Недостатки теории Бора

1). Т.Б. не могла предсказать интенсивности спектральных линий.

2). Невозможность создания теории атома гелия, содержащего помимо ядра два электрона.

3). Т.Б. не могла объяснить тонкой структуры спектров атомов различных элементов (особенно тяжелых).

Рассмотрим движение электрона в кулоновском поле ядра Ze, т. е. задачу об электроне, обладающем потенциальной энергией:

U(r)= - Ze²/4πε₀r, (13-1а)

где r - расстояние между электроном и ядром. Состоя­ние электрона в водородоподобном атоме описывается некоторой вол­новой функцией ψ, удовлетворяющей стационарному уравнению Шредингера:

(13-1б)

Здесь W- значения полной энергии электрона в атоме, которые требуется отыскать при условии, что ψ удовлетворяет требованиям:

конечности,

однозначности,

непрерывности.

Силовое поле, в котором движется электрон в атоме водорода, имеет центрально - симметричный характер. Решить уравнение Шредингера это значит найти собственные значения энергии W и собственные функции ψ. Все уравнения отличаются только значением U - потенциальной энергией квантовой системы.

Для атома водорода и водородоподобных систем применимо выражение для U (13-1а). Поэтому, для водородоподобных атомов (включая атом водорода) уравнение Шредингера имеет вид:

26. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана.

Опыт Штерна — Герлаха — опыт немецких физиков Отто Штерна иВальтера Герлаха, осуществлённый в 1922 году. Опыт подтвердил наличие уатомов спина (изначально в эксперименте участвовали атомы серебра, а потом и других металлов) и факт пространственного квантования направления их магнитных моментов.

Опыт состоял в следующем: пучок атомов серебра пропускали через сильно неоднородное магнитное поле, создаваемое мощным постоянныммагнитом. При прохождении атомов через это поле, в силу обладания ими магнитных моментов, на них действовала зависящая от проекции спина на направление магнитного поля сила, отклонявшая летящие между магнитами атомы от их первоначального направления движения. Причём, если предположить, что магнитные моменты атомов ориентированы хаотично (непрерывно), то тогда на расположенной далее по направлению движения атомов пластинке должна была проявиться размытая полоса. Однако вместо этого на пластинке образовались две достаточно чёткие узкие полосы, что свидетельствовало в пользу того, что магнитные моменты атомов вдоль выделенного направления принимали лишь два определённых значения, что подтверждало предположение квантово-механической теориио квантовании магнитного момента атомов.

Позднее с аналогичными результатами были проделаны опыты для пучков атомов других металлов, а также пучковпротонов и электронов. Эти опыты доказали существование магнитного момента у рассмотренных частиц и показали их квантовую природу, явив собой доказательство постулатов квантовой теории.

Эффе́кт Зеема́на — расщепление линий атомных спектров в магнитном поле. Назван в честь Питера Зеемана, открывшего эффект в 1896 году.

Эффект обусловлен тем, что в присутствии магнитного поля электрон, обладающий магнитным моментом приобретает дополнительную энергию Приобретённая энергия приводит к снятию вырождения атомных состояний по магнитному квантовому числу и расщеплению атомных спектральных линий.

27. Спонтанное и индуцированное излучение. Инверсное заселение уровней активной среды. Основные компоненты лазера. Условие усиления и генерации света. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров и их применение.

В силу правил отбора у атомов многих элементов имеются энергетические уровни, с которых электрон не может непосредственно перейти на более низкий уровень. Эти уровни называются метастабильными состояниями. Электрон может перейти на такой уровень при соударениях с другим электроном или при переходе с более высокого уровня. Продолжительность пребывания электрона в метастабильном состоянии имеет порядок 10^-–3 с, в то время как в возбужденном состоянии – 10^–8 с.

Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из возбужденного состояния в основное, называется спонтанным излучением. Спонтанное излучение различных атомов происходит не когерентно, т.к. каждый атом начинает и заканчивает излучение независимо от других (рис.15.1а).

Излучение энергии атомом, при котором переход из метастабильного состояния в основное вызывается электромагнитным излучением соответствующей частоты называется вынужденным, или индуцированным, излучением (рис.15.1б).

