Ядерная физика. Основные термины, понятия и формулы. Часть 1

Основы СТО, атомная и ядерная физика

Ядерная физика. Основные термины, понятия и формулы. Часть 1

К оглавлению…

Специальная теория относительности (СТО) базируется на двух постулатах:

  1. Принцип относительности: в любых инерциальных системах отсчета все физические явления при одних и тех же исходных условиях протекают одинаково, т.е. никакими опытами, проведенными в замкнутой системе тел, нельзя обнаружить покоится ли тело или движется равномерно и прямолинейно.
  2. Принцип постоянства скорости света: во всех инерциальных системах отсчета скорость света в вакууме одинакова и не зависит от скорости движущегося источника света.

Равное с постулатами СТО имеет значение положение СТО о предельном характере скорости света в вакууме: скорость любого сигнала в природе не может превосходить скорость света в вакууме: c = 3∙108 м/с. При движении объектов со скоростью сопоставимой со скоростью света, наблюдаются различные эффекты, описанные далее.

1. Релятивистское сокращение длины.

Длина тела в системе отсчета, где оно покоится, называется собственной длиной L0. Тогда длина тела движущегося со скоростью V в инерциальной системе отсчета уменьшается в направлении движения до длины:

где: c – скорость света в вакууме, L0 – длина тела в неподвижной системе отсчета (длина покоящегося тела), L – длина тела в системе отсчета, движущейся со скоростью V (длина тела, движущегося со скоростью V). Таким образом, длина тела является относительной. Сокращение тел заметно, только при скоростях, сопоставимых со скоростью света.

2. Релятивистское удлинение времени события.

Длительность явления, происходящего в некоторой точке пространства, будет наименьшей в той инерциальной системе отсчета, относительно которой эта точка неподвижна.

Это означает, что часы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета, идут медленнее неподвижных часов и показывают больший промежуток времени между событиями.

Релятивистское замедление времени становится заметным лишь при скоростях сопоставимых со скоростью света, и выражается формулой:

Время τ0, замеренное по часам, покоящимся относительно тела, называется собственным временем события.

3. Релятивистский закон сложения скоростей.

Закон сложения скоростей в механике Ньютона противоречит постулатам СТО и заменяется новым релятивистским законом сложения скоростей. Если два тела движутся навстречу друг другу, то их скорость сближения выражается формулой:

где: V1 и V2 – скорости движения тел относительно неподвижной системы отсчета. Если же тела движутся в одном направлении, то их относительная скорость:

4.

Релятивистское увеличение массы.

Масса движущегося тела m больше, чем масса покоя тела m0:

5. Связь энергии и массы тела.

С точки зрения теории относительности масса тела и энергия тела – это практически одно и то же. Таким образом, только факт существования тела означает, что у тела есть энергия. Наименьшей энергией Е0 тело обладает в инерциальной системе отсчета относительно которой оно покоится и называется собственной энергией тела (энергия покоя тела):

Любое изменение энергии тела означает изменение массы тела и наоборот:

где: ∆E – изменение энергии тела, ∆m – соответствующее изменение массы. Полная энергия тела:

где: m – масса тела. Полная энергия тела Е пропорциональна релятивистской массе и зависит от скорости движущегося тела, в этом смысле важны следующие соотношения:

Кстати кинетическую энергию тела, движущегося с релятивистской скоростью, можно считать только по формуле:

С точки зрения теории относительности закон сохранения масс покоя несправедлив. Например, масса покоя атомного ядра меньше суммы масс покоя частиц, входящих в ядро. Однако, масса покоя частицы способной к самопроизвольному распаду больше суммы собственных масс составляющих ее.

Это не означает нарушения закона сохранения массы.

В теории относительности справедлив закон сохранения релятивистской массы, так как в изолированной системе тел сохраняется полная энергия, а значит и релятивистская масса, что следует из формулы Эйнштейна, таким образом можно говорить о едином законе сохранения массы и энергии. Это не означает возможность перехода массы в энергию и наоборот.

