Теория, государственный экзамен (1161595), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Наблюдается резкое повышение распространенности элементов в районе железа ("железный пик").7. После A ∼ 60 уменьшение распространенности происходит болееплавно.8. Наблюдается заметное различие между элементами с четным и нечетным Z. Как правило, элементы с четным Z являются более распространенными.9. Ряд ядер, так называемые обойденные ядра - 74Se, 78Kr, 92M o, 96Ruи др., имеют распространенность на два порядка меньшую, чем соседниеядра.Для объяснения образования химических элементов в 1948 году Г.
Гамовым была выдвинута теория Большого взрыва. Согласно модели Гамовасинтез всех элементов происходил во время Большого взрыва в результате неравновесного захвата атомными ядрами нейтронов с испусканиемγ -квантов и последующим β -распадом тяжелых ядер. Однако детальныерасчеты показали, что в этой модели невозможно объяснить образованиеэлементов тяжелее Li. На начальном этапе эволюции Вселенной, примерночерез 100 с после Взрыва, при температуре ∼ 109 K в термоядерных реакциях образовались лишь самые легкие атомные ядра - изотопы водородаи гелия.D+nD+Dn + p → D + γ,D+pD+D→ t + γ,→ T + p,→ 3 He + γ,→ 3 He + n,3T +p →He + n →44He + γ,He + γ.Согласно современным представлениям образование более тяжелыхядер на этом этапе оказывается невозможным.
Более тяжелые ядра образовались лишь через миллиарды лет после Большого взрыва в процессезвездной эволюции.В 1939 году Г. Бете впервые рассмотрел CNO-цикл как один из путейобразования гелия из водорода в звездах. Особенность CNO-цикла состоитв том, что он, начинаясь с ядра углерода, сводится к последовательномудобавлению 4-х протонов с образованием в конце CNO-цикла ядра 4He.182ws :)oalexandrПоследовательность реакций, первоначально предложенная Бете и К.-Ф.Вайцзеккером, имеет вид12C + p →13 N + γ,13N → 13 C + e+ + νe13C + p → 14 N + γ,14N + p → 15 O + γ,15O → 15 N + e+ + νe15N + p → 12 C + 4 He.Ядро 12C в этом цикле играет роль катализатора синтеза ядер 4He.1.
Горение водорода, в результате этого процесса образуются ядра 4He.2. Горение гелия. В результате реакции 4He + 4He + 4He → 12C + γобразуются ядра 12C .3. α -процесс. В результате последовательного захвата α-частиц образуются ядра 16O, 20N e, 24M g, 28Si, . . .4. e-процесс. При достижении температуры 5·109 K в звездах в условияхтермодинамического равновесия протекает большое количество разнообразных реакций, в результате чего образуются атомные ядра вплоть до Feи Ni.
Ядра с A ∼ 60 - наиболее сильно связанные атомные ядра. Поэтомуна них кончается цепочка ядерных реакций синтеза, сопровождающихсявыделением энергии.5. s-процесс. Ядра тяжелее Fe образуются в реакциях последовательного захвата нейтронов. Последующий β −-распад повышает порядковыйномер образующихся атомных ядер. Интервал времени между последовательными захватами нейтронов больше периодов β −-распада.6. r-процесс. Если скорость последовательного захвата нейтронов гораздо больше скорости β −-распада атомного ядра, то оно успевает захватитьбольшое число нейтронов и лишь затем, в результате последовательной цепочки β − -распадов, превращается в стабильное ядро.
Обычно считается,что r-процессы происходят в результате взрывов Сверхновых.7. P-процесс. Некоторые стабильные нейтронодефицитные ядра (такназываемые обойденные ядра) образуются в реакциях захвата протона, вреакциях (β −,n) или в реакциях под действием нейтрино.8.
X-процесс. Механизм образования легких ядер Li, Be, B в то время небыл известен. Образовавшись в звездах, эти ядра должны были интенсивноразрушаться в реакциях под воздействием протонов. Сегодня считается,183ws :)oalexandrчто эти ядра образуются в результате взаимодействия космических лучей скосмической пылью.
(Легкие ядра образуются также на дозвездной стадииэволюции Вселенной.)184ws :)oalexandrЯдро-14. Взаимодействие частиц излучения с веществом.Что говорить конкретно не очень понятно, но прежде всего, стоит говорить о следую-щих двух вещах: 1) что такое дифференциальное сечениерассеяния:dσ =dN (Ω)J- число частиц, рассеивающихся в углы (Ω + ∆Ω), J -плотностьпотока час-тиц, dσ имеет размерность площади.
