Sivuhin_V-2
.pdfД.В.Сивухин
ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ. Т.V,Ч.2 ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
Вторая часть пятого, завершающего, тома «Общего курса физики», созданного профессором Московского физико-технического института Д.В.Сивухиным (первая часть «Атомная физика» выпущена в 1986 г.). Главное внимание уделено выяснению физического смысла и содержания основных законов и понятий ядерной физики, установлению границ применимости этих законов, развитию у студентов навыков физического мышления и умения ставить и решать конкретные задачи.
Для студентов физических и математических факультетов университетов, физико-технических а инженерно-физических институтов, а также вузов, где физика является основной дисциплиной.
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Предисловие |
5 |
ГЛАВА VIII |
|
СТАТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АТОМНОГО ЯДРА |
|
§ 63. Введение |
7 |
§ 64. Энергия связи ядра |
18 |
§ 65. Размеры ядра |
29 |
§ 66. Спин ядра и сверхтонкая структура спектральных липни |
35 |
§ 67. Влияние спина ядра на эффект Зеемана |
47 |
§ 68. Измерения спинов и магнитных моментов ядер методом магнитного |
49 |
резонанса. Опытные данные о спинах и магнитных моментах ядер |
|
§ 69. Четность. Закон сохранения четности |
52 |
§ 70. Электрические свойства и форма ядра |
58 |
ГЛАВА IX |
|
РАДИОАКТИВНОСТЬ |
|
§ 71. Введение |
63 |
§ 72. Законы радиоактивного распада |
69 |
§ 73. Альфа-распад |
75 |
§ 74. Бета-распад |
87 |
§ 75. Гамма-излучение ядер и внутренняя конверсия электронов |
105 |
§ 76. Эффект Мёссбауэра |
109 |
ГЛАВА X |
|
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЯДЕРНЫХ МОДЕЛЯХ |
|
§ 77. Общие сведения |
118 |
§ 78. Оболочечная модель ядра |
122 |
ГЛАВА XI |
|
ПРОХОЖДЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И ГАММА-КВАНТОВ |
|
ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО |
|
§ 79. Введение |
134 |
§ 80. Прохождение тяжелых заряженных частиц через вещество |
135 |
§ 81. Прохождение легких заряженных частиц через вещество |
143 |
§ 82. Прохождение гамма-квантов через вещество |
149 |
§ 83. Другие проявления взаимодействия ядерных частиц с веществом |
155 |
ГЛАВА XII |
|
ИСТОЧНИКИ И МЕТОДЫ РЕГИСТРАЦИИ ЯДЕРНЫХ ЧАСТИЦ |
|
§ 84. Ускорители |
159 |
§ 85. Источники нейтронов и других нейтральных частиц |
182 |
§ 86. Детекторы частиц |
187 |
ГЛАВА XIII |
|
ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ |
|
§ 87. Терминология и определении |
203 |
§ 88. Законы сохранения в ядерных реакциях |
208- |
§ 89. Составное ядро |
216 |
§ 90. Ядерные реакции, идущие через составное ядр.> |
219 |
§ 91. Дополнительные сведения о ядерных реакциях', |
224 |
ГЛАВА XIV |
|
НЕЙТРОНЫ И ДЕЛЕНИЕ АТОМНЫХ ЯДЕР |
|
§ 92. История открытия нейтрона |
232 |
§ 93. Деление атомных ядер |
236 |
§ 94. Трансурановые элементы |
248 |
§ 95. Цепная реакция и ядерные реакторы |
268 |
§ 96. Природный ядерный реактор в Окло |
28,5 |
§ 97. Использование антинейтрино для контроля ядерного реактора |
285 |
§ 98. Термоядерная проблема |
288 |
§ 99. Нейтронная оптика |
304 |
ГЛАВА XV |
|
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ АСТРОФИЗИКИ |
|
§ 100. Источники энергии звезд |
318 |
§ 101. Некоторые сведения из астрономии |
330 |
§ 102. Краткие сведения об эволюции звезд |
335 |
§ 103. Космические лучи |
354 |
ГЛАВА XVI |
|
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ |
|
§ 104. Что такое элементарные частицы |
371 |
§ 105. Классификация элементарных частиц |
374 |
§ 106. Античастицы |
378 |
§ 107. Законы сохранения энергии и импульса и их приложения |
382 |
§ 108. Законы сохранения электрического, лептопных и барионного |
389 |
зарядов |
|
§ 109. Другие законы сохранения и квантовые числа |
393 |
§ 110. Кварковая модель адронов |
399 |
Таблицы |
407 |
Именной указатель |
410 |
Предметный указатель |
412 |
Ядерная физика излагается в этой книге как раздел общего курса физики. Книга не ставит целью подробное изложение всех проблем этой науки. Почти все главы и параграфы книги при подробном изложении могли бы составить содержание специальных монографий. К ним и следует обращаться всем специализирующимся в различных областях ядерной физики. Здесь же приводится, да и то часто в общих чертах, только такой материал, в котором должен ориентироваться студент-физик, независимо от того, какую узкую специальность он изберет в дальнейшем.