Между полной энергией тела, энергией покоя и импульсом существует зависимость:

Фотон и его свойства

К оглавлению…

Свет – это поток квантов электромагнитного излучения, называемых фотонами. Фотон – это частица, переносящая энергию света. Он не может находиться в покое, а всегда движется со скоростью, равной скорости света. Фотон обладает следующими характеристиками:

1. Энергия фотонов равна:

где: h = 6,63∙10–34 Дж∙с = 4,14∙10–15 эВ∙с – постоянная Планка, ν – частота света, λ – длина волны света, c – скорость света в вакууме. Энергия фотона в Джоулях очень мала, поэтому для математического удобства ее часто измеряют во внесистемной единице – электрон-вольтах:

1 эВ = 1,6∙10–19 Дж.

2. Фотон движется в вакууме со скоростью света c.

3. Фотон обладает импульсом:

4.

Фотон не обладает массой в привычном для нас смысле (той массой, которую можно измерить на весах, рассчитать по второму закону Ньютона и так далее), но в соответствии с теорией относительности Эйнштейна, обладает массой как мерой энергии (E = mc2). Действительно, любое тело, имеющее некоторую энергию, имеет и массу. Если учесть, что фотон обладает энергией, то он обладает и массой, которую можно найти как:

5. Фотон не обладает электрическим зарядом.

Свет обладает двойственной природой. При распространении света проявляются его волновые свойства (интерференция, дифракция, поляризация), а при взаимодействии с веществом – корпускулярные (фотоэффект). Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма.

Внешний фотоэффект

К оглавлению…

Фотоэлектрический эффект – явление, заключающееся в появлении фототока в вакуумном баллоне при освещении катода монохроматическим светом некоторой длины волны λ.

Когда напряжение на аноде отрицательно, электрическое поле между катодом и анодом тормозит электроны. Измеряя данное задерживающее напряжение при котором исчезает фототок, можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов вырываемых из катода:

Многочисленными экспериментаторами были установлены следующие основные закономерности фотоэффекта:

  1. Фотоэффект безынерционен. Это значит, что электроны начинают вылетать из металла сразу же после начала облучения светом.
  2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.
  3. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта, то есть наименьшая частота νmin (или наибольшая длина волны λmax) при которой еще возможен внешний фотоэффект.
  4. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.

При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию E = hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества.

Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода Aвых, зависящую от свойств материала катода.

Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, в таком случае, определяется законом сохранения энергии:

Эту формулу принято называть уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все закономерности внешнего фотоэффекта. Для красной границы фотоэффекта, согласно формуле Эйнштейна, можно получить выражение:

Постулаты Бора

К оглавлению…

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): атомная система может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная номер n и энергия En. В стационарных состояниях атом не излучает и не поглощает энергию.

Состоянию с наименьшей энергией присваивается номер «1». Оно называется основным. Всем остальным состояниям присваиваются последовательные номера «2», «3» и так далее.

Они называются возбужденными. В основном состоянии атом может находиться бесконечно долго.

В возбужденном состоянии атом живет некоторое время (порядка 10 нс) и переходит в основное состояние.

Согласно первому постулату Бора, атом характеризуется системой энергетических уровней, каждый из которых соответствует определенному стационарному состоянию.

Механическая энергия электрона, движущегося по замкнутой траектории вокруг положительно заряженного ядра, отрицательна. Поэтому всем стационарным состояниям соответствуют значения энергии En < 0. При En ≥ 0 электрон удаляется от ядра (происходит ионизация).

Величина |E1| называется энергией ионизации. Состояние с энергией E1 называется основным состоянием атома.

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией En в другое стационарное состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний:

Атом водорода

Простейший из атомов – атом водорода. Он содержит единственный электрон. Ядром атома является протон – положительно заряженная частица, заряд которой равен по модулю заряду электрона.

Обычно электрон находится на первом (основном, невозбужденном) энергетическом уровне (электрон, как и любая другая система, стремится к состоянию с минимумом энергии). В этом состоянии его энергия равна E1 = –13,6 эВ.