Вероятность индуцированного излучения резко возрастает при совпадении частоты электромагнитного поля с собственной частотой излучения возбужденного атома. Вынужденное излучение имеет такую же частоту, фазу, поляризацию и направление распространения, как и вынуждающее излучение. Следовательно, вынужденное излучение строго когерентно с вынуждающим излучением, то есть испущенный фотон неотличим от фотона, падающего на атом. Испущенные фотоны, двигаясь в одном направлении и встречая другие возбужденные атомы, стимулируют дальнейшие индуцированные переходы, и число фотонов растет лавинообразно.

Однако наряду с вынужденным излучением возможен и кон­курирующий процесс – поглощение. В системе атомов, находящейся в термодинамическом равновесии, поглощение падающего излучения будет преобладать над вынужденным, т.е. падающее излучение при прохождении через вещество будет ослабляться.

Чтобы среда усиливала падающее на нее излучение, необходимо создать неравновесное состояние системы, при котором число атомов в возбужденных состояниях было бы больше, чем их число в основном состоянии. Такие состояния называются состояниями с инверсной заселенностью. Процесс создания неравновесного состоянии вещества (перевод системы в состояние с инверсией населенностей) называется накач­кой. Накачку можно осуществить оптическими, электрическими и другими способами. Среды с инверсными состояниями называются активными. Их можно рассматривать в качестве сред с от­рицательным коэффициентом поглощения, т.к. падающий пучок света при прохождении через эти среды будет усиливаться.

Впервые на возможность получения сред, в которых свет может усиливаться за счет вынужденного излучения, указал в 1939 г. российский физик В.А.Фабрикант. Он экс­периментально обнаружил вынужденное излучение паров ртути, возбужденных при электрическом разряде. Открытие явления усиления электромагнитных волн и изоб­ретенный способ их усиления (В.А.Фабрикант, М.М.Вудынский, Ф.А.Бутаева; 1951) легли в основу квантовой электроники, положения которой позволили впоследст­вии осуществить квантовые усилители и квантовые генераторы света.

Для того, чтобы поучить усиление падающего света, необходимо каким-либо образом обратить населенность уровней. Т.е. сделать так, чтобы большему значению энергии соответствовало и большее число атомов . При этом говорят, что совокупность атомов имеет инверсную (обратную) населенность уровней.

Отношение числа атомов на уровнях и равно:

В случае инверсной населенности . Отсюда следует, что показатель экспоненты должен быть больше нуля ‑ . Но . Следовательно, чтобы показатель экспоненты был больше нуля, необходимо чтобы температура была отрицательной ‑ .

Поэтому состояние с инверсной населенностью уровней называют иногда состоянием с отрицательной температурой. Но это выражение носит условный характер, потому что само понятие температуры применимо к равновесным состояниям, а состояние с инверсной населенностью является неравновесным состоянием.

Устройство лазера[править | править вики-текст]

Основная статья: Устройство лазера

На схеме обозначены: 1 — активная среда; 2 — энергия накачки лазера; 3 — непрозрачное зеркало; 4 — полупрозрачное зеркало; 5 — лазерный луч.

Все лазеры состоят из трёх основных частей:

· активной (рабочей) среды;

· системы накачки (источник энергии);

· оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).

28. Планетарная модель атома. Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц.

Планетарная модель атома, или модель Резерфорда — историческая модель строения атома, которую предложил Эрнест Резерфорд в результате эксперимента с рассеиванием альфа-частиц. По этой модели атом состоит из небольшого положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена почти вся масса атома, вокруг которого движутсяэлектроны, — подобно тому, как планеты движутся вокруг Солнца. Планетарная модель атома соответствует современным представлениям о строении атома с учётом того, что движение электронов имеет квантовый характер и не описывается законами классической механики. Исторически планетарная модель Резерфорда пришла на смену «модели сливового пудинга» Джозефа Джона Томсона, которая постулирует, что отрицательно заряженные электроны помещены внутрь положительно заряженного атома.

К 1904 году японский физик Нагаока разработал раннюю, ошибочную «планетарную модель» атома («атом типа Сатурна»)^[1]. Модель была построена на аналогии с расчётами устойчивости колец Сатурна (кольца уравновешены из-за очень большой массы планеты). Модель Нагаоки была неверна, но два следствия из нее оказались пророческими:

· ядро атома действительно очень массивно;

· электроны удерживаются на орбите благодаря электростатическим силам (подобно тому, как кольца Сатурна удерживаются гравитационными силами).

