8 Ядерная физика

Основные формулы и определения

● В физике известно четыре вида фундаментальных взаимодействий тел:

1. сильное или ядерное взаимодействие обусловливает связь между нуклонами атомного ядра. Нуклоны – общее название протонов и нейтронов, из которых построены все атомные ядра;

2. электромагнитное взаимодействие существует между частицами, имеющими электрический заряд. Оно осуществляется путем обмена квантами электромагнитного излучения - фотонами;

3. слабое взаимодействие осуществляется между элементарными частицами, оно ответственно за их распад и обнаруживается в процессах, связанных с испусканием или поглощением нейтрино;

4. гравитационное взаимодействие существует между любыми телами и выражается в их взаимном притяжении с силой, зависящей от масс тел и расстояния между ними.

● Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Протон (p) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, нейтрон (n) – нейтральная частица. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом А.

Атомное ядро характеризуется зарядовым числом Z , которое равно числу протонов в ядре и совпадает с порядковым номером элемента в Периодической системе элементов Менделеева. Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: ^A_Z X, где X – символ химического элемента, Z- атомный номер (число протонов в ядре), А- массовое число (число нуклонов в ядре). В ядерных реакциях сохраняется общее число нуклонов и электрический заряд.

● Притяжение между нуклонами называется сильным (или ядерным ) взаимодействием. Сильное взаимодействие является короткодействующим (~ 10 ^-15 м). Одновременно между протонами, имеющими положительный заряд, действуют кулоновские силы отталкивания, т.е. электромагнитные силы, которые являются дальнодействующими. При нарушении баланса между количеством протонов и нейтронов ядра становятся нестабильными. Для легких и средних ядер характерен бета – распад, для тяжелых – альфа-распад. При заряде ядра Z > 82 стабильных ядер не существует.

● При радиоактивном распаде испускается излучение трёх видов:

• α – излучение – поток ядер атомов гелия ( ⁴₂ Не);

• – излучение – поток электронов ( _-1 ⁰e ) ;

• γ – излучение – поток квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденного состояния в основное.

При единичном α – распаде массовое число А изотопа уменьшается на 4, а зарядовое число Z уменьшается на 2. При единичном β ^– - распаде массовое число А не изменяется, а зарядовое число Z увеличивается на 1. При γ – излучении массовое число А и зарядовое число Z не изменяются.

● Элементарные частицы объединены в три группы: фотоны, лептоны и адроны.

1)Фотоны – эта группа состоит всего из одной частицы – кванта электромагнитного излучения, обозначаемого буквой γ.

2)Лептоны (от греческого слова «лептос» - легкий). К лептонам относятся, например, такие частицы как электрон е ^-, имеющий заряд Q_е = - 1 и спин s _е = 1/2, а также нейтральная частица нейтрино ν , имеющая нулевой заряд и спин s _ν =1/2. Этим частицам соответствуют античастицы : позитрон е⁺ и антинейтрино ν̃ .

3) Адроны (от греческого слова «адрос» - крупный, сильный). К адронам относятся р – протон, п – нейтрон, Λ – гиперон, π - пионы и К - каоны. Частицы, входящие в группу адронов, состоят из кварков. В настоящее время установлено существование шести разновидностей кварков: u, d, s, c, b, t и соответствующих им шести антикварков. Кварки имеют полуцелый спин и несут дробный электрический заряд.