластера ( ядра от 12C до 32S)Необходимое условие распада.

Энергия распадаПостоянная распада λ - вероятность распада ядра в единицу времени.Если в образце в момент времени t имеется N радиоактивных ядер, то количествоядер dN, распавшихся за время dt пропорционально N:закон радиоактивного распадаСреднее время жизниПериод полураспада T1/2 - время, за которое первоначальное количестворадиоактивных ядер уменьшится в два раза:Активность A - среднее количество ядер распадающихся в единицу времениАктивность измеряется в кюри (Ки) и беккерелях (Бк)1 Ки = 3.7·1010 распадов/c,1 Бк = 1 распад/c.В случае двух частиц в конечном состоянии кинетические энергии продуктовопределены однозначно. Если частиц в конечном состоянии больше двух, спектрыпродуктов имеют непрерывный характер4.Альфа-распад. Кулоновский и центробежный барьеры.Альфа-распад - распад атомных ядер, сопровождающийся испусканием альфачастиц (ядер 4He).Большинство альфа-радиоактивных изотопов расположены в в области тяжелыхядер (Z > 83).

Это обусловлено тем, что альфа-распад связан с кулоновскимотталкиванием, которое возрастает по мере увеличения размеров ядер быстрее (какZ2), чем ядерные силы притяжения, которые растут линейно с ростом массовогочисла A.Условие распада:где M(A,Z) и M(A-4,Z-2) - массы покоя исходного и конечного ядерсоответственно, Mα - масса альфа-частицы.Энергия распада:сЭнергии -частиц – 2-9 МэВ, периодыполураспада – от  108 с до  1019 лет.Основная часть энергии -распадауносится -частицей.Вероятность распада, где– частота появления на границе,P – вероятность покинуть ядро.R0Pe 2  2[V (r )T ]drRвероятность туннелирования в потенциалеядра и кулоновского поля (формулаГамова)t1/ 2 ln 22R 0.693 . периодwPполураспада для кулоновского потенциалаА ,Тlg t1/ 2 закон Гейгера-НеттолаA=120-160, B=50-55, t1/2 в секундах, Ta – в МэВ.Центробежная энергия препятствует вылету частицы из ядра, т.е.

создаетдополнительный барьер. Однако он пренебрежимо мал для альфа-частицы..врврL- орбитальный момент. При Ткин Твр частица может преодолетьцентробежный барьер за счет туннелирования, унося орбитальный момент L.ероятность эффекта тем меньше, чем больше L.Бета-распад. Экспериментальное обнаружение (анти)нейтрино.5.Бета-распад - спонтанное превращение ядра (A,Z) в ядро-изобар (A,Z+1) врезультате испускания лептонов (электрон и антинейтрино, позитрон и нейтрино),либо поглощения электрона с испусканием нейтрино (е-захват).

За бета-распадответственно слабое взаимодействие.В процессе бета-распада выделяется энергия:е зяяяяя--распад,+я-распад,е-захват,Спектры продуктов при --распад ираспадов непрерывны, при e-захватедискретны.кэ+-эслетНепрерывность -спектров натолкнулаПаули в 1930 г. на идею о существованиинеизвестной нейтральной частицы сполуцелым спином и очень малой массой,уносящей часть энергии.

Ферми назвал еенейтрино.Нейтрино очень слабо взаимодействует с веществом. Его пробег в твёрдой средесоставляет 1015км.В 1956 г. Райнесу и Коуэну удалось экспериментально обнаружить нейтриноМишени – 2 бака с раствором CdCl2+H2O; детекторы – три бака с жидкимводородосодержащим сцинтиллятором, окруженные 110 ФЭУЭффективное сечение взаимодействия антинейтрино с протоном= 10-43см2=10-19барнГамма-переходы в ядрах.

Электрические и магнитные гамма-переходы.6.Возбужденное ядро может испустить -квант,переходя в состояние с меньшей энергией (-распад). Вобратном процессе ядро, поглотившее -квант,переходит в состояние с большей энергией. Ядерныесостояния имеют определённые значения спина (J) ичётности (P). Поэтому -переходы между ними такжеимеют определённые J(P).Законы сохранения полного момента количества движения и чётности требуют,чтобы J f  J i + J  или |Ji  Jf|  J  Ji  Jf,Pf  Pi  P , или P  Pi  Pf.Полный момент количества движения фотона J  1 (дипольный), 2(квадрупольный), 3 (октупольный), ...

. S  (J)min  1 – спин фотона.Полный момент фотона J   S  L . Для фиксированного J фотона L  J  1, J.Внутренняя чётность фотона отрицательна (как кванта векторного поля). Полнаячётность фотона P  (1)L  (1)L+1.Для фотонов с определённым J имеем разные L и, следовательно, разные чётности(опускаем индекс  у чётности фотона)L  J,P  (1)J +1  магнитные (MJ) фотоны;L  J  1, P  (1)J  электрические (EJ) фотоны.Правила отбора по чётности:PiPf  (1)J для EJ-фотонов и PiPf  (1)J +1для MJ-фотонов.Так как J  1, переходы 0  0 с испусканием или поглощением одного фотоназапрещены.Длинноволновое приближение.

Можно показать, что в этомслучаеw(MJ )  (kR)2 << 1,w( EJ )w(MJ  1) w( EJ  1)  (kR)2 << 1.w( J )w( EJ )Переходы с E  10 МэВ отвечают условиюэнергией 10 МэВ. Действительно, для фотона с c 20 м2 EДаже для ядер с A  200, у которых R  1.2A1/3 Фм  7 Фм, имеем   R.7.Дейтрон - связанное состояние нейтрона и протона.Дейтрон - ядро, состоящее из одного протона и одного нейтрона. Изучая свойстваэтой простейшей ядерной системы можно подобрать потенциал, описывающийсвойства нуклон-нуклонного взаимодействия.Характеристики дейтронаМасса 1875.6 МэВ/c2Энергия связи 2.224 МэВСпин-четность 1+Магнитный момент 0.85742μNЭлектрический квадрупольный момент 0.282 Фм2Радиус дейтрона Rd = 4,3 Фм (как у ядра с А=45).Параметр деформации дейтрона =0,19Так как спин и четность дейтрона 1+, нуклонымогут находиться в s-состоянии (L = 0 + 0), а ихспины должны быть параллельны.

Отсутствие удейтрона связанного состояния со спином 0 (тогдаL=J=1 и четность была бы отрицательной, что ненаблюдается), говорит, что ядерные силы зависятот спина. Нуклоны с сонаправленными спинами взаимодействуют сильнее.Магнитный момент дейтрона в S-состоянии μ(S)= μ p+ μ n = 0.8796 μN, близок кэкспериментальному значению. Различие можно объяснить небольшой примесью Dсостояния (L = 1 + 1).Наличие примеси D-состояния и квадрупольногомомента у дейтрона свидетельствуют о нецентральномхарактере ядерных сил.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов ответов (шпаргалок)