Новую модель строения атома Резерфорд предложил в 1911 году как вывод из эксперимента по рассеиванию альфа-частиц на золотой фольге, проведённого под его руководством. При этом рассеянии неожиданно большое количество альфа-частиц рассеивалось на большие углы, что свидетельствовало о том, что центр рассеяния имеет небольшие размеры и в нём сосредоточен значительный электрический заряд. Расчёты Резерфорда показали, что рассеивающий центр, заряженный положительно или отрицательно, должен быть по крайней мере в 3000 раз меньше размера атома, который в то время уже был известен и оценивался как примерно 10⁻¹⁰ м. Поскольку в то время электроны уже были известны, а их масса и заряд определены, то рассеивающий центр, который позже назвали ядром, должен был иметь противоположный электронам заряд. Резерфорд не связал величину заряда с атомным номером. Этот вывод был сделан позже. А сам Резерфорд предположил, что заряд пропорционален атомной массе.

Недостатком планетарной модели была её несовместимость с законами классической физики. Если электроны движутся вокруг ядра как планеты вокруг Солнца, то их движение ускоренное, и, следовательно, по законам классической электродинамики они должны были бы излучать электромагнитные волны, терять энергию и падать на ядро. Следующим шагом в развитии планетарной модели стала модель Бора, постулирующая другие, отличные от классических, законы движения электронов. Полностью противоречия электродинамики смогла решить квантовая механика

Моде́ль То́мсона (иногда называемая «пу́динговая модель а́тома») — модель атома, предложенная в 1904 году Джозефом Джоном Томсоном. После открытия им в 1897 году электрона, Томсон предположил, что отрицательно заряженные «корпускулы» (так Томсон называл электроны, хотя ещё в 1894 году Дж. Дж. Стоуни предложил называть «атомы электричества» электронами^[1]) входят в состав атома и предложил модель атома, в котором в облаке положительного заряда, равного размеру атома, содержатся маленькие, отрицательно заряженные «корпускулы», суммарный электрический заряд которых равен заряду положительно заряженного облака, обеспечивая электронейтральность атомов. «Корпускулы» в этой модели распределены внутри положительно заряженного облака с одинаковой по объёму плотностью заряда, подобно изюминкам в тесте пудинга. Отсюда произошёл термин «пудинговая модель атома»

29. Ядерная модель атома. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Формула Бальмера.

Ядерная модель атома Резерфорд на основании результатов эксперимента по рассеянию α-частиц на атомах металлической фольги обосновал планетарную модель строения атома. Согласно этой модели, атом состоит из тяжёлого положительно заряженного ядра очень малых размеров (~ 10-15 м), вокруг которого по некоторым орбитам движутся электроны. Радиусы этих орбит имеют размеры ~ 10-10 м. Наличие у электрона заряда делает планетарную модель противоречивой с точки зрения классической физики, т.к. вращающийся вокруг ядра электрон, как и любая ускоренно движущаяся заряженная частица должен излучать электромагнитные волны. Спектр такого излучения должен быть непрерывным. В опытах наблюдается линейчатый спектр излучения атомов. Кроме того, непрерывное излучение уменьшает энергию электрона, и он из-за уменьшения орбиты обязан был бы упасть на ядро
§ 12. Закономерности в атомных спектрах

Излучение невзаимодействующих друг с другом атомов состоит из отдельных спектральных линий. В соответствии с этим спектр испускания атомов называется линейчатым.

Рис. 12.1.

На рис. 12.1 показан спектр испускания паров ртути. Такой же характер имеют и спектры других атомов.

Изучение атомных спектров послужило ключом к позианию строения атомов. Прежде всего было замечено, что линии в спектрах атомов расположены не беспорядочно, а объединяются в группы или, как их называют, серии линий. Отчетливее всего это обнаруживается в спектре простейшего атома — водорода. На рис. 12.2 представлена часть спектра атомарного водорода в видимой и близкой ультрафиолетовой области. Символами обозначены видимые линии, указывает границу серии (см. ниже). Очевидно, что линии располагаются в определенном порядке. Расстояние между линиями закономерно убывает по мере перехода от более длинных волн к более коротким.

