Ядерная физика

1. Ядерная физика

2.

• Ядерная физика, раздел физики, посвященный
изучению структуры атомного ядра, процессов
радиоактивного распада и механизма ядерных
реакций. Придавая этому термину более общий
смысл, к ядерной физике часто относят также
физику элементарных частиц. Иногда разделами
«Ядерная физика» продолжают считать
направления исследований, ставшие
самостоятельными ветвями техники, например
ускорительную технику ядерную энергетику.
Исторически «Ядерная физика» возникла ещё до
установления факта существования ядра
атомного. Возраст «Ядерной физики» можно
исчислять со времени открытия радиоактивности.

3.

Канонизированного деления современной ядерной
физики на более узкие области и направления не
существует. Обычно различают ядерную физику низких,
промежуточных и высоких энергий. К ядерной физике
низких энергий относят проблемы строения ядра,
изучение радиоактивного распада ядер, а также
исследования ядерных реакций, вызываемых частицами с
энергией до 200 Мэв. Энергии от 200 Мэв до 1 Гэв
называются промежуточными, а свыше 1 Гэв — высокими.
Это разграничение в значительной мере условно
(особенно деление на промежуточные и высокие энергии)
и сложилось в соответствии с историей развития
ускорительной техники. В современной ядерной физике
структуру ядра исследуют с помощью частиц высоких
энергий, а фундаментальные свойства элементарных
частиц устанавливают в результате исследования
радиоактивного распада ядер.

4.

• Обширной составной частью ядерной физики
низких энергии является нейтронная физика,
охватывающая исследования взаимодействия
медленных нейтронов с веществом и ядерные
реакции под действием нейтронов. Молодой
областью ядерной физики является изучение
ядерных реакций под действием многозарядных
ионов. Эти реакции используются как для поиска
новых тяжёлых ядер, так и для изучения
механизма взаимодействия сложных ядер друг с
другом. Отдельное направление ядерной физики
— изучение взаимодействия ядер с электронами
и фотонами. Все эти разделы ядерной физики
тесно переплетаются друг с другом и связаны
общими целями.

5. Ядерные реакции

6.

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного
ядра с другим ядром или элементарной частицей,
сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и
Символически реакции записываются в виде:
выделением вторичных частиц или γ-квантов. В результате
ядерных
реакций
могут
образовываться
новые
радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в
естественных условиях.
A + X → Y +b
В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения
электрических зарядов и массовых чисел: сумма зарядов (и массовых
чисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна
сумме зарядов (и сумме массовых чисел) конечных продуктов
(ядер и частиц) реакции. Выполняются также законы сохранения
энергии, импульса и момента импульса.

7.

• Ядерные
Если реакция
идет с могут
выделением
энергии, то (с
реакции
быть кинетической
как экзотермическими
Q>0 и реакция
называется
экзотермической. (с поглощением
выделением
энергии)
так и эндотермическими
• Если реакция идет с поглощением кинетической энергии, то
энергии).
Q<0 и реакция называется эндотермической.
Q=E'k-Ek.
Энергетическим выходом ядерной реакции или
энергией реакции Q называется разность
кинетических энергий конечного и начального
состояний частиц, участвующих в ядерной реакции:
Q=(ml + m2—т3—т4)с2

8.

ядернаявпервые
реакциябыло
былаосуществлено
осуществленаискусственное
в 1919 г.
ВПервая
этой реакции
Э. Резерфордом.
Бомбардируя
ядра
азота альфа-частицами,
превращение
одного
химического
элемента
в другой.
он получил вместо
азота кислород:
Рассказывают,
что Резерфорд
был настолько поглощен
исследованиями
этогоисследованиями,
превращения, что даже опоздал как-то
«Я был занят
на важное
заседание
Комитета
по военным
разработкам.
которые,
как мне
кажется,
могут
Объясняя
свою задержку,
он сказал:
привести
к искусственному
расщеплению атома. Если это
действительно так, то подобное
исследование неизмеримо
важнее, чем война!»

9.

В этой же реакции из ядра азота было
выбито ядро водорода
Отсюда Резерфорд заключил, что оно является составной
частью сложных ядер и может считаться новой элементарной
частицей. Эту частицу сначала хотели назвать «бароном» (от
греч. «барос» — тяжесть), но более подходящим оказалось
название «протон», которое было предложено Резерфордом в
1920 г. С одной стороны, оно происходило от греч. «протос» —
первый, первичный, а с другой стороны, по замыслу
Резерфорда, напоминало фамилию английского ученого У.
Проута, который еще в 1815 г. выдвинул гипотезу о том, что
атомы водорода входят в состав всех остальных атомов.

10.

Нейтрон, как уже говорилось, был открыт значительно позже,
в 1932 г. Автором этого открытия считается английский физик
Дж. Чедвик, хотя ядерная реакция, в которой впервые
проявился нейтрон, а именно
наблюдалась за два года до этого немецкими физиками В.
Боте и Г. Бекером. Именно они впервые заметили, что в
результате облучения бериллия альфа-частицами возникает
какое-то нейтральное излучение. Однако Боте и Бекер
приняли его за гамма-излучение, и лишь Чедвик убедительно
«Коронация»
нейтрона
произошла
28 апреля
показал, что
это новые частицы
с нулевым
электрическим
1932 г. в Лондонском
королевскомчастицы,
обществе.
зарядом. Поскольку
это были нейтральные
их
Резерфорд
сказал: «Если
решили назвать
нейтронами
(от лат.гипотеза
neuter—о ни тот ни
другой). нейтронах будет подтверждена далее, то они
будут иметь большое влияние на наше
понимание образования ядра и его состава».

11.

Ядерные реакции могут протекать:
В естественных
условиях
(например, в
недрах звезд)
В лабораторных
экспериментах.

12.

Источниками частиц могут служить радиоактивные препараты,
Различают
два
основных
класса
детекторов:
космические лучи, ядерные реакторы и ускорители заряженных
частиц. Полученный от того или иного источника пучок частиц
направляют на определенный блок вещества, называемый
трековые
детекторы
мишенью.
В
результате
взаимодействия
налетающих
частиц с
В счетчиках прохождение
позволяют
визуально
ядрами
мишени
возникают
новые
частицы.
Для
того чтобы их
частицы вызывает
наблюдать
или фиксировать
зарегистрировать,
применяют
специальные
устройства,
появление электрического
фотографическими и
называемые
детекторами
частиц.
импульса. Это позволяет
электронными методами
вести счет частиц, а также
треки частиц — следы,
измерять некоторые их
оставляемые ими в рабочем
характеристики.
веществе детектора