1598082858-6569a6dfdd5f5256840e639f93a97b0b (805659), страница 50

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

Текст из файла (страница 50)

Общий вид уравненияα-распада:AZX  AZ42Y  42He .α-частицы испускают только тяжёлые ядра (Z > 82).ПРИМЕРα226Th 88 Ra8104 лет23090379Кинетическая энергия α-частиц Wкα ~ 1 МэВ.WЭнергетический спектр α-частиц, испускаемыходним изотопом, дискретен: Wкα = Wкα1, Wкα2, …,UCтак как дочерние ядра образуются в различныхвозбуждённых состояниях.α-распад обусловлен сильным взаимодей- Wкαствием.Покидая ядро, α-частица преодолевает потен0циальный барьер (РИС. 48.3), высота которогобольше её кинетической энергии: UC > Wкα.α-распад происходит благодаря туннельномуэффекту.r0r7.2.3. Бета-распадРис.

48.3β-распад – самопроизвольный процесс, в котором материнское ядро превращается в дочернее ядро с тем же массовым числом, но с зарядовым числом, отличающимся от исходного на ±1.1. Электронный β-распадПри электронном β-распаде из ядра вылетает электрон (и электронное антинейтрино), а заряд ядра увеличивается на единицу:AZX  Z A1Y  10e  νe .ПРИМЕР9038β90Sr 39Y28,8 лет2. Позитронный β-распадПри позитронном β-распаде из ядра вылетает позитрон (античастица электрона)и электронное нейтрино, а заряд ядра уменьшается на единицу:AZX  Z A1Y  10e  νe .ПРИМЕР1910βNe  199 F17,4 с3.

K-захватK-захват – захват ядром электрона K-оболочки (оболочки с главным квантовымчислом n = 1):AZX  10e  Z A1Y  νe .ПРИМЕР74K -захватBe  73 Li53,3 с380НаРИС.48.4 представлен график экспериментальной зависимости плотности расdNпределения β-частиц по энергиямW  . Эта зависимость (в отличие от α-расdWпада) непрерывна, так как в результате распада образуются не две частицы, а три– дочернее ядро, электрон (позитрон) и антинейтрино (нейтрино). Максимальнаяэнергия вылетающей β-частицы (электрона или позитрона)Wmax   mX  mY  c2 ,где mX и mY – массы материнского и дочернего ядер соответственно.0WmaxWРис. 48.4β-распад – внутринуклонный, а не внутриядерный процесс, обусловленный слабым взаимодействием.

β-распад сводится к следующим процессам:электронный β-распад – распад нейтрона: n  p  e  νe ;позитронный β-распад – распад протона: p  n  e  νe ;K-захват: p  e  n  νe .7.2.4. Гамма-радиоактивностьγ-радиоактивность – испускание γ-квантов ядром в возбуждённом состоянии при переходе ядра в основное состояние.Энергетическая диаграмма показана на РИС. 48.5.Энергия испускаемых γ-квантов Wγ = 10 кэВ ÷ 5 МэВ. Спектрγ-излучения – дискретный.Существуют и другие виды радиоактивности: спонтанное деление, протонная, кластерная радиоактивность.Xα, βγY*YРис.

48.57.2.5. Радиоактивные рядыВозникающие в результате радиоактивного распада ядра сами могут быть радиоактивны, их продукты распада также радиоактивны и т. д.: происходит целый рядрадиоактивных превращений.В природе имеют место 3 радиоактивных ряда (семейства):23892– ряд урана,U  20682 Pb– ряд тория,Th  20882 Pb2329023592– ряд актиноурана.U  20782 Pb381Все эти ряды заканчиваются на разных стабильных изотопах свинца; они приведены целиком в ТАБЛ. 48.2. Также там представлен радиоактивный ряд, начинающийся на искусственном химическом элементе – нептунии:23793– ряд нептуния.Np  20983 BiТаблица 48.2382Лекция 497.3. Ядерные реакцииЯдерная реакция – процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром, сопровождающийся преобразованием ядер.

Общий вид уравнения ядерной реакции:a  X  b  Y или X  a, b Y .Налетающая частица a и испускаемая частица b – это, чаще всего, n, p, d (дейтрон –ядро дейтерия), α, γ. Ядерная реакция может идти по нескольким каналам с разными вероятностями.Ядерные реакции обусловлены сильным взаимодействием.7.3.1. Выход ядерной реакцииЭффективное сечение реакции σ – площадь сечения исходного ядра X, попадя вкоторую, налетающая частица вызывает реакцию;[σ] = барн = 10–28 м2.Если мишень тонкая, т. е. ядра не перекрывают друг друга, то доля площади S миσnSшени, перекрытая ядрами X, равна, где n – число ядер на участке мишени едиSничной площади.

В этом случае вероятность реакции – выход реакцииPΔN σn ,Nгде N – число ядер мишени, ΔN – число прореагировавших ядер.Если мишень не тонкая, тоP  1  e σn .7.3.2. Типы ядерных реакций1. Реакции, вызываемые медленными частицами:2.a  X  C*  b  Y ,C* – составное (промежуточное) ядро. Ядро C* находится в возбуждённом состоянии, его время жизни τ ~ 10–14 с.Реакции, вызываемые быстрыми частицами (энергия налетающей частицы Wα≥ 102 МэВ):a X b Y .Это прямые реакции.ПРИМЕРСинтез трансурановых химических элементов23892ββαU 10 n  239 239 239 23592 U 93 Np 94 Pu 92 U .23 мин2,3 сут2,4104 летЗдесь имеет место резонансный захват нейтрона.7.3.3.

