Еще ответы (1120839)

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. (+)Фундаментальные частицы Стандартной модели.2. (+)Законы сохранения.3. (+)Частицы и античастицы.4. (+)Резонансные частицы.5. (+)Электромагнитные взаимодействия. Структура нуклона.6. (+)Изоспин. Изоспиновые мультиплеты.7. (+)Странность.

Рождение и распад странных частиц.8. (+)Сильные взаимодействия. Кварки. Глюоны. Цвет.9. (+)Кварковая структура адронов. Барионы. Мезоны.10. (+)Слабые взаимодействия. Промежуточные бозоны.11. (+)Слабые распады лептонов и кварков.12.(+)Состав и размер ядра. N-Z диаграмма атомных ядер.13.(+)Масса и энергия связи ядра. Формула Вайцзеккера.14.(+)Радиоактивный распад ядер. Законы радиоактивного распада ядра.15.(+)Альфа-распад. Кулоновский и центробежный барьеры.16.(+)Бета-распад. Экспериментальное обнаружение (анти)нейтрино.17.(+)Гамма-переходы в ядрах.

Электрическ и магнитные гамма-переходы.18.(+)Дейтрон - связанное состояние нейтрона и протона.19.(+)Свойства нуклон-нуклонного взаимодействия.20.(+)Мезонная теория ядерных сил.21.(+)Модель ядерных оболочек.22.(+)Одночастичные и коллективные возбуждения ядер.23.(+)Ядерные реакции законы сохранения, кинематика.24.(+)Механизмы ядерных реакций.

Прямые реакции. Составное ядро.25.(+)Деление ядер.26.(+)Пространственная инверсия. Р-четность.27.(+)Зарядовое сопряжение. Зарядовая четность. СР-инверсия.28.(+)Обращение времени. СРТ-теорема.29.(+)Объединение взаимодействий.30.(+)Нуклеосинтез во Вселенной. Ядерные реакции в звездах.31.(+)Космические лучи.

Состав и происхождение.Вопрос 12Состав и размер ядра.В 1909 г. Гейгер и Марсден (сотрудники Резерфорда) установили,что отклонение -частиц, рассеянных тонкими золотыми иплатиновыми фольгами, не согласуется с общепринятой в то времямоделью атома Томсона, которая трактовала атом как в целомнейтральную сферу размером 108 см с равномернымраспределением заряда (положительный заряд распределялся наповерхности, а отрицательные электроны – внутри). Дляразрешения проблемы Резерфорд предложил в 1911 г.«планетарную» модель атома с центральным положительнозаряженным ядром малого размера ( 1012 см).Долгое время (около 20 лет) считалось, что ядро состоит изпротонов и электронов: А протонов и А  Z электронов.

При этом,т.к. масса протона много больше массы электрона, удавалосьобъяснить не только заряд, но и массу ядра. Но были ипротиворечия, например, угловой момент (спин) ядра азот-14 ( 147 N ).Он был целочисленным (1), в то время как протон-электроннаямодель предсказывала полуцелое значение (как и для всякойсистемы из нечетного числа фермионов).В 1932 г. Чэдвик открыл нейтрон и было признано, что ядросостоит из протонов и нейтронов (Д.Д. Иваненко, Гейзенберг,Майорана). Для ядерщиков протон (p) и нейтрон (n) – двасостояния одной частицы – нуклона.

Некоторые свойства протона,нейтрона и электрона (е) даны в таблице.ЧастицаЗаряд Спин, Масса (mc2),МэВ Время жизнир+e1/2938.272 1032 летn01/2939.565885.7  0.8 се1/20.511e 4.61026 летПри описании атомных ядер используют обозначения: числопротонов Z, число нейтронов N, массовое число A (число нуклонов):A  Z  N. Ядра с одинаковым Z называют изотопами, а содинаковым А – изобарами.

Конкретное ядро (нуклид) чаще всегообозначают S , где S – химический символ элемента, или просто(A,Z). Например, изотоп алюминия, состоящий из 27 нуклонов,обозначают 1327 Аl .AZNZ-диаграмма атомных ядер.В природе существует и искусственно получено большое числонуклидов – ядер с различными Z и A. Диапазон изменений Z и A дляизвестных ядер соответственно 1118 и 1294. Всего известнооколо 3000 нуклидов, т.е. ядерный мир значительно богаче мирахимических элементов (атомов). Среди необычных искусственнополученных изотопов, такие, как 102 He , 68C , 128O и 268O .

