66) Строение ядра

Клеточное ядро (nucleus) представляет обязательную часть содержимого живой клетки как животных, так и растений.

Впервые ядро было открыто в 1831 г. в клетках орхидей Робертом Броуном, а затем замечено и в клетках всех других растений. Особенно большое внимание стали уделять изучению строения ядра в 80-х годах прошлого столетия, когда было установлено, что деление ядра предшествует делению клетки1.

Ядро всегда полностью погружено в протоплазму и никогда не переходит в вакуолю, как это часто бывает, например, с крахмальными зернами.

В большинстве случаев каждая клетка содержит по одному ядру, но у некоторых, особенно у низших, растений распространены и даже преобладают многоядерные клетки.

Форма и величина клеточных ядер различны у разных растений и в разных органах их.

Большей частью ядра имеют округлую или чечевицеобразную форму. Нередко наблюдается известное соотношение между формой клетки и содержащегося в ней ядра: в изодиаметрических клетках ядра обычно круглые, а в вытянутых - веретеновидные и даже нитевидные, вытянутые вдоль оси клетки, Строение атомного ядра

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Строение атомного ядра в современной науке основано на применении ядерных сил, якобы удерживающих протоны в ядре (более полная и подробная информация о строении ядра в современной физике приведена внизу страницы). Как понять причину того, что одноименно заряженные протоны могут находиться в ядре, в непосредственной близости друг от друга?

Электроны могут находиться вокруг ядра не вращаясь, потому что положительно заряженное ядро является для них источником удерживающей силы. Но такой подход не может быть осуществлён для атомных ядер, так как внутренней силы, способной удерживать протоны в ядре, нет. Современные учёные для объяснения этого феномена прибегают к помощи, так называемых, ядерных сил. Общая теория взаимодействий даёт альтернативное объяснение возможности существования в ядрах вблизи друг от друга положительно заряженных протонов.

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ -силы, связывающие нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре. Я. с.— одно из проявлений сильных взаимодействий. Яд. силы явл. короткодействующими, радиус их действия порядка 10-12 —10-13 см, ЯДЕРНЫЕ СИЛ- силы взаимодействия между нуклонами; обеспечивают большую величину энергии связи ядер по сравнению с др. системами. Я. с. являются наиб. важным и распространённым примером сильного взаимодействия (СВ). Когда-то эти понятия были синонимами и сам термин "сильное взаимодействие" был введён для подчёркивания огромной величины Я. с. по сравнению с др. известными в природе силами: эл.-магн., слабыми, гравитационными. После открытия p-,r- идр. мезонов, гиперо-нов и др. адронов термин "сильное взаимодействие" стали применять в более широком смысле - как взаимодействие адронов. В 1970-х гг. квантовая хромодинамика (КХД) утвердилась как общепризнанная микроскопич. теория СВ. Согласно этой теории, адроны являются составными частицами, состоящими из кварков и глюонов, а под СВ стали понимать взаимодействие этих фундам. частиц.

Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях.

Радиоакти́вность (от лат. radius «луч» и āctīvus «действенный») — свойство атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) изменять свой состав (заряд Z, массовое число A) путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов[1]. Соответствующее явление называется радиоакти́вным распа́дом. Радиоактивностью называют также свойство вещества, содержащего радиоактивные ядра.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ

Фактор радиации присутствовал на нашей планете с момента ее образования, и как показали дальнейшие исследования, ионизирующие излучения наряду с другими явлениями физической, химической и биологической природы сопровождали развитие жизни на Земле. Однако, физическое действие радиации начало изучаться только в конце XIX столетия, а ее биологические эффекты на живые организмы - в середине XX. Ионизационные излучения относятся к тем физическим феноменам, которые не ощущаются нашими органами чувств, сотни специалистов, работая с радиацией, получили радиационные ожоги от больших доз облучения и умерли от злокачественных опухолей, вызванных переоблучением.

Тем не менее, сегодня мировая наука знает 6 биологическом воздействии радиации больше, чем о действии любых других факторов физической и биологической природы в окружающей среде.

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности:

· Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Существует так называемый период мнимого благополучия - инкубационный период проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах.

· Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться.

· Излучение действует не только на данный живой организм, но и на его потомство - это так называемый генетический эффект.

· Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови.

· Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение.

· Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

Я́дерная реа́кция — процесс образования новых ядер или частиц при столкновениях ядер или частиц. Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд в 1919 году, бомбардируя α-частицами ядра атомов азота, она была зафиксирована по появлению вторичных ионизирующих частиц, имеющих пробег в газе больше пробега α-частиц и идентифицированных как протоны. Впоследствии с помощью камеры Вильсона были получены фотографии этого процесса.

По механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида:

• реакции с образованием составного ядра, это двухстадийный процесс, протекающий при не очень большой кинетической энергии сталкивающихся частиц (примерно до 10 МэВ).

• прямые ядерные реакции, проходящие за ядерное время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро. Главным образом такой механизм проявляется при очень больших энергиях бомбардирующих частиц.

Деле́ние ядра́ — процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Я́дерный реа́ктор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор построен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. В Европе первым ядерным реактором стала установка Ф-1. Она была запущена 25 декабря 1946 года в Москве под руководством И. В. Курчатова.