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ |
|
Авогадро 141 |
Вильсон 141, 156, 199, 355, 356, 379, |
Алиханов 101, 102 |
385 |
Алиханьян 101, 102 |
Владимирский 317 |
Аллен 102 |
Волков 344 |
Альварец 163, 164, 165 |
Вульф 306, 317 |
Андерсон 16, 376, 378, 379 |
Вустер 94, 781 |
Арцимович 289, 300 |
Гайтлер 147, 148 |
Бак 47 |
Гамильтон 382 |
Басов 304 |
Гамов 79, 81, 82, 87 |
Беккер 232, 233 |
Ган 108, 237, 238 |
Беккерель 7 |
Гартинг 349 |
Белл 344 |
Гейгер 76, 77, 84, 86, 232, 355, 356, |
Бете 140, 144, 147, 148, 318, 350 |
357 |
Блох 140 |
Гейзенберг 8, 14, 81 |
Блэккет 379 |
Гелл-Манн 394, 399 |
Бозе 374 |
Гёпперт-Майер 130 |
Больцман 322, 324 |
Герке 36 |
Бор |
Герлах 49 |
Нильс 36, 38, 120, 140, 216, 225, 230, |
Герцшпрунг 333, 334, 336, 337 |
240, 249, 259 |
Гесс 354, 355 |
Бор Оге 133 |
Гиорсо 255 |
Боте 232, 233 |
Глазер 199 |
Браун 350 |
Глэшоу 405 |
Брейт 220 |
Гоккель 354 |
Бройль де 119, 207, 230, 225, 304 |
Гольданский 64 |
Брэгг 306, 317 |
Дебай 306 |
Вавилов 156, 196, 197 |
Дирак 351, 374, 378 |
Вайнберг 405 |
Добрецов 36, 37, 43 |
Ван-де-Грааф 160, 161, 173, 256, 257 |
Доплер 111 |
Бейцзеккер 23, 24, 94, 108, 120, 122, |
Дэвис 103, 339 |
239 |
Жолио-Кюри Фредерик 63, 64, 233, |
Векслер 169, 172 |
259 |
Вигнер 220 |
Завойский 304 |
Видерое 161, 163, 164 |
Зееман 46, 47 |
|
Зельдович 310 |
Иваненко 8, 16 Йенсен 130 Кадомцев 300 Капица 199 Карно 293 Клейн 152 Кокрофт 204, 209 Кольхерстеу 355
Комптоп 151, 152. 154 Кондон 79, 81 Коуэн 102, 104, 196, 285
Кристофилос 178 Крускал 301 Кузьмин 104
Кулон 30, 80, 138
Курант 178
Курчатов 108, 258, 276, 281, 297 Кюри (Жолио) Ирен 63, 64, 233, 237
23Э
Кюри Мария 7, 251 Кюри Пьер 7, 251 Лагранж 382
Лаплас 60, 350, 351 Латтес 17 Лауэ 306 Ледерман 381 Лежандр 55
Лейпунский 100, 102
Леонтович 81, 289, 300, 758
Ливипгстон 178 Лоренц 168, 358 Лоуренс 166
Лоусон 295, 296, 297, 303
Луммер 36 Любимов 99 Майкельсон 36 Мак-Миллан 169 Мандельштам 81
Мейтнер Лизе 237, 238
Менделеев 122, 255, 261, 262
Мёссбауэр 69, 109, 113, 115 Милликен 355, 403 Моттельсон 133
Мюллер 355, 356, 357, 1209
Неттол 76. 77, 84, 86
Ниппша 152 Нншинджима 394 Ноддермайер 16, 376 Ньютон 347
Оганесян 259, 260, 261 Оже 107 Оккпалшш 17, 379 Оппенгеймер 344
Паули 35, 36, 38, 95, 96, 99. 120, 126, 128, 342, 352, 378
Паунд 116 Пауэлл 17 Пашен 47 Перл 376
Перо 36, 37 Петржак 64, 243, 244
Планк 38, 81 Понтекорво 104, 338 Прокопткин 381 Пуассон 74 Ребке 116
Резерфорд 7, 30, 80, 81, 156, 159, 189, 232, 235, 258, 403
Рейнес 102, 196, 285
Рейноутер 133
Ресссл 333, 334, 336, 337 Росси 356, 357 Савич 237, 238
Салам 405 Сиборг 255
Скобельцын 19!), 355, 356 Сшшдер 116, 178 Стефан 324 Сгмутиисиий 240, 262 Тамм 16, 152
Тереиин 36, 37, 43
Томсон 152 Третьяков 09 Уилер 240
Уолтон 204, 209
Фабри 37
Ферми 95, 96, 99, 100, 200, 236. 237, |
Чедвик 8, 94, 232, 234, 235, 238 |
238, 250, 276, 339, 340, 342, 343, |
Черенков 156, 196, 197, 380 |
351, 352, 367, 374 |
Шафранов 301 |
Флеров 64, 243, 244, 256, 264 |
Шварцшильд 346, 347, 350, 351 |
Фок 10 |
Шерер 306 |
Френель 312 |
Широков 11 |
Френкель 120, 240 |
Шкловский 335 |
Фриш |
Шредингер 52, 53, 82, 128, 130 |
Отто 238 |
Штерн 49 |
Хартри 10 |
Штрассман 237, 238 |
Хелл 306 |
Шюлер 36 |
Хоукиг 347 |
Эйлер 321 |
Хофштаттер 33 |
Эйнштейн 20, 116, 374 |
Хьюиш 344 |
Эллис 94 |
Цвейг 399 |
Юдин 11 |
Чандрасекар 342 |
Юкава 16, 17 |
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ |
|
Автофазировка 169, 170 |
Ахондриты 268 |
Адроны 156, 376 |
Барионныи заряд 214, 390 |
Азотная катастрофа 50 |
Барионы 213, 377, 401 |
Активная зона реактора 271 |
— очарованные 402 |
Активность 69 |
Беккерель (единица) 69 |
Альфа-распад 63, 75 |
Белые карлики 335, 342 |
— необлегченный 87 |
Бериллиевы лучи 233 |
— облегченный 87 |
Берклий 251 |
Альфа-частицы длиннопробежные 86 |
Бета-распад 63, 87 |
Америций 251 |
— двойной 92 |
Амплитуда рассеяния 309, 310 |
— обратный 102 |
— — магнитного 317 |
— позитронный 64, 87 |
Аннигиляционные потери 157 |
— электронный 64, 87 |
Аннигиляция 152, 379 |
— — захват 64, 87 |
— двухфотонная 157 |
Бетатрон 173 |
Антивещество 381 |
Бланкет 291 |
Антидейтрон 381 |
Блеск звезды 330 |
Антинейтрино электронное 96 |
Бозоны 374 |
— мюонное 97 |
Брегговский скачок 306 |
— таонное 97 |
Бустер 177 |
Антинейтрон 381 |
Вектор поляризации 208 |
Антипротон 380 |
Великое объединение 406 |
Антицвет 404 |
Верхняя граница бета-распада 93, 343 |
Античастицы 378 |
Взаимодействия гравитационные 12, |
Аромат 399 |
373 |
Атомная единица массы 9 |
— сильные 12, 373 |
— слабые 12, 373 |
Двухпротонный распад 63 |
— электромагнитные 12, 373 |
Деление ядра 236 |
Вилка 385 |
Детекторы 187 |
Вириал и теорема вирнала 319 |
— Гейгера 193 |
Виртуальные кванты 15 |
— — Мюллера 188, 193 |
— частицы 15 |
— импульсные ионизационные |
Внутренняя конверсия 107 |
камеры 188, 190 |
— — коэффициент 107 |
— ионизационные 188, 189 |
— — парная 107 |
— полупроводниковые 188, 198 |
Водородный цикл 327 |
— пропорциональные 188, 191 |
Возраст |
— сциптнлляционные 188, 193 |
Земли 74 |
— трековые 187, 190 |
Волна встречная 164 |
—черенковские 188, 197 |
— попутная 164 |
— электронные счетчики 187 |
Восточно-западная асимметрия |
Дефект массы ядра 19 |
космических лучей 212 |
— — нейтрального атома 20 |
Вращательные энергетические |
Диаграмма |
уровни 62 |
Гершпрунга —Рессела 334 |
Время восстановления счетчика 189 |
Дипольный магнитный момент ядра |
— жизни 70 |
59 |
Встречные пучки 181 |
Дифракционное рассеяние 207 |
Входной 205 |
Дрейфовые (пролетные) трубки 181 |
Вырожденный газ 352 |
Дуанты 167 |
Выход реакции 183, 208 |
Естественная ширина линии 112 |
Выходной канал 205 |
Жолиотий 258 |
Гамма-излучение 105 |
Загадка солнечных нейтрино 104 |
Гелиевый цикл 329 |
Закон |
Генератор Ван-дер-Граафа 160 |
Гейгера —Петтола 76 |
— — перезарядный (тандем- |
— сохранения барионного заряда |
генератор) 161 |
208, 383, 389 |
Гигантский резонанс 230 |
— — изотопического спина 208, 307 |
Гиперзаряд 395 |
— — импульса 208, 383, 387 |
Гиперопы 377 |
— — красоты (прелести) 383 |
Глубоконеупругое рассеяние 403 |
— — лептонных зарядов 98, 208, 383, |
Глюоны 17, 404 |
389 |
Гравитационное смещение |
— — момента импульса 208, 383, 389 |
спектральных линий 115 |
— — очарования (шарма) 383 |
Гравитационный коллапс 344, 346 |
— — странности 383, 394 |
— радиус 346, 374 |
— — четности 53, 208, 395 |
Гравитоны |
— — электрического заряда 208, 383, |
Границы Ферми 352 |
389 |
Граничная длина волны нейтрона |
— — энергии 208, 383, 387 |
315, 316 |
— 1/v 220 |
— энергия нейтрона 315, 316 |
Запаздывающие нейтроны 65 |
Запрещенные линии 58 Заряд лептонный 98, 390
—мюонный 390
—таонный 390
Зарядовая независимость ядерных сил 397
— симметрия 9 Зарядовое число (порядковый номер
элемента) 8 Зашлаковывание реактора 280 «Звезда» 381 Звездная величина 330
—— абсолютная 331
—— визуальная 332
—— фотовизуальная 332
—— фотографическая (синяя) 332 Звезды главной последовательности
334
Зеркальные ядра 9 Зона воспроизводства 281 Изобары 8 Изомеры 108 Изотоны 8
Изотопическая инвариантность 9, 307
—ось 396
Изотопические мультиплеты 395 Изотопический спин (изоспин) 396 Изотопическое пространство 396 Изотопы 8 Инклюзивное сечение 206
Ионизационные потери 135 Истинно элементарные частицы 376 Источники нейтронов 182 ИТЭР 303 Калифорний 251 Камера Вильсона 188
—диффузионная 199
—дрейфовая 188
—искровая 188, 201
—криогенная 199
—пропорциональная 192
—пузырьковая 188
—стримернал 188 202
Квадрупольный момент внешний 61
—— внутренний 61 Квазинейтральный 292
—магнитный дипольный 57
Квант электрический дипольный 57
—— квадрупольный 57 Квантовая хромодинамика 405 Кварки 399 Кварковая модель адронов 399
Классический радиус электрона 152 Классы звезд 332 Конвертор 316 Конус потерь 298 Конфаймент 404
Космические лучи 354, 355
—— — вторичные 357 Космические лучи галактические 357
—— первичные 357
—— солнечные 357
Коэффициент воспроизводства 281
—газового усиления 191
—размножения нейтронов 272
—теплового использования 273 Красные гиганты 335
—карлики 335
—сверхгиганты 335
Красота (прелесть) 305, 403 Критерий Лоусона 295, 296
—Шафранова —Крускала 301 Критическая масса 274
—энергия 149 Курчатовий 258 Кюри (единица) 69 Кюрий 251 Лептоны 97, 376 Ливни 157
—широкие атмосферные 364
—электронно-протонные каскадные
370
Линейный коэффициент поглощения 150
Ловушки ультрахолодных нейтронов
316
Лоуренсий 258
Магические числа 24, 122
—ядра 24, 122 Магнетон Бора 39
—ядерный 39 Магнитная жесткость 356 Магнитное 2L-поле 57 Магнитные зеркала 317
—квадрупольные линзы 178
—ловушки 298
—моменты ядер 49
—пробки 298 Магнитогидродинамическая модель
плазмы двухжидкостная 299
—— — одножидкостная 299 Масса инвариантная (покоя) 383 Массовое число 8 Массовый коэффициент поглощения
150 Мезоны 377, 400
—с явным очарованием 402 Менделевий 255 Метод магнитного резонанса 50
—носителя 104
—сравнения интенсивностей 43 Мпкротрон 172 Модель испарения 223 Мощность реактора 279 Мультиполь 56
Мюоны 34, 376
Накопительные кольца 182
—— нейтронные 317
Насыщение ядерных сил 21 Нейтрино мюонное 97
—таонное 97
—электронное 96 Нейтронные волны 304, 805
—звезды (пульсары) 343, 344 Нейтроны быстрые 269, S05
—вторичные 245
—высокоэнергетичные 305
—запаздывающие 246, 247, 277
—мгновенные 246
—релятивистские 305
—тепловые 269, 305
—ультрахолодные 305 Нейтроновод 316 Неоновый цикл 329 Нептуний 250 Нильсборий 259 Нобелий 257 Нуклид 8
Нуклонное самосогласованное поле 127
Нуклонный потенциал 311 Нулевые матрицы 311 Область Гейгера 193 Оболочка 122 Оператор инверсии 52
Оптимальная температура 295 Остров стабильности 262 Отравление реактора 280 Отражатель 273 Очарование (шарм) 395, 402
Парциальное сечение реакции 215 Переносчики взаимодействия 376
—— W±, Z0-бозоны 376
Период (время) полураспада 71 Пинч-эффект 297 Пионы 97 Плазменный шнур 299 Плутоний 250
Подбарьерный процесс 217 Позитроний 380 Показатель преломления 226
—— нейтронных волн 312, 315
—цвета 332
Поле полоидальное 301
— тороидальное 301 Полуширина линии доплеровская 111 Поляризация нейтрино 110 Поляризованные частицы 206 Порог реакции 210 Постоянная распада 69
— спин-орбитального взаимодействия 130
Потенциальный барьер 80 Пропила отбора 57
Правило (метод) интервалов 41 Предравновесный распад 225 Преоны 372 Пробег 136, 142
—максимальный 145
—средний 149 Протозвезда 318 Протонный распад 63 Радиатор 196 Радиационная длина 148
Радиационные потери 144, 147 Радиоактивность 63
—искусственная 63
—наведенная 158
—основной закон 70 Радиоактивные семейства (ряды) 66,
67
—ядра 63
Радиус ядра 29 Разрешение временное 188, 357
—пространственное 188 Реакторы гетерогенные 276
—гомогенные 276
—исследовательские 280
—экспериментальные 280
—энергетические 280
Реакторы-размножители (бридеры) 281
Режим стационарный 272
—критический 272
—надкритический 272
—подкритический 272 Резерфорд (единица) 69 Резерфордий 258 Резонансные частицы (резонансы)
375
Самоподдерживающаяся реакция 273 Сверхновые звезды 349 Сверхтонкая структура спектральных