Условно всеизвестные ядра можно разделить на 2 группы:1. Стабильные и долгоживущие (всего их 285). Долгоживущимипринято считать нуклиды с периодом полураспада t1/2  5108 лет,что обеспечивает ненулевое процентное содержание этихнуклидов в естественной смеси изотопов;2. Радиоактивные (их около 2700). Для этой категории t1/2  5108лет.На рис. приведена NZ-диаграмма стабильных и долгоживущихядер.

Каждому такому ядру соответствует точка на плоскости сосями N и Z и совокупность этих точек образует узкую полосу,называемую линией или дорожкой стабильности. Лёгкиестабильные ядра следуют линии N  Z, а для тяжёлых стабильныхядер N > Z.Добавляя к ядрам, расположенным на линии стабильности,последовательно 1, 2, 3 и более нейтронов, мы будем получать ихвсё более тяжёлые изотопы и, смещаясь от дорожки стабильностивправо, окажемся в области неустойчивых (радиоактивных) ядер,перегруженных нейтронами (их называютнейтроноизбыточными). Аналогично, добавляя к стабильнымядрам последовательно 1, 2, 3, … протона, мы будем «уходить» изобласти стабильности вертикально вверх, получая всё болеетяжёлые радиоактивные ядра, перегруженные протонами(протоноизбыточные).

Сплошная извилистая линия на NZдиаграмме ограничивает область известных нуклидов (их около3000) с учётом  2700 радиоактивных.На диаграмме пунктиром показаны линии, вдоль которых энергияотделения Bn (Bp) протона или нейтрона от ядра равна нулю(энергия отделения нуклона – это минимальная энергия,необходимая для его удаления из ядра).Bn  Bp  0 отвечаетситуация, когда добавляемый к ядру очередной нуклон уже незахватывается им и не образует нового более тяжёлого ядра. Т.е.вне линий Bn  0 и Bp  0 ядро существовать не может. Междулиниями Bn  0 и Bp  0, где расположена область нуклидов сэнергиями отделения нуклона  0, по оценкам может быть 5000 –6000 ядер. Эти числа определяют количество ядер, которое можетбыть получено искусственным путём.

Отметим, что линия Bn  0смыкается со сплошной линией в области N  40 и Z  20. Этоозначает, что в этой области практически достигнута границавозможных нейтроноизбыточных ядер. Протоноизбыточные ядраизучены значительно лучше. Линия Bp  0 смыкается со сплошнойлинией уже при N  90 и Z  80.Вопрос 13Масса и энергия связи ядра.Ядро – система связанных нуклонов.

Чтобы его разделить насоставные нуклоны, нужно затратить некую минимальную энергиюW(A,Z), называемую энергией связи ядра. ОчевидноW(A,Z)  (Zmpc2  Nmnc2)  M(A,Z)c2, где M(A,Z) – масса ядра.Энергия отделения нуклона. Как уже было сказано выше,энергия отделения нуклона BN (Bn или Bp) – это минимальнаяэнергия, необходимая для вырывания нуклона из ядра. Очевидно,это энергия наиболее слабо связанного нуклона (сидящегонаиболее высоко в ядерной потенциальной яме). Найдём энергиюотделения нейтрона Bn. Отделению нейтрона отвечает процесс(A,Z)  (A1,Z)  n.Энергия, необходимая для такого процесса, определяетсяразностью масс (в энергетических единицах) после и до процесса,т.е.Bn  M(A1,Z)c2  mnc2  M(A,Z)c2  W(A,Z)  W(A1,Z) W(1,0) W(A,Z)  W(A1,Z).