Например, в опытах Резерфорда:dN (Ω)dσ=dΩZα Zz e24Tα21sin (θ/2)42) нейтрино, которое очень трудно обнаружить, но всё же его обнаружили - его σ = 10−43 см 2.Если этого будет не достаточно, можно упомянуть про следующие вещи: Если направим на тело (монохр по энергии и по направлению) пучокчастиц, то на выходе, вследствие рассеяния на атомах вещества, мы получим размытие по энергии и по углу.Мы можем ввести следующие характеристики: R0 (путь, который проходит пучок в веществе, прежде чем число частиц упадёт вдвое) и Rэкстр(экстраполяционная длина - путь, пройдя который, пучок исчезнет вообще). В случае поглощения излучения вещест-вом верна следующая всемформула: N (x) = N (0)e−µ·x, µ - коэффициент поглощения.Для тяжелых, заряженных частиц вели-чина удельных ионизационныхпотерь:22 4−4πnZ e2me vvdE={ln() − β 2 }, β = ,22dxme vI[1 − β ]c- средний потенциал возбуждения ато-мов тормозящего вещества;концентрация электроновРадиационные потери:IddZ 3d= 4, 6 · 10−4 T(14, 6 − ln Z)−dxAэВ-смФотоны и вещество:185nws :)oalexandr1) фотоэлектрический эффект - атом поглощает фотон, возбуждаетсяи испус-кает электрон.2) эффект Комптона (фотон рассеивает-ся электроном)3) рождение электрон-позитронных пар (фотон превращается вэлектрон-позитронную пару)186ws :)oalexandrЯдро-15.
Ускорители заряженных частиц.Это чудесные устройства, позволяющие не напрягаясь получать пучки частиц с энергией от нескольких МэВ до нескольких ГэВ и интенсивностьюдо 1016 частиц в секунду. Если необходимо исследовать объект размераd, то, исходя из принципа неоп-ределённостей, нужно брать импульсы неменьше p > ~/d; Eкин p2/(2mp). Для примера: 1 фм ∼ 20 МэВ .Космические лучи для этого не подходят, ибо они слишком малой интенсивности. Типичный ускоритель состоит из:1) источник частиц2) ускоряющее устройство3) вакуумный насосОсновная деталь - ускоряющее устройст-во.1)электростатический генератор - ме-ханическим образом создаётсяразность потенциалов, ускоряющая частицы (по-зволяет добиться энергии30-40 МэВ).2)линейный ускоритель это: т.е. на пластины подаётся напряжение такое, чтобы частицы всё время ускоря-лись полем.
Соседние пластины разной полярности (энергия более 20 ГэВ).3)синхрофазотроны - частицы, посколь-ку они заряжены, под действием магнит-ного поля крутятся по кругу. Накладывая на них периодическоеэлектрическое по-ле, увеличивая его частоту - разгоняем частицы (энергияболее 300 ГэВ).4)метод встречных пучков (позволяет не тратить энергию на перемещение цен-тра масс системы): 2 пучка протонов с энергией ∼ 20 ГэВ навстречу друг другу всё равно что 1000 ГэВ .Обычно частицы разгоняются электростатическим генератором, затемих за-пускают в линейный ускоритель, а затем уже в синхрофазотрон.187ws :)oalexandrЯдро-16. Методы детектирования частиц.1) сцинтилляционные счётчики: экран, на него напылен ZnS.
Альфачастица, проходящая вблизи от напыления - возбуждает атомы, которыев свою очередь испускают фотоны, регистрируемые фотоэлектроннымиумножителями.2) полупроводниковые детекторы (аналогичны ионизационным камерам): заря-женная частица рождает в веществе ионные пары , числокоторых пропор-ционально энергии частицы и обратно пропорциональноэнергии образования пара, характерного для данного вещества (например,для полупроводников она порядка 3 эВ).
Накладывая внешнее электрическое поле, можно заставить эти ионные пары двигаться и тем самымрегистрировать их. Чтобы избавиться от шумов - всю систему охлаждаютдо температуры жидкого азота.3) пузырьковая камера: в камере сильно перегретая жидкость, перемещение час-тицы заставляет закивать жидкость, что приводит к появлениюпузырьков по пу-ти частицы. Рабочее время - несколько миллисекунд, затем надо долго восста-навливать!4) искровые камеры: условно говоря, есть конденсатор (один илинесколько), заряженный почти до пробоя. Пролет частицы через пространство между пластинами опять-таки вызывает появление пары ионов пара,что приводит к пробою конденсатора.188ws :)oalexandr.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