Швейцарский физик Бальмер (1885) обнаружил, что длины волн этой серии линий водорода могут быть точно представлены формулой

где — константа, — целое число, принимающее значения 3, 4, 5 и т. д.

Если перейти в (12,1) от длины волны к частоте, получится формула

где — константа, называемая в честь шведского спектроскописта постоянной Ридберга. Она равна

Рис. 12.2.

Формула (12.2) называется формулой Бальмера, а соответствующая серия спектральных линий водородного атома — серией Бальмера. Дальнейшие исследования показали, что в спектре водорода имеется еще несколько серий. В ультрафиолетовой части спектра находится серия Лаймана. Остальные серии лежат в инфракрасной области. Линии этих серий могут быть представлены в виде формул, аналогичных (12.2):

Частоты всех линий спектра водородного атома можно представить одной формулой:

где имеет значение 1 для серии Лаймана, 2— для серии Бальмера и т. д. При заданном число принимает все целочисленные значения, начиная с Выражение (12.4) называют обобщенной формулой Бальмера.

При возрастании частота линии в каждой серии стремится к предельному значению которое называется границей серии (на рис. 12.2 символом отмечена граница серии Бальмера).

Возьмем ряд значений выражения

Частота любой линии спектра водорода может быть представлена в виде разности двух чисел ряда (12.5). Эти числа называют спектральными термами или просто термами. Так, например, частота первой линии серии Бальмера равна второй линии серии Пфунда и т. д.

Изучение спектров других атомов показало, что частоты линий и в этом случае могут быть представлены в виде разностей двух термов:

Однако терм обычно имеет более сложный вид, чем для водородного атома. Кроме того, первый и второй члены формулы (12.6) берутся из различных рядов термов.

Се́рия Ба́льмера — одна из спектральных серий атома водорода, наблюдающаяся для переходов между вторым энергетическим (первым возбуждённым) уровнем атома и вышележащими уровнями^[1]. В отличие от ультрафиолетовой серии Лаймана, связанной с переходами на основной уровень, четыре первые линии серии Бальмера лежат в видимой области спектра.

Названа в честь швейцарского математика Иоганна Бальмера, описавшего в 1885 году эту серию формулой (см. ниже Формула Бальмера).

30. Распpеделение электpонов по энеpгетическим уpовням в атоме. Пpинцип Паули. Оболочка и подоболочка. Построение пеpиодической системы элементов.

При́нцип Па́ули (принцип запрета) — один из фундаментальных принциповквантовой механики, согласно которому два и более тождественныхфермиона (частиц с полуцелым спином) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии.

Принцип был сформулирован для электронов Вольфгангом Паули в 1925 г. в процессе работы над квантомеханической интерпретацией аномального эффекта Зеемана и в дальнейшем распространён на все частицы с полуцелым спином. Полное обобщённое доказательство принципа было сделано им в теореме Паули (теореме о связи спина со статистикой) в 1940г. в рамках квантовой теории поля. Из этой теоремы следовало, чтоволновая функция системы фермионов является антисимметричнойотносительно их перестановок, поведение систем таких частиц описываетсястатистикой Ферми — Дирака.

Принцип Паули можно сформулировать следующим образом: в пределах одной квантовой системы, в данном квантовом состоянии, может находиться только один фермион, состояние другого должно отличаться хотя бы однимквантовым числом.

В статистической физике принцип Паули иногда формулируется в терминахчисел заполнения: в системе одинаковых частиц, описываемых антисимметричной волновой функцией, числа заполнения могут принимать лишь два значения

В § 28 было показано, что данному соответствует состояний, отличающихся значениями l и Квантовое число может принимать два значения: Поэтому в состояниях с данным значением могут находиться в атоме не более электронов:

Совокупность электронов, имеющих одинаковые значения квантового числа , образует оболочку. Оболочки подразделяются на подоболочки, отличающиеся значением квантового числа l. В соответствии с значением оболочкам дают обозначения, заимствованные из спектроскопии рентгеновских лучей:

Таблица 36.1

Подразделение возможных состояний электрона в атоме на оболочки и подоболочки показано в табл. 36.1, в которой вместо обозначений применимы для наглядности символы: . Подоболочки, как указано в таблице, могут обозначаться двумя способами (например, либо ).