Здесь учтено, что энергия связи свободногонейтрона W(1,0)  0.Аналогично Bp  W(A,Z)  W(A1,Z1).Если отделяется сложная частица x(a,z), состоящая из несколькихнуклонов, то Bx  W(A,Z)  W(Aa,Zz)  W(a,z), где W(a,z) – энергиясвязи частицы x, уже не равная нулю.Массы определяют либо из масс-спектрометрии, либо избаланса энергий в ядерныхреакциях или распадах.Принцип действия массспектрометра показан на рис.Анализируемые ядра входят всостав атомов, которыепредварительно ионизуют.Электрическое и магнитноеполе выбираются так, чтобы ионы с различными скоростями, ноодинаковыми Z/M, попадали в одно место фотопластинки илидругого позиционно-чувствительного детектора.

Относительнаяпогрешность измерения массы 108107.Международная атомная единица массы  1/12 массы атома 12C:1u  1а.е.м.  (масса атома 12С)/12  931.494013(37) МэВ/с2  1.66053886(28)1027 кг.W(A,Z) тем больше, чембольше А. Удобно иметьдело с так называемойудельной энергией связи (энергией связи на одиннуклон)W ( A, Z ).AДля A  20 удельнаяэнергия связи   8 МэВ.Формула ВайцзеккераСходство жидкой капли и ядра основанона следующих двух пунктах:1.

В обоих случаях энергия связипропорциональна числу составляющихчастиц.2. Радиальная форма NN-потенциалав целом аналогична потенциалуЛеннард-Джонса для двух молекул.В формулу для энергии связи ядравходит ряд членов. Рассмотрим их.150100r,Фм50Объёмная энергия.Энергия связи ядра тем больше, чем больше в нём нуклонов илиобъём ядра.

Поскольку объём пропорционален А, энергию ядра впервом приближении можно записать в виде объёмной энергии Eоб avA, где av  0 – константа.Поверхностная энергия.Нуклоны на поверхности связаны менее сильно, чем внутри, таккак взаимодействуют с меньшим числом своих партнёров, чемвнутренние нуклоны.Число потерянных связей пропорционально числу нуклонов наповерхности=> площади поверхности S  4R2  4 r02 A2/3 (R  r0A1/3 –радиус ядра, r0  1.2 Фм). Т.е в формулу для энергии связинеобходимо добавить (со знаком «минус») слагаемое поверхностную энергию Eпов  asA2/3, где as  0 – константа.Кулоновская энергия.Эту энергию легко оценить для заряда, равномернораспределённого по объёму сферы с плотностью.Ze4 3R3Тогда энергия кулоновского отталкивания, уменьшающая энергиюсвязи, даётся классич электростатич энергией такогоZ (Z  1)3 Z (Z  1) 23 e2e  ac, где ac  0.72распределения Екул  51/ 35rRA0МэВ.Не учтена квантовая природа ядерной капли.

Необходимо учестьпринцип Паули (ядро состоит из фермионов, подчиняющихся этомупринципу). Вследствие этого ядра, укоторых нуклонов одного типа больше,чем другого, имеют меньшую энергиюсвязи, чем ядра с одинаковым числомпротонов и нейтронов. Это хорошовидно из рис., где показано расположение четырёх нуклонов поуровням энергий в прямоугольной потенциальной яме в некоторойусловной модели для двух случаев.Член в формуле Вайцзеккера, который учитывает стремление ядраиметь в основном состоянии симметричное расположение поуровням нейтронов и протонов (энергия симметрии), может быть(N  Z )2( A  2Z ) 2 asym. Какзаписан в следующем виде: Есимм  asymAAи должно быть, энергия симметрии возрастает при ростеотносительного числа нуклонов любого типа.

Появлениемножителя 1/А объясняется сближением нуклонных уровней сростом A. Это слагаемое должно быть добавлено в формулуВайцзеккера со знаком «минус» потому, что отклонение отсимметрии уменьшает энергию связи. Итак, для энергии связиядра в модели жидкой капли получаем2/3Z (Z  1)( A  2Z ) 2W(A,Z) = avA  asA  ac 1/ 3  asym,Aгде хорошую подгонку подэкспериментальные данные даётследующий набор констант:av  15.6 МэВ, as  17.2 МэВ, ас 0.72 МэВ, аsym  23.6 МэВ.AС помощью формулы можно описать энергию связи ядер(исключая лёгкие с А  20) с точностью  1%.

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)