Лекция по "Физике"

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА. ВОЛНЫ  ДЕ БРОЙЛЯ. ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ.

Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Во́лны де Бро́йля — волны, связанные с любыми микрочастицами и отражающие их волновую природу. Для частиц не очень высокой энергии, движущихся со скоростью   (скорости света), импульс равен   (где   — масса частицы), и  . Следовательно, длина волны де Бройля тем меньше, чем больше масса частицы и её скорость. Дифракция электронов — процесс рассеяния электронов на совокупности частиц вещества, при котором электрон проявляет свойства, аналогичные свойствам волны. При выполнении некоторых условий, пропуская пучок электронов через материал можно зафиксировать дифракционную картину, соответствующую структуре материала. Процесс дифракции электронов получил широкое применение в аналитических исследованиях кристаллических структур металлов, сплавов, полупроводниковых материалов.

РАДИОАКТИВНОСТЬ. ЗАКОНЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА. АКТИВНОСТЬ α, β, γ, ИЗЛУЧЕНИЙ. РЕАКЦИИ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССОВЫХ ЧИСЕЛ И ЗАРЯДОВ.

Радиоакти́вный распа́д — спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер (заряда Z,массового числа A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов. α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома ⁴He). . α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А≥140. Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. β-распад — это проявление слабого взаимодействия.β-распад (точнее, бета-минус-распад,  -распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино.β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино: . Гамма распад Альфа-излучение (альфа-лучи) — один из видов ионизирующих излучений; представляет собой поток быстро движущихся, обладающих значительной энергией, положительно заряженных частиц (альфа-частиц). положительно заряженная частица, образованная 2 протонами и 2 нейтронами. Идентична ядру атома гелия-4 ( )Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — < 5·10⁻³ нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. Бета-излучение (бета-лучи) — поток электронов или позитронов, испускаемых при бета-радиоактивном распаде атомов время T_½, в течение которого система распадается с вероятностью ½ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАССОВЫХ ЧИСЕЛ И ЗАРЯДОВ В ядерных реакциях суммарный электрический заряд Q во входном канале равен суммарному электрическому заряду в выходном канале, т.е. выполняется закон сохранения электрического заряда. В ядерных реакциях сохраняется число нуклонов, что эквивалентно сохранению массового числа A. Закон сохранения числа нуклонов в ядерных реакциях является частным случаем закона сохранения барионного заряда.

ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА. ХАРАКТЕРИСТИКА НУКЛОНОВ. ОСОБЕННОСТИ ЯДЕРНЫХ СИЛ. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ, ДЕФЕКТ МАССЫ

А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощисильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным  ^{[сн 1]} и связанным с ним магнитным моментом. ХАРАКТЕРИСТИКА НУКЛОНОВ: Заряд Число протонов в ядре   определяет непосредственно его электрический заряд, у изотопов одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Ядерные свойства изотопов элемента в отличие от химических, могут различаться чрезвычайно резко. Масса Из-за разницы в числе нейтронов   изотопы элемента имеют разную массу  , которая является важной характеристикой ядра. В ядерной физике массу ядер принято измерять в атомных единицах массы (а. е. м.), за одну а. е. м. принимают 1/12 часть массы нуклида ¹²C РадиусАнализ распада тяжёлых ядер уточнил оценку Резерфорда^{[сн 3]} и связал радиус ядра с массовым числом простым соотношением:

,

Моменты ядра Как и составляющие его нуклоны, ядро имеет собственные моменты. Спин  Поскольку нуклоны обладают собственным механическим моментом, или спином, равным  , то и ядра должны иметь механические моменты. Кроме того, нуклоны участвуют в ядре в орбитальном движении, которое также характеризуется определённым моментом количества движения каждого нуклона. Магнитный моментИзмерения спинов стали возможными благодаря наличию непосредственно связанных с ними магнитных моментов. Они измеряются в магнетонах и у различных ядер равны от −2 до +5 ядерных магнетонов. Энергия связи Эта величина представляет собой среднюю энергию, которую нужно затратить, чтобы удалить один нуклон из ядра, или среднее изменение энергии связи ядра, когда свободный протон или нейтрон поглощается в нём. Дефе́кт ма́ссы — разность между массой покоя атомного ядра данного изотопа, выраженной в атомных единицах массы, и массовым числомданного изотопа. В современной науке для обозначения этой разницы пользуются термином избыток массы (англ. mass excess). Как правило,избыток массы выражается в кэВ.

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ. УДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ  СВЯЗИ. КРИВАЯ УПАКОВКИ НУКЛОНОВ. ПОЛУЧЕНИЕ  ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ(ДЕЛЕНИЕИ СИНТЕЗ). ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Я́дерная реа́кция — процесс образования новых ядер или частиц при столкновениях ядер или частиц. Впервые ядерную реакцию наблюдалРезерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота, она была зафиксирована по появлению вторичных ионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса. По механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида: реакции с образованием составного ядра, это двухстадийный процесс, протекающий при не очень большой кинетической энергиисталкивающихся частиц (примерно до 10 МэВ). прямые ядерные реакции, проходящие за ядерное время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро. Главным образом такой механизм проявляется при больших энергиях бомбардирующих частиц. Ядерная реакция деления — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Ядерная реакция синтеза — процесс слияния двух атомных ядер с образованием нового, более тяжелого ядра. Кроме нового ядра, в ходе реакции синтеза, как правило, образуются так же различные элементарные частицы и (или) кванты электромагнитного излучения. Без подвода внешней энергии слияние ядер невозможно, так как положительно заряженные ядра испытывают силы электростатического отталкивания — это так называемый «Кулоновский барьер» Удельной энергией связи ядра называется энергия связи, приходящаяся на один нуклон Есв/А. Ядерная энергетика (Атомная энергетика) — это отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловойэнергии путём преобразования ядерной энергии Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер урана-235 или плутония. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.