Термоядерная реа́кция (синоним: ядерная реакция синтеза) — разновидность ядерной реакции, при которой легкие атомные ядра объединяются в более тяжелые ядра. Для того, чтобы произошла реакция синтеза, исходные ядра должны преодолеть силу электростатического отталкивания (см. ниже), для этого они должны иметь большую кинетическую энергию. Если предположить, что кинетическая энергия ядер определяется их тепловым движением, то можно сказать, что для реакции синтеза нужна большая температура. Поэтому реакция названа «термоядерной».

ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ -термоядерный синтез, реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые ядра, происходящая при сверхвысокой температуре и сопровождающаяся выделением огромных количеств энергии. Ядерный синтез - это реакция, обратная делению атомов: в последней энергия выделяется за счет расщепления тяжелых ядер на более легкие.

69) Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые (согласно существующим представлениям) невозможно расщепить на составные части. Их строение и поведение изучается физикой элементарных частиц. Понятие элементарных частиц основывается на факте дискретного строения вещества. Ряд элементарных частиц имеет сложную внутреннюю структуру, однако разделить их на части невозможно. Другие элементарные частицы на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

Э. ч. в точном значении этого термина — первичные, далее неразложимые ч-цы, из к-рых, по предположению, состоит вся материя. В совр. физике термин «Э. ч.» обычно употребляется не в своём точном значении, а менее строго — для наименования большой группы мельчайших ч-ц материи, подчинённых условию, что они не явл. атомами или ат. ядрами (исключение составляет протон). В эту группу помимо протона входят: нейтрон, электрон, фотон, а также пи-мезоны, мюоны, тяжёлые лептоны (t), нейтрино трёх типов (электронное, мюонное и t-нейтрино), странные частицы (К-мезоны, гипероны), разнообразные резонансы, мезоны со скрытым «очарованием» (J/y,y' и др.), «очарованные» частицы, ипсилон-частицы (?), «красивые» ч-цы, промежуточные векторные бозоны (W ,Z°) — всего более 350 ч-ц, в осн. нестабильных. Их число продолжает расти (и, скорее всего, неограниченно велико). Большинство перечисл. ч-ц не удовлетворяет строгому определению элементарности, поскольку, по совр. представлениям, они (в частности, протон и нейтрон) явл. составными системами (см. ниже). Общее св-во всех этих ч-ц заключается в том, что они явл. специфич. формами существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы (иногда по этой причине их наз. «субъядерными ч-цами»).

В соответствии со сложившейся практикой термин «Э. ч.» употребляется ниже в кач-ве общего назв. субъядерных ч-ц. При обсуждении ч-ц, претендующих на роль первичных элементов материи, будет использоваться термин «истинно Э. ч.».

Античасти́ца — частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от неё знаками некоторых характеристик взаимодействия (зарядов, таких как электрический и цветовой заряды, барионное и лептонное квантовые числа).

Само определение того, что называть «частицей» в паре частица-античастица, в значительной мере условно. Однако при данном выборе «частицы» её античастица определяется однозначно. Сохранение барионного числа в процессах слабого взаимодействия позволяет по цепочке распадов барионов определить «частицу» в любой паре барион-антибарион. Выбор электрона как «частицы» в паре электрон-позитрон фиксирует (вследствие сохранения лептонного числа в процессах слабого взаимодействия) определение состояния «частицы» в паре электронных нейтрино-антинейтрино. Переходы между лептонами различных поколений (типа ) не наблюдались, так что определение «частицы» в каждом поколении лептонов, вообще говоря, может быть произведено независимо. Обычно по аналогии с электроном «частицами» называют отрицательно заряженные лептоны, что при сохранении лептонного числа определяет соответствующие нейтрино и антинейтрино. Для бозонов понятие «частица» может фиксироваться определением, например, гиперзаряда.

Элементарные частицы в точном значении этого термина — первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. В понятии "Э. ч." в современной физике находит выражение идея о первообразных сущностях, определяющих все известные свойства материального мира, идея, зародившаяся на ранних этапах становления естествознания и всегда игравшая важную роль в его развитии.

Лепто́ны (греч. λεπτός — лёгкий) — фундаментальные частицы с полуцелым спином, не участвующие в сильном взаимодействии. Наряду с кварками и калибровочными бозонами, лептоны составляют неотъемлемую часть Стандартной модели.

Адро́ны (от др.-греч. ἁδρός «крупный», «массивный»; термин предложен советским физиком Л. Б. Окунем в 1962 году[1]) — класс элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию. Термин был предложен при переходе от модели Сакаты сильно взаимодействующих частиц к кварковой теории. Адроны обладают сохраняющимися в процессах сильного взаимодействия квантовыми числами (странностью, очарованием, красотой и др.)

Адроны делятся на две основные группы в соответствии с их кварковым составом:

• мезоны — состоят из одного кварка и одного антикварка,

• барионы — состоят из трёх кварков трёх цветов, образуя так называемую бесцветную комбинацию.

Ква́рк — фундаментальная частица в Стандартной модели, обладающая электрическим зарядом, кратным e/3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии. Кварки являются точечными частицами вплоть до масштаба примерно 0,5·10–19 м, что примерно в 20 тысяч раз меньше размера протона. Из кварков состоят адроны, в частности, протон и нейтрон.