10. Уравнение вечного равновесия и его использование.

, ,приt стремящемся к бесконечности: - уравнение векового равновесия.- константа распада,- кол-во ядер в данный момент времениt

,

За счёт тоннельного эффекта, пластина может пройти стенки. Период полураспада зависит от толщины кулоновского барьера. Кулоновский барьер создают протоны.

Использовать данное уравнение можно для точного определения периода полураспада элементов.

11. Энергетические соотношения, которые регулируют 3 типа - распада.

Существует:

1.- распад. Явление- распада состоит в том, что ядро самопроизвольно испускает электрони легчайшую электрически нейтральную частицу антинейтрино, переходя при этом в ядро с тем же массовым числом А, но с атомным номером Z, на единицу большим:

Т.к. масса нейтрино равна нулю, то энергия- распада:,- антинейтрино

2. - распад. процесс, в котором ядро испускает позитрони другую легчайшую электрически нейтральную частицу — нейтрино. При этом один из протонов ядра превращается в нейтрон:

, , Разница между основными состояниями:

- нейтрино, - позитрон.

3. К-захват. Ядро поглощает один из электронов атомной оболочки, испуская нейтрино. При этом, один из протонов превра­щается в нейтрон: ,

12. - Распад

Явление -распада состоит в том, что тяжелые ядра самопро­извольно испускают-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на четыре единицы, а атомный номер — на две:

Для того, чтобы - распад происходил, необходимо чтобы энергия связи материнского ядра была меньше суммы энергий связи «дочернего» ядра и выпускаемойчастички. При соблюдении этого условия кинетическая энергия, которая выделяется прираспаде, определяется соотношением:

- распад возможен только при . Характерной особенностью- распада является очень большая зависимость периода полураспада от энергии вылетающейчастички. Если эту энергию уменьшить на 1% можно увеличить период полураспада на 10%

Характерные особенности - распада:

- Альфа-распад идет только для тяжелых ядер

- Периоды полураспада - активных ядер варьируются в очень больших пределах

- - частицы вылетающие из ядер определённого сорта имеют, как правило, одну и ту же определённую энергию.

13. - распад.

Существует:

1.- распад. Явление- распада состоит в том, что ядро самопроизвольно испускает электрони легчайшую электрически нейтральную частицу антинейтрино, переходя при этом в ядро с тем же массовым числом А, но с атомным номером Z, на единицу большим:

Т.к. масса нейтрино равна нулю, то энергия- распада:,- антинейтрино

2. - распад. процесс, в котором ядро испускает позитрони другую легчайшую электрически нейтральную частицу — нейтрино. При этом один из протонов ядра превращается в нейтрон:

, , Разница между основными состояниями:

- нейтрино, - позитрон.

3. К-захват. Ядро поглощает один из электронов атомной оболочки, испуская нейтрино. При этом, один из протонов превра­щается в нейтрон: ,

14. К-захват.

К-захватом называется процесс поглощения ядром одного из электронов атомной оболочки и при этом он испускает нейтрино, т.к ближайшие к ядру электроны на К-оболочке. К-захват происходит в ядре с излишком протонов.

В К-захвате можно выделить запрещённые и не запрещённые процессы. Если орбитальный момент нейтрино равный 0, то переход называется разрешённый. В обратном случае процесс – запрещённый и он характеризуется уменьшением вероятности К-захвата.

15. -випромінювання ядра. Изменения состояний атомных ядер, сопровождающиеся испусканием или поглощением -квантов, называют -переходами. Примерные границы периодов полураспада для-переходов от 10-19 с до 1010 лет. Энергии-переходов изменяются от нескольких кэВ до нескольких МэВ.

Законы сохранения энергии E, момента количества движения (спина) J и четности P при -переходах в атомных ядрах требуют выполнения следующих соотношений:

где Ei, Ef, i,f, Pi, Pf - энергии, спины и четности начального и конечного состояний ядер,, P - энергия, спин и четность фотона, TR - кинетическая энергия ядра отдачи:

где - энергия-перехода,- масса ядра отдачи.

