Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы (934757), страница 68
Текст из файла (страница 68)
При таких полях показатель преломления зависит от напряженности Е. В этом случае нарушается принцип суперпозиции, различные волны, распространяющиеся в среде, оказывают влияние друг на друга и возникает ряд нелинейных оптических явлений, Опишем вкратце некоторые из них. Нелинейное отражение света. При больших интенсивностях в отраженном свете появляется излучение на второй гармонике падающего излучения, т.
е. кроме отраженного луча, имеющего частоту ог, равную частоте ') Оо одном из удивительных применений лазерного нзлучения — голографии — рассказано а Приложении. 431 падающего света, наблюдается отраженный луч частоты 2ы. Направление отраженного луча частоты 2и не совпадает с направлением отраженного луча частоты ы. Самофокусировка света. При обычных интенсивностях первоначально параллельный ограниченный пучок света претерпевает при своем распространении в вакууме или в какой-либо среде так называемое дифракционное расплывание, в результате чего возникает дифракционная расходимость пучка.
Оказывается, что при распространении световых пучков в жидкостях и некоторых кристаллах с увеличением мощности пучка расходимость его уменьшается. При некоторой мощности, называемой критической, пучок распространяется, не испытывая расходимости. Наконец, при мощности, большей критической, пучок сжимается — происходит самофокусирование пучка в среде. Это явление обусловлено тем, что с ростом напряженндсти Е увеличивается показатель преломления, среда в области„ занимаемой пучком, становится оптически более плотной, что приводит к изгибанию лучей к осн пучка, т. е.
к сжатию пучка. Оптические гармоники. При рассеянии мощного лазерного пучка в жидкостях и кристаллах, кроме света с частотой ы, равной частоте падающего излучения, наблюдается также рассеянный свет с частотами 2м, Зы и т. д. Эти спектральные компоненты рассеянного света называются оптическими гармониками. Интеисивйость оптических гармоник может быть весьма значительной; в некоторых кристаллах в излучение гармоник может переходить до 50Ть мощности рассеянного излучения. Многофотонные процессы.
При обычных интенсивностях света поглощение фотона частоты в происходит только в том случае„если его энергия йм совпадает с разностью энергетических уровней Ег — Е~ атома или молекулы. В этом случае в элементарном акте взаимодействия света с веществом поглощается один фотон. При больших интенсивностях излучения в элементарном акте взаимодействия могут поглощаться два или более фотона. В этом случае может происходить поглощение света не только частоты гз = (Ез — Е1'д(Ь, но также и частот гв/2, в/3 и т. д. Такое поглощение называется многофотонным (в частности, двухфотонным, трехфотонным и т.
д.). Многофотонное поглощение может происходить и в световом поле двух монохроматических источников. Если 432 сумма частот этих источников удовлетворяет условию: ьи + ма= (Е* — Ед(Ь, наблюдается заметное поглощение излучения обеих частот. Для этого необязательно, чтобы оба излучения были большой мощности. Достаточно, чтобы была велика их суммарная интенсивность. Поэтому можно наблюдать многофотонное поглощение при наложении света от лазера и иелазерного источнииа со сплошным спектром. Наблюдается также миогофотонный фотоэффект (многофотонная ионизация атомов). В то время как обычный (одиофотонный) фотоэффект наблюдается при частотах, при которых энергия фотона больше энергии ионизацин атома, многофотонный фотоэффект может происходить при частотах в и раз меньших (и — число фотонов, участвующих в элементарном акте взаимодействия). Удалось надежно зарегистрировать семифотонную ионизацию инертных газов.
Приведенный нами далеко не полный перечень уже обнаруженных нелинейных явлений достаточен для того, чтобы составить представление о том, как бурно развивается новая область оптики — нелинейная оптика. члсть ш ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ ГЛАВАХ!У АТОМ НО Е ЯДРО 2 87. Состав и характеристика атомного ядра Ядра атомов состоят нз двух видов элементарных частиц в протонов и нейтронов.
Этн частицы носят название нуклоиов. Протон. Протон (р) есть не что нное, как ядро атома водорода. Он обладает зарядом +е и массой пса — — 938,2 Мэв '). Для сравнения укажем, что масса электрона, выраженная в единицах энергии, составляет тп,=0,511 Мэа. (87.2) Из сопоставления (87.1) и (87.2) следует, что тр —— =!836 тп,, Протон имеет спин, равный половине (э = '/з), и соб- ственный магнитный момент р = +2,79ро, где )ьз = = 5,05 10 и эрг)гадес 2тлс (87.3) ') В ядерной физике принято выражать массы в единицах знергии, умаожая их для атой цели на ст.
Применяется та1сже единица массы, называемая атомной единицей массы (а.е.м.); 1 а. е. м. 1,ба ° !О"т' е = 9З! А)ав, — единица магнитного момента, называемая ядер иы м магнето но м. Из сравнения с (71.3) вытекает, что ив в 1836 раз меньше магнетоиа Бора рв. Следовательно, собственный магнитный момент протона примерно в 650 раз меньше, чем магнитный момент электрона. Нейтрон. Нейтроном (л) называется не обладающая электрическим зарядом частица ') с массой гл„= 939,5 Л1эв, очень близкой к массе протона.