Для полностью заполненной подоболочки характерно равенство нулю суммарного орбитального и суммарного спинового моментов . Следовательно, момент импульса такой подоболочки равен нулю

Убедимся в этом на примере -подоболочки. Спины всех десяти электронов, входящих в эту подоболочку, попарно компенсируют друг друга, вследствие чего Квантовое число проекции результирующего орбитального момента этой подоболочки на ось z имеет единственное значение -Следовательно, L также равно нулю.

Таким образом, при определении L и S атома заполненные подоболочки можно не принимать во внимание.

31. Основы физики атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи нуклонов. Момент импульса атомного ядpа и его магнитный момент.

В настоящее время известны все основные характеристики атомного ядра. Ядро имеет размеры м, что примерно на пять порядков меньше размеров атома.

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Протон р имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя в 1836 раз больше массы электрона, т.е.

. Нейтрон n -нейтральная частица с массой покоя , что примерно составляет 1839 масс электрона ( ).

Протоны и нейтроны называются нуклонами, а общее число нуклонов в атомном ядре – массовым числом А. От массового числа зависит радиус ядра, который определяется по эмпирической формуле , где м. Атомное ядро имеет заряд , где - заряд протона; Z - число протонов в ядре, совпадающее с порядковым номером химического элемента в периодической системе элементов Менделеева..

Так же, как и атом, ядро обозначается , где X -символ химического элемента; Z - атомный номер; А - массовое число. Ядра с одинаковыми атомными номерами, но разными массовыми числами называются изотопами, а ядра с одинаковыми массовыми числами, но разными атомными номерами - изобарами. Изотопы имеют разное число нейтронов: . Например, водород имеет три изотопа:

протий ,

дейтерий ,

тритий .

Как правило, изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и физическими свойствами. В качестве примера ядер изобар приведем ядра .

Термин "момент" применительно к атомам и атомным ядрам может означать следующее: 1) спиновыймомент, или спин, 2) магнитный дипольный момент, 3) электрический квадрупольный момент, 4) прочиеэлектрические и магнитные моменты. Различные типы моментов по отдельности рассматриваются ниже.Существование у атома момента импульса и магнитного момента следовало из теории Н. Бора (1913) иподтверждалось обнаруженным еще в 1896 П.Зееманом влиянием магнитных полей на спектральные линииатома.

32. Состав атомного ядpа. Ядеpные силы. Энеpгия связи. Совpеменные модели ядеp.

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ

- силы взаимодействия между нуклонами; обеспечивают большую величину энергии связи ядер посравнению с др. системами. Я. с. являются наиб. важным и распространённым примером сильноговзаимодействия (СВ). Когда-то эти понятия были синонимами и сам термин "сильное взаимодействие" былвведён для подчёркивания огромной величины Я. с. по сравнению с др. известными в природе силами: эл.-магн., слабыми, гравитационными. После открытия p -, r - идр. мезонов, гиперо-нов и др. адронов термин"сильное взаимодействие" стали применять в более широком смысле - как взаимодействие адронов. В 1970-х гг. квантовая хромодинамика (КХД) утвердилась как общепризнанная микроскопич. теория СВ. Согласноэтой теории, адроны являются составными частицами, состоящими из кварков и глюонов, а под СВ сталипонимать взаимодействие этих фундам. частиц.

Энергия связи (для данного состояния системы) — разность между энергией состояния, в котором составляющие части системы бесконечно удалены друг от друга и находятся в состоянии активного покоя и полной энергией связанного состояния системы:

где — энергия связи компонентов в системе из N компонентов (частиц), — полная энергия i -го компонента в несвязанном состоянии (бесконечно удалённой покоящейся частицы) и — полная энергия связанной системы.

33. Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения.

Радиоактивность — это способность атомов некоторых изотопов самопроизвольно распадаться, испуская излучение. Впервые такое излучение, испускаемое ураном, обнаружил Беккерель, поэтому вначале радиоактивные излучения называли лучами Беккереля. Основной вид радиоактивного распада — выбрасывание из ядра атома альфа-частицы — альфа-распад (см. Альфа-излучение) или бета-частицы — бета-распад (см. Бета-излучение).

