nuclear_particles

1.

Ч А С Т Ь
I
Ядерные реакции
Законы смещения
Как происходят превращения атомных ядер
и что при этом изменяется
Физика · 11 класс

2.

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
Что такое ядерная реакция?
Это превращение атомных ядер в результате их
взаимодействия с другими частицами или друг с
другом.
Ядро изменяется
Меняется состав — число протонов и нейтронов
Выделяется энергия
Огромная энергия из ядерных связей
Новый элемент
Появляется другой химический элемент

3.

ЗАКОНЫ СМЕЩЕНИЯ
Законы смещения
Как изменяется ядро при радиоактивном распаде
Альфа-распад α
α
Ядро теряет α-частицу (2 протона + 2 нейтрона)
Z уменьшается на 2, A — на 4
Бета-распад β
β
Нейтрон превращается в протон + электрон (β⁻)
Z увеличивается на 1, A не меняется
Гамма-излучение γ
γ
Ядро сбрасывает избыток энергии в виде фотона
Z и A не меняются — только энергия

4.

ЦЕПОЧкА РАСПАДОВ
Цепочка радиоактивных превращений
Радий → Радон → Полоний — каждый распад создаёт новый элемент
Период полураспада
Устойчивый изотоп
Трансмутация
Время, за которое распадётся
половина ядер
В конце цепочки — стабильное ядро
свинца
Превращение одного элемента в
другой

5.

ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
Три вида излучения
α
Альфа
β
Бета
γ
Гамма
Задержка: Лист бумаги
Задержка: Алюминий 5 мм
Задержка: Свинец / бетон
Опасен внутри тела
Умеренно опасен
Наиболее проникающий

6.

ПРИМЕНЕНИЕ
Где используются ядерные реакции?
Атомные электростанции
Вырабатывают ~10% мировой
электроэнергии без выброса CO₂
Датировка и геология
Радиоуглеродный анализ определяет
возраст предметов до 50 000 лет
Ядерная медицина
МРТ, ПЭТ-сканирование, лечение рака
радиоактивными изотопами
Ядерное оружие
Опасное применение — цепная
реакция деления урана или плутония
Космические аппараты
Ядерные батареи (РИТЭГи) питают
зонды далеко от Солнца
Научные исследования
Изучение состава материи на
коллайдерах и реакторах

7.

РАДИАЦИЯ: ПОЛЬЗА И
ОПАСНОСТЬ
Радиация вокруг нас
✓ ПОЛЬЗА
✗ ОПАСНОСТЬ
Лечение онкологических заболеваний
Стерилизация медицинских инструментов
Датирование исторических артефактов
Чистая атомная энергетика
Диагностические технологии (МРТ, ПЭТ)
Повреждение ДНК и клеток
Лучевая болезнь при высоких дозах
Онкологические заболевания
Ядерные аварии (Чернобыль, Фукусима)
Ядерное оружие — угроза человечеству

8.

ДЕЛЕНИЕ И СИНТЕЗ
Два пути ядерной энергии
ДЕЛЕНИЕ ЯДРА
ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ
Тяжёлое ядро (уран, плутоний) разбивается на более
мелкие части, выделяя колоссальную энергию.
Лёгкие ядра (дейтерий + тритий) сливаются в одно,
выделяя ещё больше энергии. Так работает Солнце.

9.

Ч А С Т Ь
I I
Элементарные
частицы
В глубины материи — туда, где нет ничего меньше
Физика · 11 класс

10.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЙ
Как мы познали строение атома
Путь от неделимого шара до кварков — за 70 лет
Модель Томсона
Модель Резерфорда
Квантовая модель
"Пудинг с изюмом" — электроны в
однородном заряде
Планетарная — ядро в центре, электроны
по орбитам
Электроны — не частицы, а облака
вероятностей

11.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Что такое элементарные частицы?
Это мельчайшие известные объекты во Вселенной — они
уже не делятся на части.
Кварки
6 видов — «u», «d», «s», «c», «b», «t». Строительные кирпичики
протонов и нейтронов
Лептоны
Электрон, мюон, тау-лептон и три вида нейтрино — не чувствуют
сильного ядерного взаимодействия
Бозоны
Частицы — переносчики сил: фотон (свет), глюоны, W и Z бозоны

12.

КВАРКИ
Кварки — внутри протонов и нейтронов
Протон состоит из 2 верхних (u) и 1 нижнего (d)
кварка.
6 «вкусов» кварков
Верхний (u), нижний (d), странный (s), очарованный
(c), прелестный (b), истинный (t)
Цветовой заряд
Кварки связаны глюонами — переносчиками
сильного взаимодействия
Кварки не бывают свободными
Их никогда не наблюдали поодиночке — только в
составе адронов
Анти-кварки
У каждого кварка есть античастица с
противоположным зарядом

13.

СТАНДАРТНАЯ МОДЕЛЬ
Стандартная модель физики
Каталог всех известных элементарных частиц
12 частиц материи
6 кварков + 6 лептонов — из них строится вся
материя
Бозон Хиггса
Найден в 2012 году — объясняет, почему у
частиц есть масса
4 взаимодействия
Сильное, слабое, электромагнитное и
гравитация

14.

АНТИЧАСТИЦЫ
Зеркальный мир — античастицы
У каждой частицы есть «зеркальная копия» — античастица с противоположным зарядом.
Аннигиляция
Позитрон (e⁺)
Антиматерия в медицине
При встрече частица и античастица
превращаются в чистую энергию (γфотоны)
Открыт в 1932 г. Андерсоном — первая
обнаруженная античастица
ПЭТ-томография использует позитроны
для диагностики

15.

КОЛЛАЙДЕРЫ
Коллайдеры — машины для познания
Учёные разгоняют частицы до скоростей, близких к
скорости света, и сталкивают их — чтобы
«заглянуть» внутрь.
БАК — ЦЕРН, Швейцария
27 км в окружности — самый большой в мире ускоритель
Открытие бозона Хиггса
2012 год — 50 лет поиска и, наконец, обнаружена
«частица Бога»
Температура столкновений
В 100 000 раз горячее центра Солнца при каждом ударе
Тёмная материя и энергия
Следующие цели — 95% Вселенной всё ещё необъяснено

16.

Частицы строят
Вселенную
Кварки → протоны и нейтроны → атомные ядра
Ядра + электроны → атомы → молекулы → вещество
Фотоны → свет и тепло → жизнь на Земле
Нейтрино → пронизывают всё, почти не взаимодействуя
"Мы сделаны из звёздной пыли — атомов, рождённых в ядерных реакциях звёзд"
— Карл Саган