 В атоме водорода выполняются следующие соотношения, связывающие радиус траектории вращающегося вокруг ядра электрона, его скорость и энергию на первой орбите с аналогичными характеристиками на остальных орбитах:

На любой орбите в атоме водорода кинетическая (К) и потенциальная (П) энергии электрона связаны с полной энергией (Е) следующими формулами:

Атомное ядро

К оглавлению…

В настоящее время твердо установлено, что атомные ядра различных элементов состоят из двух частиц – протонов и нейтронов, которые принято называть нуклонами. Для характеристики атомных ядер вводится ряд обозначений.

Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом или атомным номером (это порядковый номер в периодической таблице Менделеева). Число нейтронов обозначают символом N.

Общее число нуклонов (то есть протонов и нейтронов) называют массовым числом A, для которого можно записать следующую формулу:

Энергия связи. Дефект массы

Важнейшую роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра. Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. Такие измерения показывают, что масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: Mя < Zmp + Nmn. При этом разность этих масс называется дефектом масс, и вычисляется по формуле:

По дефекту массы можно определить с помощью формулы Эйнштейна E = mc2 энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, то есть энергию связи ядра Eсв:

Но удобнее рассчитывать энергию связи по другой формуле (здесь массы берутся в атомных единицах, а энергия связи получается в МэВ):

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада

К оглавлению…

Почти 90% из известных атомных ядер нестабильны. Нестабильное ядро самопроизвольно превращается в другие ядра с испусканием частиц. Это свойство ядер называется радиоактивностью.

Альфа-распад. Альфа-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в другое (дочернее) ядро, содержащее число протонов Z – 2 и нейтронов N – 2. При этом испускается α-частица – ядро атома гелия 42He. Общая схема альфа-распада:

Бета-распад. При бета-распаде из ядра вылетает электрон (0–1e). Схема бета-распада:

Гамма-распад. В отличие от α- и β-радиоактивности γ-радиоактивность ядер не связана с изменением внутренней структуры ядра и не сопровождается изменением зарядового или массового чисел.

Как при α-, так и при β-распаде дочернее ядро может оказаться в некотором возбужденном состоянии и иметь избыток энергии.

Переход ядра из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием одного или нескольких γ-квантов, энергия которых может достигать нескольких МэВ.

Закон радиоактивного распада. В любом образце радиоактивного вещества содержится огромное число радиоактивных атомов.

Так как радиоактивный распад имеет случайный характер и не зависит от внешних условий, то закон убывания количества N(t) нераспавшихся к данному моменту времени t ядер может служить важной статистической характеристикой процесса радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада имеет вид:

Величина T называется периодом полураспада, N0 – начальное число радиоактивных ядер при t = 0. Период полураспада – основная величина, характеризующая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем интенсивнее протекает распад.

При α- и β-радиоактивном распаде дочернее ядро также может оказаться нестабильным. Поэтому возможны серии последовательных радиоактивных распадов, которые заканчиваются образованием стабильных ядер.

Ядерные реакции

К оглавлению…

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов. В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам сохранения при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (то есть числа нуклонов – протонов и нейтронов). Например, в реакции общего вида:

Выполняются следующие условия (общее число нуклонов до и после реакции остается неизменным):

Энергетический выход ядерной реакции

Ядерные реакции сопровождаются энергетическими превращениями. Энергетическим выходом ядерной реакции называется величина:

где: MA и MB – массы исходных продуктов, MC и MD – массы конечных продуктов реакции. Величина ΔM называется дефектом масс. Ядерные реакции могут протекать с выделением (Q > 0) или с поглощением энергии (Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, которая называется порогом реакции.

Для того чтобы ядерная реакция имела положительный энергетический выход, удельная энергия связи нуклонов в ядрах исходных продуктов должна быть меньше удельной энергии связи нуклонов в ядрах конечных продуктов. Это означает, что величина ΔM должна быть положительной.