аиболее устойчивы ядра легких элементов, состоящие из одинакового числа протонов и нейтронов. У тяжелых ядер, состоящих из значительного числа нуклонов (с преобладанием нейтронов), может возникать самораспад - естественная радиоактивность. Это явление открыто в 1896 году французским физиком Беккерелем и впоследствии исследовано супругами Кюри. Все элементы, для которых это явление характерно получили название радиоактивных.

Радиоактивное излучение состоит из трех составляющих - а -, В- и у- излучений. и - излучения отклоняются под действием постоянных электрических и магнитных полей и представляют собой соответственно потоки положительных и отрицательных заряженных части Гамма - излучение с электрическим и магнитным полями не взаимодействует.

Законы радиоактивного распада.

При - распаде ядро приобретает положительный заряд, равный по величине заряду электрона, а масса атома изменяется незначительно. Т. е. радиоактивный элемент в результате распада превращается в другой с атомным номером на единицу большим, но с тем же массовым числом.

При - распаде заряд ядра уменьшается на две единицы, а массовое число – на четыре.

Радиоактивный распад характеризуется периодом полураспада – время, в течение которого количество атомов исходного элемента уменьшается вдвое.

Активность того или иного радиоактивного элемента характеризуется числом атомных распадов за одна секунду.

Измеряется в кюри (Ku)

- излучение	- излучение	- излучение
Поток атомных ядер гелия	Поток быстрых электронов	Поток гамма - квантов, не имеющих заряд
Обладает малой проникающей способностью	Обладает малой проникающей способностью, но большой ионизирующей	Обладает огромной проникающей способностью
Дефект массового атомного ядра	Дефект массового атомного ядра

Изотопы – это элементы, вещества, ядра атомов которых имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.

34. Ядерные реакции. Деление ядер. Синтез ядер. Детектирование ядерных излучений. Понятие о дозиметрии и защите.

Я́дерная реа́кция — это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра. Последствием взаимодействия может стать деление ядра, испускание элементарных частиц или фотонов. Кинетическая энергия вновь образованных частиц может быть гораздо выше первоначальной, при этом говорят о выделении энергии ядерной реакцией.

Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируяα-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 помощьюкамеры 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.

Если после столкновения сохраняются исходные ядра и частицы и не рождаются новые, то реакция является упругим рассеянием в поле ядерных сил, сопровождается только перераспределением кинетической энергии иимпульса частицы и ядра-мишени и называется потенциальным рассеянием ^[1][2].

Деле́ние ядра́ — 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 бываетспонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ

термоядерный синтез, реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые ядра, происходящая присверхвысокой температуре и сопровождающаяся выделением огромных количеств энергии. Ядерный синтез- это реакция, обратная делению атомов: в последней энергия выделяется за счет расщепления тяжелыхядер на более легкие. См. также

Детекторы ядерных излучений

приборы для регистрации альфа- и бета-частиц,рентгеновского и гамма-излучения, нейтронов, протонов и т.п. Служат для определения состава излученияи измерения его интенсивности (см. также Дозиметрия), измерения спектра энергий частиц, изученияпроцессов взаимодействия быстрых частиц с атомными ядрами и процессов распада нестабильных частиц.Для последней наиболее сложной группы задач особенно полезны Д. я. и., позволяющие запечатлеватьтраектории отдельных частиц — Вильсона камера и её разновидность Диффузионная камера, Пузырьковаякамера, Искровая камера, ядерные фотографические эмульсии (См. Ядерная фотографическая эмульсия).Действие всех Д. я. и. основано на ионизации или возбуждении заряженными частицами атомов вещества,заполняющего рабочий объём Д. я. и. В случае γ-квантов и нейтронов ионизацию и возбуждение производятвторичные заряженные частицы, возникающие в результате взаимодействия гамма-квантов или нейтронов срабочим веществом детектора (см. Гамма-излучение, Нейтрон). Т. о., прохождение всех ядерных частицчерез вещество сопровождается образованием свободных электронов, ионов, возникновением световыхвспышек (сцинтилляций (См. Сцинтилляция)), а также химическими и тепловыми эффектами. В результатеэтого излучения могут быть зарегистрированы по появлению электрических сигналов (тока или импульсовнапряжения) на выходе Д. я. и. либо по почернению фотоэмульсии и др. Электрические сигналы обычноневелики и требуют усиления (см. Ядерная электроника). Мерой интенсивности потока ядерных частицявляется сила тока на выходе Д. я. и., средняя частота следования электрических импульсов, степеньпочернения фотоэмульсии и т.д.

