- •Основные понятия геометрической оптики.
- •Кардинальные элементы оптической системы
- •Передний фокус и передняя фокальная плоскость оптической системы.
- •Передняя и задняя главные плоскости и главные точки оптической системы.
- •Переднее и заднее фокусные расстояния.
- •Узловые точки оптической системы.
- •Построение изображений и хода лучей в идеальной оптической системе.
- •Тонкая линза
- •Оптические системы
- •Светосила оптической системы.
- •Интерференция световых волн. Когерентность волн.
- •Зеркала Френеля.
- •Бипризма Френеля.
- •Опыт Юнга
- •Интерференция в тонких пленках.
- •Просветление оптики.
- •Практические применения интерференции. Интерферометры
- •Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах (круглом отверстии, крае полуплоскости).
- •Спираль Корню.
- •Дифракция Фраунгофера от щели
- •Дифракция на дифракционной решетке Пропускающие решетки. Отражательные решетки.
- •Фотометрические величины и единицы. Источники Ламберта.
- •Тепловое излучение тел.
- •Равновесное тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа.
- •Законы излучения абсолютно черного тела Формула Планка.
- •Закон смещения Вина.
- •Закон Рэлея-Джинса.
- •Закон Стефана – Больцмана
- •Оптическая пирометрия.
- •Радиационная температура.
- •Цветовая температура.
- •Получение поляризованного света. Прохождение света через поляризатор. Закон Малюса.
- •Призмы Николя (Поляризационные приборы и использование поляризованных лучей).
- •Отражение света на границе двух прозрачных сред. Формулы Френеля. Угол Брюстера.
- •Оптически активные вещества.
- •Теория вращения плоскости поляризации.
- •Вращение плоскости поляризации в магнитном поле.
- •Закон преломления света. Явление дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсии.
- •Элементарная теория дисперсии света. Электронная теория дисперсии
- •Опыты Ньютона
- •Классификация мутных сред
- •Поглощение и рассеяние излучения
- •Закон Бугера. Коэффициент поглощения
- •Внешний фотоэффект.
- •1. Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.
- •Внутренний фотоэффект.
- •Масса и импульс фотона.
- •Эффект Комптона. Рассеяние рентгеновского излучения веществом.
- •Элементарная теория эффекта Комптона.
- •Давление света. Опыты Лебедева
- •Фотохимические явления.
- •Фотография
- •Голография
- •Теория водородного атома. Спектральные серии и уровни энергии. Закономерности в атомных спектрах.
- •Постулаты Бора.
- •Модель Бора атома водорода
- •Гипотеза Де Бройля.
- •Поляризация излучения гелий-неонового лазера.
- •Основные характеристики атомного ядра.
- •Ядерные силы.
- •Ядерные реакции
- •Реакции деления.
- •Ядерный реактор.
- •Реакция синтеза.
- •Явление радиоактивности
Ядерные силы.
Атомное ядро, состоящее из определенного числа протонов и нейтронов, является единым целым благодаря специфическим силам, действующим между нуклонами и получившим название ядерных сил. Экспериментально доказано, что ядерные силы имеют очень большую величину, намного превышающую силы электростатического отталкивания между протонами, что проявляется в большом значении удельной энергии связи нуклонов. Основные особенности ядерных сил следующие.
1. Ядерные силы являются короткодействующими силами притяжения и быстро уменьшаются с увеличением расстояния между нуклонами. На расстоянии (2—3)10-15 м ядерное взаимодействие практически равно нулю. На расстояниях меньших 10-15 м притяжение нуклонов сменяется отталкиванием.
2. Ядерные силы обладают свойствами насыщения. Смысл термина насыщения заключается в том, что каждый нуклон взаимодействует только с определенным числом ближайших соседей, а не со всеми. Такой характер ядерных сил проявляется в приближенном постоянстве удельной энергии связи нуклона. Действительно, если бы насыщения не было, то удельная энергия связи возрастала бы с увеличением числа нуклонов в ядре.
3. Особенностью ядерных сил является также их з а-рядовая независимость, т. е. они не зависят от заряда нуклона. Ядерные взаимодействия между протонами и нейтронами совершенно одинаковы.
Ядерные силы не являются центральными и зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов.
Ядерные реакции
Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием друг с другом или с другими ядрами и элементарными частицами. Первое сообщение о наблюдении ядерной реакции принадлежит Э. Резерфорду. В 1919 г. он обнаружил, что при прохождении а-частиц через газообразный азот некоторые из них поглощались, причем одновременно происходило испускание протонов. Резерфорд пришел к выводу, что ядра азота превращались в ядра кислорода в результате ядерной реакции вида
1, (13.9)
где— а-частица;— протий, т. е. протон.
Ядерные реакции символически записываются в виде A+aB+b
где А, В — исходное и конечное ядра; а, Ь — исходная и конечная частицы, участвующие в реакции.
Важным параметром ядерной реакции является энергия ядерной реакции AQ, которая определяется выражением
(13.10)
где 2m, 2т' — суммы масс покоя частиц до и после реакции.
При AQ < 0 ядерные реакции идут с поглощением энергии и поэтому называются эндотермическими, а при AQ > 0 реакции идут с выделением энергии и называются экзотермическими.
В любой ядерной реакции всегда выполняются законы сохранения электрического заряда, сохранения числа нуклонов, сохранения энергии и импульса. Первые два закона позволяют правильно записывать ядерные реакции даже в тех случаях, когда одна из частиц — участников реакции или ее продуктов — неизвестна. С помощью законов сохранения энергии и импульса можно найти кинетические энергии частиц, образованных в процессе реакции, и направления их разлета.
Пример 13.1. В результате столкновения нейтрона с ядром бораВ наблюдается испускание а-частицы. Определить, какое ядро возникает в результате ядерной реакции.
Решение. Уравнение реакции имеет вид
Общее число нуклонов до реакции равно 11, поэтому А — 11 — 4 = = 7. Общий заряд равен 5, и, следовательно,
зарядовое число Z = 5-2 = 3. По таблице Менделеева находим, что ядро с Z = 3 является ядром атома лития
вают наименьшую кинетическую энергию налетающей частицы (в системе отсчета, в которой ядро-мишень покоится), при которой ядерная реакция становится возможной. Используя законы сохранения энергии и импульса, можно показать, что пороговая энергия ядерной реакции
(13.11)
где AQ — энергия реакции; тя — масса неподвижного ядра-мишени; т — масса налетающей на ядро частицы.
Пример 13.2. Определить, может ли произойти ядерная реакция образования ядра '|N при бомбардировке ядра '|С протонами с энергией 2 МэВ.
Решение. Воспользуемся законами сохранения и запишем уравнение ядерной реакции:
Рассчитаем энергию предполагаемой ядерной реакции по формуле (13.10). В расчетах используем табличные значения масс ядер углерода, азота, а также протона и нейтрона: тс = 13,003355 а. е. м., тр = = 1,007825 а. е. м., mN= 13,005799 а. е. м., т„= 1,008665 а. е. м. Получим
Порог ядерной реакции определяется по формуле (13.11) при
М = тс и т = тр:
Поскольку энергия налетающего протона (£р = 2 МэВ) меньше, чем порог реакции Е„, такая реакция при данных условиях невозможна.