16.Ядерна ізомерія. Изомеры - долгоживущие возбужденные состояния атомных ядер. Сочетание высокой мультипольности и малой энергии переходов обуславливает существование состояний с большими периодами полураспада, которые могут составлять годы. У изотопа может быть несколько изомерных уровней. Низколежащие уровни изотопа 179Hf. В этом изотопе обнаружено два изомерных состояния. Одно с энергией возбуждения 375.03 кэВ (JP = 1/2-) и T1/2 = 18.67 c, второе с энергией 1105.63 кэВ (JP = 25/2-) и T1/2 = 25.1 дня.

У изотопа 178Hf при энергии возбуждения 2446 кэВ имеется изомерное состояние с (JP = 16+) с периодом полураспада 31 год. Изомерные состояния следует ожидать в тех областях N и Z, где близко по энергии расположены оболочечные состояния сильно различающиеся значениями спинов.

Причиной ядерной изомерии может служить также сильное отличие формы ядра в изомерном и основном состояниях.

19. Ефект Месбауера. эффект Мёссбауэра — это резонансное испускание и поглощение гамма-лучей без отдачи. Имеет существенно квантовую природу и наблюдается при изучении кристаллических, аморфных и порошковых образцов, содержащих один из 87 изотопов 46 элементов.

Ефект Месбаура-це резонансне поглинання,коли швидкість джерела=0. Це означає, що такий -квант має енергію переходу і енергія віддається не ядру,а кристалу(в якому знах.ядра).

, де -маса кристала.

Таким чином -квант забирає майже всю енаргію.

20.Штучна радіоактивність та її застосування. Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

В 1934 году Фредерик Жолио и Ирен Кюри сообщили об открытии ими нового вида радиоактивности. Им удалось доказать методом камеры Вильсона, что некоторые легкие элементы (бериллий, бор, алюминий) испускают положительные электроны при бомбардировке их a-частицами полония. Жолио и Кюри, исследуя это явление, показали, что в этом случае возникает новый этап радиоактивности, сопровождаемый испусканием положительных электронов. Они впервые искусственно вызвали радиоактивность, создав новые радиоактивные изотопы, не наблюдаемые до этого в природе и были награждены за это выдающееся открытие Нобелевской премией.

21. Нейтронна фізика. Нейтронная физика – раздел физики, посвящённый изучению строения вещества посредством зондирования его нейтронами, а также исследованию самих нейтронов. Нейтроны не имеют электрического заряда. Это обеспечивает главное преимущество использования нейтронов в качестве зондирующих частиц по сравнению с заряженными частицами. Отсутствие кулоновского взаимодействия нейтронов с ядрами атомов и электронами вещества приводит к большой проникающей способности нейтронов. Причём большой проникающей способностью обладают и нейтроны низких энергий, что существенно увеличивает диапазон физических характеристик вещества, которые могут быть изучены с помощью пучков нейтронов.

В нейтронной физике главным образом используются нейтроны с энергиями от 10-7 эВ до 107 эВ. Соответственно длины волн (де Бройля), отвечающие таким нейтронам, изменяются в диапазоне от 10-5 до 10-12 см. Этот диапазон длин волн отвечает размерам тех микрообъектов, которые можно изучать с помощью нейтронов. Нейтроны используют для изучения диффузии атомов и молекул в различных средах, для исследования белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микронеоднородностей в растворах и сплавах.

В качестве источников нейтронов больших энергий используют нейтроны, получающиеся на ускорителях заряженных частиц в ядерных реакциях. Мощными источниками нейтронов низких энергий (доли электронвольта) являются ядерные реакторы, которые могут давать потоки нейтронов до 1015 нейтронов/см2.сек.

Нейтронная физика очень важна и для ядерной энергетики — цепная ядерная реакция деления, управляемый термоядерный синтез

22.Реакція синтезу легких ядер. Синтез легких ядер

Если W > 0, то распад ядра энергетически запрещен. Но в обратном процессе -

слиянии ядер X1 и X2 - энергия исходной системы должна уменьшится на

величину W. Продукты синтеза приобретут кинетическую энергию W.

2H + 2H --> 3He + n + 3,2 МэВ.

Однако наибольший интерес представляют реакции

21H + 31H --> 42He + n + 17,6 МэВ,

21H + 32He --> 42He + 11H + 18,3 МэВ.

23. Перспективи отримання керованого термоядерного синтезу. Управляемый термоядерный синтез - процесс слияния лёгких атомных ядер, происходящий с выделением энергии при высоких температурах в регулируемых, управляемых условиях. Скорости протекания термоядерных реакций малы из-за кулоновского отталкивания положительно заряженных ядер. Поэтому процесс синтеза идёт с заметной интенсивностью только между лёгкими ядрами, обладающими малым положительным зарядом и только при высоких температурах, когда кинетическая энергия сталкивающихся ядер оказывается достаточной для преодоления кулоновского потенциального барьера. С несравненно большей скоростью идут реакции между тяжёлыми изотопами водорода (дейтерием 2H и тритием 3H) с образованием сильно связанных ядер гелия:

Именно названные реакции представляют наибольший интерес для проблемы У. т. с. В особенности привлекательна вторая реакция, сопровождающаяся большим энерговыделением и протекающая со значительной скоростью. Тритий радиоактивен (период полураспада 12,5 лет) и не встречается в природе. Следовательно, для обеспечения работы предполагаемого термоядерного реактора, использующего в качестве ядерного горючего тритий, должна быть предусмотрена возможность воспроизводства трития. С этой целью рабочая зона рассматриваемой системы может быть окружена слоем лёгкого изотопа лития, в котором будет идти процесс воспроизводства

6Li + n ® 3H + 4He.

24.Поняття про єдину теорію електро-слабкої взаїмодії. Теория электрослабого взаимодействия представляет собой единую теорию слабого и электромагнитного взаимодействий кварков и лептонов, осуществляемых посредством обмена четырьмя частицами — безмассовыми фотонами и тяжёлыми промежуточными векторными бозонами.

25.Сиситематика елементарних адронів. Бозоны – это частицы с нулевым или целочисленным спином (фотон, мезоны и др.). Фермионы же – это частицы с полуцелым спином (электрон, мюон, таон, нейтрино, протон, нейтрон и др.).

Резонансами наз. частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия с временем жизни ~ 10^-23 с. Нестабильные частицы с временем жизни, превышающим 10^-20 с, распадаются за счет электромагнитного или слабого взаимодействия. По сравнению с характерным ядерным временем (10^-23 с) время 10^-20 следует считать большим. По этой причине их и называют квазистабильными. Стабильными же частицами (τ → ∞) являются только фотон, электрон, протон и нейтрино.

Лептоны. Это частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях и имеющие спин ½(электроны, мюоны, таоны и соотв. им нейтрино),принимают участие в слабых взаимодействиях.

Адроны-элементарные частицы, участвующие в сильных взаимодействиях и в электромагнитном, и в слабом взаимодействиях; образуют самую многочисленную группу частиц (свыше 400). Подразделяют на мезоны и барионы.

Мезоны – это адроны с нулевым или целочисленным спином (т.е. бозоны). К ним относятся π-, Κ- и η- мезоны, а так же множество мезонных

резонансов, т.е. мезонов с временем жизни ~ 10-23 с. состоят из кварка и антикварка (qi,), имеют барионный заряд В =0 и целый спин, т.е. являются бозонами

Барионы – это адроны с полуцелым спином и массами, не меньшими массы протона. К ним относятся нуклоны, гипероны и множество барионных резонансов. За исключением протона,все барионы нестабильны. Нестабильные барионы с массами, большими массы протона, и большим временем жизни называют гиперонами. состоят из трех кварков (q_i, q_j, q_k), не обязательно разных, имеют барионное квантовое число (заряд) В = 1 и полуцелый спин, т.е. являются фермионами.

26 Основи систематики адронів. Частицы, участвующие в сильном взаимодействии. К адронам относятся все

барионы (в т. ч. нуклоны - протон и нейтрон) и мезоны. Адроны обладают сохраняющимися в процессах сильного взаимодействия квантовыми числамию Близкие по массе адроны, имеющие одинаковые значения указанных квантовых чисел, а также барионного числа и спина могут быть объединены в изотопические мультиплеты, включающие в себя адроны с различными электрическими зарядами. Изотопические мультиплеты, отличающиеся только значением странности, могут быть, в свою очередь, объединены в более обширные группы частиц - супермультиплеты группы SU(3).

Адроны с В = +1 образуют подгруппу барионов (сюда входят протон, нейтрон, гипероны, барионные резонансы), а адроны с В = 0 – подгруппу мезонов (p- и К-мезоны, бозонные резонансы). Название подгрупп адронов происходит от греческих слов barэs - тяжёлый и mйsos - средний, что на начальном этапе исследований Э. ч. отражало сравнительные величины масс известных тогда барионов и мезонов. Более поздние данные показали, что массы барионов и мезонов сопоставимы. Для лептонов В = 0. Для фотона В = 0 и L = 0.

27.Кварки як структурні елементи адронів. Кварки - гипотетические фундаментальные частицы, из которых по современным представлениям, состоят все адроны (барионы — из трех кварков, мезоны — из кварка и антикварка). Кварки обладают спином 1/2, барионным зарядом 1/3, электрическими зарядами -2/3 и +1/3 заряда протона, а также

специфическим квантовым числом «цвет». Экспериментально (косвенно)

обнаружены 6 типов («ароматов») кварков: u, d, s, c, b, t. В

свободном состоянии не наблюдались.

Гипотетические электрически нейтральные частицы с нулевой массой и спином 1, осуществляющие взаимодействие между кварками называются глюонами,. Подобно кваркам, глюоны обладают квантовой характеристикой «цвет».

28.Первисне та вторинне космічне випромінювання. Космическое излучение.

Различают первичное и вторичное космическое излучение.

Первичное космическое излучение представляет собой поток частиц высокой энергии, попадающих в земную атмосферу из межзвездного пространства. Оно состоит в основном из протонов (90%) и a-частиц (около 10%). В меньших количествах (около 1%) присутствуют нейтроны, фотоны, электроны и ядра легких элементов: лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода, фтора. Большая часть первичного космического излучения возникает в пределах нашей Галактики при звездных взрывах и образовании сверхновых звезд. Это так называемое галактическое космическое излучение. Кроме того при солнечных вспышках возникает солнечное космическое излучение. Вторичное космическое излучение имеет сложный состав и состоит практически из всех известных в настоящее время элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, фотонов и др.). Оно образуется в результате взаимодействия частиц первичного космического излучения с ядрами нуклидов, входящих в состав воздуха. При этом возникает вторичное излучение и образуются новые радиоактивные ядра. Максимальная интенсивность вторичного космического излучения наблюдается на высоте 20-25 км. С уменьшением высоты его интенсивность падает и достигает минимума на уровне моря. Наибольшему облучению от космического излучения подвергаются экипажи и пассажиры самолетов.

29.Проходження космічного випромінювання крізь атмосферу. В самых общих чертах процесс поглощения энер­гии первичных частиц протекает следующим двухступенчатым об­разом: энергия первичных частиц сначала затрачивается на созда­ние большого числа вторичных частиц, а потом кинетическая энергия последних расходуется на ионизацию атмосферы. Энергия первичных частиц в конечном счете действительно расходуется в основном на ионизацию. Вторичное космическое излучение состоит из адронов (пионов, протонов, нейтронов и т. д.), мюонов, электронов и фотонов. Соот­ветственно у него различают ядерно-активную (адронную), жесткую (мюонную) и мягкую (электронно-фотонную) компоненты. Проследим, как происходит генерация различных компонент вторичного космического излучения. При прохождении высокоэнергичных заряженных адронов через толстые слои вещества главную роль играют столкно­вения с атомными ядрами. Соответственно этому главной с точки зрения генерации вторичного излучения является ядерно-активная компонента.

1.Енергія збудження ядра. Предположим, что ядро в результате возбуждения получен. им при захвате нейтронов, приходит в колебательн.движение.Тогда в зависимости от величины эн.возб.возможны 2случая. При малых эн.возб.ядро будет совершать колебания в процессе ктр форма ядра будет изменятся от сферической к эллипсоидной и обратно. При этом роль упругих сил,ктр возвращ.элипс.к первоначальной форме будут выполнять силы поверх.натяжения ядра.Если же эн.возбуждения достаточно велика,то процесс колебаний ядро может перейти через критич.точку предельно упругой деформации, после чего восстановление первонач.формы станов.невозможным.

Ядро вытягивает все большие и большие за счет действия больших нуклоновских сил