Дозиметрия, область прикладной физики, в которой изучаются физические величины, характеризующие действие ионизирующих излучении на объекты живой и неживой природы, в частности дозы излучения, а также методы и приборы для измерения этих величин.

35. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия (сильное, слабое, электpомагнитное и гpавитационное) и основные классы элементарных частиц.

Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.

Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, нейтрино, кварки и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Другие элементарные частицы (так называемые составные частицы, в том числе частицы, составляющие ядроатома — протоны и нейтроны) имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно по причине эффекта конфайнмента.

Всего вместе с античастицами открыто более 350 элементарных частиц. Из них стабильны фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от приблизительно 1000 секунд (для свободного нейтрона) до ничтожно малой доли секунды (от 10⁻²⁴ до 10⁻²², для резонансов).

Классификация[править | править вики-текст]

По величине спина [править | править вики-текст]

Все элементарные частицы делятся на два класса:

· бозоны — частицы с целым спином^[1] (например, фотон, глюон, мезоны, бозон Хиггса).

· фермионы — частицы с полуцелым спином^[1] (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

По видам взаимодействий [править | править вики-текст]

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы [править | править вики-текст]

· адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кваркови подразделяются, в свою очередь, на:

· мезоны — адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами;

· барионы — адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы [править | править вики-текст]

Основная статья: Фундаментальная частица

· лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (то есть не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны,тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

· кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

· калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

· фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

· восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;

· три промежуточных векторных бозона W ⁺, W ⁻ и Z ⁰, переносящие слабое взаимодействие;

· гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, первые экспериментальные указания на существование которого появились в 2012 году.

36. Классификация элементаpных частиц. Частицы и античастицы. Лептоны и адроны. Кварки.

Классификация[править | править вики-текст]

По величине спина [править | править вики-текст]

Все элементарные частицы делятся на два класса:

· бозоны — частицы с целым спином^[1] (например, фотон, глюон, мезоны, бозон Хиггса).

· фермионы — частицы с полуцелым спином^[1] (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино);

По видам взаимодействий [править | править вики-текст]

Элементарные частицы делятся на следующие группы:

Составные частицы [править | править вики-текст]

· адроны — частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кваркови подразделяются, в свою очередь, на:

· мезоны — адроны с целым спином, то есть являющиеся бозонами;

· барионы — адроны с полуцелым спином, то есть фермионы. К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, — протон и нейтрон.

Фундаментальные (бесструктурные) частицы [править | править вики-текст]

Основная статья: Фундаментальная частица

· лептоны — фермионы, которые имеют вид точечных частиц (то есть не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10⁻¹⁸ м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны, мюоны,тау-лептоны) и не наблюдалось для нейтрино. Известны 6 типов лептонов.

· кварки — дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались (для объяснения отсутствия таких наблюдений предложен механизм конфайнмента). Как и лептоны, делятся на 6 типов и считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.

· калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия:

· фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

· восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;

· три промежуточных векторных бозона W ⁺, W ⁻ и Z ⁰, переносящие слабое взаимодействие;

· гравитон — гипотетическая частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным; однако гравитон не входит в Стандартную модель элементарных частиц.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны — это кванты разных типов взаимодействий.

Кроме того, в Стандартной модели с необходимостью присутствует хиггсовский бозон, первые экспериментальные указания на существование которого появились в 2012 году.

Античасти́ца — частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, отличающаяся от неё знаками всех других характеристик взаимодействия^[1] (зарядов, таких какэлектрический и цветовой заряды, барионное и лептонное квантовые числа).

Кварк — фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e /3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии, но входящая в составадронов (сильно взаимодействующих частиц, таких как протоныи нейтроны). Кварки являются бесструктурными, точечными частицами; это проверено вплоть до масштаба примерно 5·10⁻¹⁸ м, что примерно в 20 тысяч раз меньше размерапротона.

Поиск по сайту: