Ядерная физика. Энергия связи. Закон радиоактивного распада. Лекция 16

1.

Ядерная физика. Энергия связи.
Закон радиоактивного распада.

2.

• Ядро состоит из двух видов элементарных частиц:
Резерфорд
Чедвик
протонов
нейтронов
нуклоны
• Принято обозначать:
• Z – число протонов в ядре,
атомный номер – зарядовое число
• N= А-Z – число нейтронов в ядре
• А – число нуклонов (р+n) - массовое число ядра
• Атомы с одинаковым порядковым номером (т. е. атомы
одного и того же элемента), но различными атомными
числами называются изотопами.
• Протон - положительно заряженная частица ( qe = qp ),
нейтрон- нейтральная частица
• Число протонов в ядре = числу электронов атома

3.

• В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен) –
он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и
испуская электрон ( - частицу) и частицу, называемую
антинейтрино (t 12 мин.):
Масса покоя антинейтрино = 0
Протоны — стабильные элементарные частицы
Обозначение: zXA , X – химический символ
Изотопы водорода:
• Протоны и нейтроны являются
фундаментальными частицами и
состоят из кварков.

4.

• Размеры атома определяются размерами электронных оболочек
и составляют для всех Z величину порядка 10-8 см.
• Масса ядра всегда < суммы масс входящих нуклонов, т.к. при
объединение нуклонов выделяется энергия связи Eсв
• Eсв = работе, необходимую совершить, чтобы разделить
образующие ядро нуклоны и удалить их друг от друга на
расстояния, на которых они не взаимодействуют:
Есв=Dm·c2, где Dm-дефект массы ядра.
• Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, называется
удельной энергией связи
• Сильно взаимодействие нуклонов – большая энергия связи
• Ядерное взаимодействие между нуклонами называется сильное
взаимодействие - взаимодействие
притяжения, хотя
присутствуют электростатические силы отталкивания
• Ядерные реакции возникают при взаимодействии атомных ядер
с элементарными частицами или с ядрами других элементов.
• В результате ядерных реакций образуются новые ядра.

5.

• Радиоактивность – самопроизвольное превращение
неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп
другого элемента, сопровождающееся испусканием
элементарных частиц или ядер
• Пусть - вероятность для каждого радиоактивного ядра
испытать превращение в единицу времени
• N- число атомов радиоактивного вещества
• dN – количество атомов, претерпевших превращение за время dt
• Тогда
интегрируем
• Закон радиоактивного распада:
• где N0 – количество нераспавшихся атомов в начальный момент,
N – количество нераспавшихся атомов в момент времени t,
- постоянная распада -характерная для радиоактивного
вещества константа
• Время, за которое распадается половина первоначального
количества атомов, называется периодом полураспада T:

6.

Основные распады:
1. - распад - сопровождается испусканием альфа-частиц (2Не4),
может сопровождаться излучением - лучей:
2. -распад - сопровождается испусканием электрона, позитрона
(античастицы электрона)), К-захват – ядро поглощает один из
электронов к-слоя атома, может сопровождаться излучением лучей. Три схемы:
антинейтрино
3. протонная радиоактивность – ядро изменяется, испуская
1 или 2 протона
4. спонтанное деление тяжелых ядер – процесс
самопроизвольного деления ядер урана на две примерные
равные части.

7.

• Виды излучения радиоактивного вещества:
• - излучение – отклоняется под действием магнитного поля
как поток положительных частиц
• - излучение - отклоняется под действием магнитного поля
как поток отрицательных частиц
• - излучение – не зависят от магнитного поля

8.

• Существуют два способа высвобождения внутриядерной
энергии:
• деление тяжелых ядер (цепная реакция) – для разделения ядра
необходим ряд промежуточных состояний, энергия которых >
энергии основного состояния ядра необходима
дополнительная энергия энергия активации м.б. сообщена
тяжелому ядру при захвате им дополнительного нейтрона
• синтез легких ядер (термоядерная реакция) –
сближению ядер препятствует
кулоновское отталкивание
необходима огромная скорость
движения ядер температуры
порядка нескольких сот
миллионов градусов.

9.

• Свойства ядерных сил:
1. Короткодействующие- на расстояниях < 2 10-13
2. Сильное взаимодействие не зависит от заряда нуклонов:
Fpp=Fpn=Fnn
3. Зависят от взаимной ориентации спинов
взаимодействующих нуклонов (n+p= дейтон, если спины
)
4. Обладают свойством насыщения ( каждый нуклон в ядре
взаимодействует с ограниченным числом нуклонов)