59. Ядерные реакции.

Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, вызванные взаимодействием их друг с другом или с элементарными частицами.

Как правило, в ядерных реакциях участвуют два ядра и две частицы. Одна пара ядро-частица является исходной, другая пара - конечной.

Энергетический эффект ядерных реакций.

Ядерная реакция характеризуется энергией ядерной реакции Q, равной разности конечной и исходной пар в реакции. Если Q<0, то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической; если Q>0, то реакция идет с выделением энергии и называется экзотермической. Эндотермическая ядерная реакция возможна при некоторой наименьшей (пороговой) кинетической энергии , вызывающей реакцию ядер или частиц:

,

где - масса неподвижного ядра-мишени; - масса налетающей на ядро частицы (или ядра).

Законы сохранения при ядерных реакциях.

В ядерных реакциях выполняются законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда и массовых чисел. Если кинетическая энергия вступающих в реакцию частиц достаточна для рождения нуклон-антинуклонной пары, то массовое число может изменяться. Кроме того, в ядерной физике есть особые законы сохранения, которых нет в других областях физики.

60.Цепная реакция деления.

В ядерной реакции осколки деления в момент своего образования обладают избытком нейтронов над протонами. Избыточные нейтроны, испускаемые осколками, называются нейтронами деления. Число их может быть различным, и процесс деления ядер сопровождается размножением нейтронов. Среди нейтронов деления имеются мгновенные (вторичные) и запаздывающие нейтроны. Мгновенные нейтроны испускаются непосредственно при делении ядра за время порядка с. Запаздывающие нейтронами испускаются продуктами деления спустя некоторое время после деления.

Каждый из мгновенных нейтронов, возникших в реакции деления, взаимодействуя с соседними ядрами делящегося вещества, вызывает в них реакцию деления. При этом идет лавинообразное нарастание числа актов деления – цепная реакция деления. Условием возникновения цепной реакции является наличие размножающихся нейтронов.

62. Фундаментальное взаимодействия. Элементарные частицы, их классификация, методы решения. Законы сохранения в физике элементарных частиц.

В настоящее время различают 4 типа фундаментальных взаимодействий : сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Сильное взаимодействие свойственно частицам, называемым адронами, к числу которых принадлежат в частности протон p и нейтрон n. Наиболее известное его проявление – ядерные силы.

В электромагнитном взаимодействии непосредственно участвуют только электрически заряженные частицы и фотоны.Одно из его проявлений – кулоновские силы.

Слабое взаимодействие присуще всем частицам кроме фотонов. Наиболее известное его проявление – бета-превращения атомных ядер.

Гравитационное взаимодействие свойственно всем телам Вселенной и, проявляясь в виде сил всемирного тяготения.

Все элементарные частицы разделяются на 3 группы: фотоны, лептоны и адроны.

Зарядовая независимость в сильных взаимодействиях позволяет близкие по массе частицы рассматривать как различные зарядовые состояния одной и той же частицы. Подобные группы “похожих” элементарных частиц, одинаковым образом участвующих в сильном взаимодействии, имеющие близкие массы и отличающиеся зарядами, называют изотопическими мультиплетами. Каждый изотопический мультиплет характеризуется изотопическим спином( изоспином) I , определяющим число частиц в изотопическом мультиплете n=2I+1. Изоспин нуклона I=½ , пиона I=1 и т.д.

Элементарным частицам приписывают ещё одну квантово-механическую величину – чётность Р – квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции элементарной частицы или системы частиц относительно зеркального отражения. Если при зеркальном отражении волновая ф-я не меняет знака, то Р= +1, если меняет знак, то Р= -1. Из квантовой механики вытекает закон сохранения чётности, согласно которому при всех превращениях, претерпеваемых системой частиц, чётность состояния не изменяется.

В результате исследования особенностей поведения гиперонов и К-мезонов было открыто квантовое число – странность S, которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий.

К группе фотонов относится единственная частица – фотон.

К группе лептонов относятся электрон, мюон, таон, соответствующие им нейтрино, а также их античастицы. Все лептоны имеют спин, равный ½ ,и, следовательно, являются фермионами, подчиняющимися статистике Ферми-Дирака. Поскольку лептоны в сильных взаимодействиях не участвуют, изотопический спин им не приписывается. Странность лептонов равна нулю.

Основную часть элементарных частиц составляют адроны. К ним относятся пионы, каоны, нуклоны, гипероны, -мезоны а также их античастицы. Адроны разделяются на подгруппы барионов (нуклоны и гипероны) и мезонов (пионы, каоны, -мезон). Для барионов спин равен ½ , а странность различна для различных частиц этой группы. Мезоны имеют спин, равный нулю. У каонов S=+1, а пионы и -мезоны имеют нулевую странность.

Для процессов взаимопревращаемости элементарных частиц, обусловленных сильными взаимодействиями, выполняются все законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса, зарядов, изоспина, странности и чётности). В процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями, не сохраняются только изоспин, странность и чётность.

Также высказана гипотеза о существовании более фундаментальных частиц, которые служат базисом для всех адронов – кварков. Кварковая модель позволила определить почти все квантовые числа адронов.

Методы изучения элементарных частиц.

На заре развития физики элементарных частиц единственным источником получения экспериментальных данных в этой сфере было исследование космического излучения. После появления ускорителей элементарных частиц космическое излучение утратило свою исключительность, но и сейчас оно даёт возможность изучать процессы с частицами сверхвысоких энергий вплоть до 10²¹ Эв, которые до сих пор невозможно получить искусственно.