Разность масс нейтрона и протона глв — лги составляет 1,3 тз(эв, т. е. 2,5 тле Нейтрон обладает спином, равным половине (э='/в), и (несмотря иа отсутствие электрического заряда) собственным магнитным моментом р„= — 1,91ро (зиак минус указывает на то, что направления собственных механического и магнитного моментов противоположны).
В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радио- активен) — он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (е-) и еще одну частицу, называемую антинейтрино (В) (см. $191). Период полураспада равен — !2 лгин. Схему распада можно записать следующим образом: (87.5) Масса покоя антпнейтрино равна нулю. Масса нейтрона, как мы видели, больше массы протона на 2,5 гл,. Следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц, фигурирующих в правой части уравнения (87.5), на 1,5 лт,, т. е. на 0,77 Мэв. Эта энергия выделяется прп распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц. Характеристика атомного ядра. Количество протонов 7,, входящих в состав ядра, определяет его заряд, который равен +Хе., Число Л называется а то м н ы м и ои е р о м (оно определяет порядковый номер химического элемента в периодической таблице Менделеева) или з ар ядовы м числом ядра. Число нуклонов А (т.
е. суммарное число протонов и нейтронов) в ядре называется м а с со вы м числом ядра. Число нейтронов в ядре равно Л' = А — Л. ') Нейтрон открыт в 1%2 г. английским физиком Д. Чедвиком. 4зв Для обозначения ядер применяется символ ХА где под Х подразумевается химический символ данного элемента. Справа вверху ставится массовое число, слева внизу — атомный номер (последний значок часто опускают).
Большинство химических элементов имеет по нескольку разновидностей — и з о то и о в, отличающихся значениями массового числа А. Так, например, водород имеет три изотопа: ,Н' — обычный водород, или протий (8=1, 1т'=О), ,Н' — тяжелый водород, или дейтерий (7=1, тт'=!), Н'- тритий (Л = 1, Ф = 2) '). У кислорода имеется три стабильных изотопа: аО'в,еО'т, аО'в у олова — десять, н т. д.
Изотопы представляют собой ядра с одинаковым числом протонов Л. Ядра с одинаковым массовым числом А называются изоб ар а м и. В качестве примера можно привести ~вАг'е и, аеСа". Ядра с одинаковым числом нейтронов М = А — 2 носят название изотопов (аС'а,т(чРа). Наконец, существуют радиоактивные ядра с одинаковыми Я и А, отличающиеся периодом полураспада.
Они называются н з о м е р а м и. Например, имеется два изомера ядра мВгм, у одного из иих период полураспада равен 18 мин, у другого — 4,4 часа. Радиус ядра довольно точно определяется формулой: г = 1,3 ° 1О "А ' см = 1,3Л' ферми (87 6) (ферми — название применяемой в ядерной физике единицы длины, равной !О 'з см). Из соотношения (87.6) следует, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. В настоящее время известно около 1500 ядер, различающихся Я, либо А, либо и тем и другим. Около тге этих ядер устойчивы, остальные радноактивны. т4ногие ядра были получены искусственным путем с помощью ядерных реакций. ') Дейтерий обозначают также символом 1З, а тритий — символом Т. В природе встречаются элементы с Я от 1 до 92, исключая технеций (Тс, Е = 43) и прометий (Рш, Я = 61).
Плутоний (Ри, Я = 94) после получения его искусственным путем был обнаружен в ничтожных количествах в природном минерале — смоляной обманка Остальные трансурановые (т. е. заурановые) элементы (с 2 от 93 до 104) были получены только искусственным путем посредством различных ядерных реакций.
Трансурановые элементы кюрий (96 Сгп), эйнштейиий (99 Ез), фермий (100 Гш) и менделевий (101 Мб) получили названия в честь выдающихся ученых П. н Р 40 00 120 160 200 л Рис. 248. М. Кюри, А. Эйнштейна, Э. Ферми и Д. И. Менделеева. Лоуреисий (103 !.н) назван в честь изобретателя циклотрона-Э. Лоуренса. Элемент 104 был получен в !964 г. в СССР в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне Г.
Н. Флеровым и его сотрудниками путем бомбардировки плутониевой мишени (2 = 94) пучком ионов юП)е'з (Х = 10), ускоренных до энергии 115 Мэв. Свое название «курчатовийз 104'-й элемент получил в честь выдающегося советского физика И. В. Курчатова. Для устойчивых ядер характерно определенное отношение числа нейтронов У к числу протонов Е. У легких ядер это отношение близко к единице.
По мере увеличения числа нуклонов в ядре ЛЧК растет, достигая для урана значения 1,6 (см. рис. '248, на котором по оси 437 абсцисс отложено массовое число А, по оси ординат— отношение Ф к Х; точки на рисунке соответствуют отдельным стабильным ядрам).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