Источник: https://educon.by/index.php/materials/phys/atomnaja

Атомная физика, основные понятия и формулы

Ядерная физика. Основные термины, понятия и формулы. Часть 1

Определение 1

Атомная физика — это большой раздел физики, который исследует строение атомов и простые процессы, происходящие исключительно на атомном уровне.

Рисунок 1. Атомная физика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

К атомной физике непременно относится физика элементарных частиц, техника и методы ускорителей положительно заряженных частиц, ядерная энергетика. Основным составным элементом в данном направлении является нейтронная физика.

Современная атомная физика условно разделяется на экспериментальную и теоретическую.

Экспериментальная физика применяет такие исследовательские способы, как центральные ускорители заряженных частиц, разнообразные детекторы частиц и ядерные реакторы.

Экспериментальный вид атомной физики исследует модели строения ядра и ядерные реакции, базируясь на фундаментальных физических гипотезах, которые были созданы в процессе изучения физики микромира.

Ядра всех атомов ученые разделяют на два масштабных класса: радиоактивные и стабильные. Последние самостоятельно и бесконтрольно распадаются, трансформируясь в ядра других веществ. Такие атомные преобразования могут протекать и со стабильными ядрами при их тесном взаимодействии друг с другом и с разнообразными микрочастицами.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Любое положительно заряженное ядро и коэффициент его заряда определяется числом движущихся протонов в ядре $Z$ (зарядовый показатель). Количество нейтронов и протонов в ядре определяет общее массовое число ядра $A$. Элементы с одинаковым зарядовым показателем $Z$ и разными массовыми числами $A$ называются в физике изотопами.

В атомной физике существует множество определений, которые необходимо знать, однако сегодня мы разберем только некоторые из них.

Протоны и нейтроны представляют собой главные элементарные частицы, из которых состоит само ядро атома.

Возбужденное состояние выступает в качестве определенного состояния атома, в котором он несет большую энергию, чем при обычных процессах.

Квантование предполагает способ детального отбора орбит электронов, которые соответствуют всем стационарным состояниям атома.

Нуклон выполняет роль мельчайшей частицы, обладающая двумя основными зарядовыми состояниями: протон и нейтрон.

Заряд ядра показывает число протонов в ядре, которое можно сравнить с атомным номером вещества в периодической системе Менделеева.

Изотопы подразумевают ядра, которые имеют одинаковый заряд, если массовое количество нуклонов различно.

Изобары демонстрируют ядра, которые обладают одним и тем же числом нуклонов, при различных зарядах.

Нуклид показывает это определенное ядро со значениями $А$ и $Z$. Обозначается в физике: $fiz 29.1$, где $X$ — символ конкретного химического элемента, $A$ — это массовое количество нуклонов, $Z$ — это положительный заряд ядра и число протонов, $N$ — это коэффициент нейтронов в ядре.

Определение 2

Атомная единица массы — бесконтрольная единица массы, используемая для определения масс молекул, атомных ядер и элементарных частиц.

Физики записывают ее формулы таким способом:

$\Large 1 a.e.m=1,660 540\times 10{-27} [Кг]$

где $\Large 1 a.e.m$ считается величиной, обратно пропорциональной количеству Авогадро, то молярная интенсивность этого элемента, представленная в граммах на моль, полностью совпадает с массой атома конкретного вещества, выраженной в $a.e.m$.

Для нахождения указанного термина пользуются различными принципами методами. Часть их базируется на экспериментальном уточнении молекулярной массы конкретного соединения элемента. В этом случае атомная масса будет равняться доле общей молекулярной массы, приходящейся на эту частицу, деленной на количество его атомов в молекуле.

Дефект массы ядра

Точные измерения плотности и масс ядер показывают, что указанный коэффициент всегда меньше итоговой суммы масс покоя элементов, которые слагают его свободные нейтроны и протоны.

При таком систематическом делении ядра его масса всегда меньше начальной суммы масс покоя образовавшихся свободных элементов. При синтезе ядра: масса сформировавшегося ядра всегда меньше показателю масс стабильного покоя свободных частиц.

Дефект массы ядра показывает определенную разницу между массой самого ядра и суммой масс всех существующих в ядре нуклонов.

Энергия фотона

Распространение световых лучей необходимо рассматривать как постоянный поток локализованных в пространственной среде дискретных элементов, а не как непрерывный волновой процесс, движущийся со скоростью равную быстроте света в вакууме. В 1926 году эти вещества получили название фотонов, которые обладают всеми характеристиками частицы.

Определение 3

Энергия фотона — это активность элементарной частицы или квант электромагнитного светового излучения.

Это безмассовая частица, которая может полноценно существовать двигаясь со скоростью света. Ее формула записывается таким способом:

$\LARGE E=hu = h\frac{c}{\lambda }$

Таким образом положительная энергия фотона возрастает с ростом частоты и с уменьшением длины волновых процессов. Так же фотон имеет: плотность фотона:

$\LARGE m=\frac{hu}{c2}=\frac{h}{c\lambda }$

и импульс фотона:

$\LARGE p=\frac{hv}{c}=\frac{h}{\lambda }$

Фототок представляет собой процесс, возникающий в конкретной цепи, где пластинка прочно присоединена к отрицательному полюсу основного источника — фотокатода. Фототок появляется практически параллельно с освещением свойств фотокатода. Фототок насыщения абсолютно пропорционален насыщенности света, падающего на конкретную цинковую пластинку.

Скорость радиоактивного распада

Скорость радиоактивного распада представляет собой определенное количество распадов в единицу времени и записывается так:

$\large I(t) = I_0 e{-\lambda t}=I_0 2{-\frac{t}{T}}$

Для того, чтобы данная формула стала более понятной, необходимо продифференцировать выражение для определения зависимости числа атомов от времени. Таким образом:

  • $\large I(t) = -\frac{d}{dt} (N_0 e{-\lambda t})$;
  • тогда получается, что скорость постоянного радиоактивного распада $\large I(t) = I_0 e{-\lambda t}=I_0 2{-\frac{t}{T}}$.

Стоит отметить, что зависимость от времени количества не разрушившихся радиоактивных атомов и коэффициента распада описывается одной и той же постоянной $~\lambda$.

На сегодняшний день основными разделами современной атомной физики выступают теория атома, оптическая спектроскопия, радиоспектроскопия, рентгеновская спектроскопия, физика ионных и атомных столкновений. В то время как рентгеновские методы исследует излучения атомов с мощными энергиями квантов до сотен тысяч, радиоспектроскопия изучает исключительно малые кванты.

Замечание 1

Важнейшая задача атомной физики заключается в детализированном определение всех особенностей состояний атома в виде обозначений вероятных значений интенсивности энергии атома — его систем, принципом и других величин, которые более точно описывают состояние атома.

Изучается сверхтонкая структура уровней энергии, трансформация уровней сил под влиянием электромагнитного поля.

Таким образом, атомная физика непрерывно связана с другими известными разделами физики и другими естественными науками о природе. Правильные представления о структуре атоме, выработанные этим направлением, имеют огромное мировоззренческое значение.

«Стабильность» мельчайших частиц объясняет устойчивость разных видов вещества, целостность химических элементов в природе.

«Пластичность» же атома и систематические изменения его свойств при различных внешних условиях объясняет вероятность возникновения более сложных концепций, качественно своеобразных, их уникальную способность получать разные формы внутренней организации.

Так находит решение то противоречие между идеей о неизменных свойствах атомах и качественным многообразием элементов, которое существовало и в древние времена, и на данный момент, выступая хорошим основанием для критики атомизма.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/atomnaya_fizika/atomnaya_fizika_osnovnye_ponyatiya_i_formuly/

Определения по атомной и квантовой физике

Ядерная физика. Основные термины, понятия и формулы. Часть 1

АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО — тело, которое при любой температуре полностью поглощает все падающее на него электромагнитное излучение независимо от спектрального состава. Излучение А.ч.т. определяется только его абсолютной температурой и не зависит от природы вещества.

АКТИВНОСТЬ (источника радиоактивного излучения) – физическая величина, равная отношению общего числа распадов радиоактивных ядер нуклида в источнике ко времени распада. Единица А.и. в СИ — беккерель.