Энергия ядерной реакцииПрименим к ядерной реакции закон сохранения энергии:383W0  Wк  W0  WкэнергияисходногоядраЭнергия реакциикинетическаяэнергияналетающейчастицыэнергияконечногоядракинетическаяэнергияиспущеннойчастицыQ  W0  W0  Wк  Wк ;X  a, b  Y  Q .Экзоэнергетическая реакция –реакция, протекающая с выделением энергии:Q > 0.Эндоэнергетическая реакция –реакция, протекающая с поглощением энергии:Q < 0.Выразим энергию реакции через массы частиц, участвующих в реакции, и их дефекты масс: ma  mX    mb  mY   c 2 ,Q2  Δa  Δ X    Δb  Δ Y   c .7.3.4.

Реакция деления атомного ядраЭто реакция 1-го типа – ядро проходит через ряд промежуточных состояний.На исходное ядро налетает нейтрон и оно разделяется на два осколка с испусканием двух нейтронов:23592941(один из каналов),U  01n  14055Cs  37 Rb  20 n  QQ  200 МэВ .При одном налетающем нейтроне образуются два. Если имеются другие исходныеядра, то возможна цепная реакция с лавинообразным нарастанием числа нейтронов (РИС. 49.2).Пусть имеется образец радиуса R, изготовленный из делящегося материала.

Так как числовыходящих из образца нейтронов пропорционально площади его поверхности (R2), а числорождающихся нейтронов пропорциональнообъёму образца (R3), то существует некоторыйкритический радиус Rкр, а также критическаямасса mкр: при R > Rкр (m > mкр) начинается цепная реакция.Для 235критический радиус Rкр = 6 см, крити92 Uческая масса mкр = 20 кг. Такой образец изобраРис. 49.1жён на РИС.

49.1.При превышении этих параметров происходит неуправляемая реакция деления,т. е. ядерный взрыв.Для осуществления управляемой реакции нужно поддерживать число нейтроноввнутри образца постоянным. Это осуществляется путём ввода внутрь зоны, где3843-е поколениенейтронов2-е поколениенейтронов1-е поколениенейтроновпроисходит реакция деления, поглотителей, изготовленных из материала с высоким сечением реакции захвата нейтрона (например, кадмия).Рис.

49.27.3.5. Реакция синтеза атомного ядраРеакция (термоядерного) синтеза – слияние лёгких ядер в одно ядро.1. Протон-протонный цикл11p  11 p  12d  10e  00 νe ,d  11 p  23 He  γ ,2132He  32 He  42 He  211 p .2. Углеродно-азотный цикл126137C  11 p  137 N  γ ,N  136 C  10e  00νe ,136C  11 p  147 N  γ ,147N  11 p  158 O  γ ,385158O  157 N  10e  00 νe ,157N  11 p  126 C  42 He .Результат обоих этих циклов – превращение четырёх протонов в ядро гелия с рождением двух позитронов и γ-излучения. На одно ядро гелия выделяется энергияQ = 26,8 МэВ. Именно за счёт энергии, высвобождающейся при таких термоядерныхреакциях, светят звёзды.Другие реакции синтеза21D  31T  42 He  11n  Q , Q = 17,4 МэВ(49.1)– эту реакцию предполагается использовать для получения энергии при управляемом термоядерном синтезе;2121D  12 D  31T  11 p  Q ;D  12D  23He  01n  Q .Реакция синтеза протекает в плазме.Требования к осуществлению реакции синтеза1.

Достижение минимальной температуры2. Достижение минимального значения величины nτ, где n – концентрация исходных частиц, τ – время удержания плазмы.Для реакции (49.1) nτ > 1016 м–3∙с, T > 108 К.386Лекция 507.4. Элементарные частицы847.4.1.

Классификация элементарных частицЭлементарные частицы – частицы, проявляющие себя как бесструктурные.Элементарные частицыисточники взаимодействийлептоныe– , νeµ, νµτ, ντпереносчики взаимодействийадроныбарионынуклонмезоныгипероныПримеры всех типов частиц приведены в ТАБЛИЦАХ 50.1, 50.2, 50.3.7.4.2. Фундаментальные взаимодействияСм. ТАБЛИЦУ 1.1.7.4.3. АнтичастицыКаждой элементарной частице соответствует своя античастица. Античастица отличается от частицы только знаками зарядов (электрического, лептонного, барионного, странности и т. д.).

Масса, спин и время жизни частицы и античастицы одинаковы.Истинно нейтральная частица – частица, которая совпадает со своей античастицей.ПРИМЕРЫФотон γ, π0-мезон, η0-мезонАннигиляция – превращение пары частица-античастица в истинно нейтральныечастицы. Обратный процесс – рождение пары.Процессы аннигиляции и рождения пары происходят с соблюдением законов сохранения.ПРИМЕРРеакция аннигиляции электрона и позитронаe   e   2γ .7.4.4.

Взаимодействие частиц. Фейнмановские диаграммыВсе процессы сводятся к испусканию, распространению и поглощению реальных ивиртуальных частиц.В этом параграфе содержится в том числе материал, изложенный в ПАРАГРАФЕ 0. В частности,ТАБЛ. 1.1 мы здесь второй раз не воспроизводим, но на «живой» лекции её, конечно, нужно записать84ещё раз.387Взаимодействие частиц осуществляется путём испускания и поглощения виртуальных частиц-переносчиков, для которых m2c 4  W 2  c 2 p2 (m – масса покоя, W –энергия, p – модуль импульса частицы).Взаимодействие, соответствующее обмену виртуальными частицами массы m,описывается потенциалом Юкавыα c U r   errmc,e2– постоянная тонкой структуры;– комптоновская длинаcmcволны частицы массы m.

Характеристики

Список файлов лекций