линий 36 Сверхъядра 263 Сверхэлементы 263 Светимость звезды 330
Симметрия «вперед-назад» 218
Синхротрон 176 Синхрофазотрон 177
Система отсчета лабораторная (ЛС) 205
—— центра масс (ЦМ) 205 Солнечный ветер 364 Составное (промежуточное) ядро
(компаунд-ядро) 216 Состояние дипольное 57
—квадрупольное 57
—октуполыюе 57
—смешанное 206
—чистое 206
Спин ядра 35, 38, 49 Сшгралыюсть нейтрино 99 Спонтанное деление 63 Среднее время удержания 294 Странность 394 Странные частицы 393 Стримеры 202 Субгиганты 335 Субкарлики 335
Сфера Шварцшильда (горизонт событий) 346
Схема совпадений 256 Температура вырождения 352 Тепловыделяющие элементы
(ТВЭЛы) 276
Теплоноситель 279 Термоядерная проблема 288, 290 Токамак 300
Толстослойные фотоэмульсии 188, 200
Томсоновское (классическое) рассеянно 152
Тонкая структура спектра α -частиц
86
Тормозное излучение 147 Трансурановые элементы (трансураны) 248 Туннельный эффект 82 Углеродный цикл 327, 329 Угловое распределение 205
Упаковочный коэффициент 20
Управляемый термоядерный синтез
289
Уровень Ферми 339 Ускоритель Видерое 161
—линейный 161
—на встречных пучках 181
—с бегущей волной 165
—циклический 169
Условие Брэгга —Вульфа 306
—зажигания термоядерной реакции
295
—радиационного равновесия 73 Фазотрон (синхрофазотрон) 169 Фермий 253 Фермионы 374 Фокусировка 168
—Бете 144
—Бора 140
—Брейта и Вигнера 221
—жесткая (сильная) 178
Формула Вейцзеккера 23
—Томсона 152 Фотоядерные реакции 229 Функции нечетные 52
—четные 52
Характер уровня 58 Хондры 268 Цвет 404
Центробежный барьер 85 Цепная реакция 270 Циклотрон 166
—изохронный 180 Чандрасекаровский предел 342 Чармоний 402 Частицы истинно нейтральные 378
—квазистабильные 375
—нечетные 55
—очарованные 401
—резонансные 375
—со скрытым очарованием 402
—стабильные 375
—четные 55
Черная дыра 346 Четность 52
—внутренняя 55
—несохранение при слабых
взаимодействиях 53 Ширина спектра масс 375 Эйнштейний 253 Экзосфера 347 Электрическое 2L-поле 57
Электронно-позитронные ливни 379 Электронно-фотонный каскадный
ливень 370 Электроны Оже 107
Электрослабое взаимодействие 405 Электроядерные процессы 230 Элементарные частицы 371 Элементарный заряд 8 Энергетический спектр космических
лучей дифференциальный 363
—— — — интегральный 363 Энергия активации 243 Энергия нейтронного сродства 293 —— реакции 209
—— экзотермическая 209
—— эндотермическая 209
—связи ядра 18, 20
—— — удельная 20
Эффект долготный 358
—Зеемана 00 Эффект Мёссбауэра 109, 113
—широтный 358 Эффективное сечение
дифференциальное' 205
—— интегральное (полное) 205
—— конверсионное 205 Эффективность 188
—конверсионная 195
Ядра бета-стабильные 25
—дважды магические 24
—деформированные 121
—магические 24
—нечетно-нечетные 23
—радиоактивные 11
—четно-четные 23