АЛЬФА-ЛУЧИ — поток альфа-частиц, один из видов радиоактивного излучения атомных ядер.

АЛЬФА-РАСПАД – процесс испускания альфа-частиц при самопроизвольном радиоактивном распаде атомных ядер.

АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ — ядра атома гелия, испускаемые некоторыми нуклидами и состоящие из двух протонов и двух нейтронов.

АННИГИЛЯЦИЯ – процесс превращения частицы и соответствующей ей античастицы в фотоны – кванты электромагнитного поля или другие частицы – кванты физических полей иной природы. Существует обратное явление – рождение пар.

АТОМ — наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств. А. состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся в кулоновском поле ядра (описывается законами квантовой механики). Размеры А. порядка 10-10 м, энергия связи внешних электронов в А. порядка 10 эВ.

АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ — единица массы, равная 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12. 1 а.е.м. = 1,6 .10-27 кг. Применяется в атомной и ядерной физике.

АТОМНАЯ МАССА — масса атома, выраженная в атомных единицах массы.

БЕТА-ЛУЧИ — поток бета-частиц (электронов или позитронов), испускаемых атомными ядрами при их бета-распаде.

БЕТА-РАСПАД – процесс радиоактивного превращения атомных ядер, в котором ядра испускают электроны и антинейтрино (β) или позитроны и нейтрино (β+) распады. Обусловлен слабым взаимодействием и связан с взаимным превращением нейтронов и протонов в атомных ядрах.

БОРА ПОСТУЛАТЫ — основные допущения, введенные без доказательства Н.Бором, и положенные в основу БОРА ТЕОРИИ: 1) Атомная система устойчива только в стационарных состояниях, которые соответствуют дискретной последовательности значений энергии атома.

Каждое изменение этой энергии связано с переходом атома из одного стационарного состояния в другое.

2) Поглощение и излучение энергии атомом происходит по закону, согласно которому связанное с переходом излучение является монохроматическим и обладает частотой ν: hν=Ei-Ek, где h -Планка постоянная, а Ei и Ek — энергии атома в стационарных состояниях.

БОРА ТЕОРИЯ — первая квантовая теория атома, созданная в 1913г. Н.Бором. Основана на ядерной модели атома, Бора постулатах и предположении, что для описания электронов в стационарных состояниях применимы законы классической механики. Предшествовала квантовой механике.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ — взаимные влияния элементарных частиц, определяющие изменения их состояний и взаимопревращения. Виды: сильное, электрослабое (электромагнитное и  слабое),  гравитационное.

ВИЛЬСОНА КАМЕРА — прибор для наблюдения движущихся с большой скоростью электрически заряженных микрочастиц, основанный на конденсации перенасыщенных паров. Изобретена в 1912 г. Ч.Т.Р.Вильсоном.

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 0,1 нм, возникающее при распаде радиоактивных ядер и элементарных частиц, взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, а также при аннигиляции электронно-позитронных пар.

ГАММА-ЛУЧИγ-лучи — то же, что гамма-излучение.

ГЛАВНОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО (n – номер орбиты) — квантовое число, определяющее возможные значения  энергии атома водорода в стационарных состояниях: , где h -Планка постоянная; R -Ридберга постоянная. Г.к.ч. n принимает целые положительные значения 1,2,3,…

ДЕФЕКТ МАСС — разность между массой атома и массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии. Обычно измеряют в атомных единицах массы (а.е.м.) Иногда Д.м. называют величину, где E -энергия связи; с — скорость света.

ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ – физическая величина, равная отношению энергии ионизирующего излучения, поглощаемой веществом, к массе этого вещества: Позволяет оценить радиационную опасность. Единица Д.и. в СИ — грэй.

ЗАРЯДОВОЕ ЧИСЛО – физическая величина, равная числу протонов в атомном ядре и числу электронов в нейтральном атоме. Совпадает с атомным номером химического элемента. При этом электрический заряд ядра равен Ze, где Z– З.ч., а e — элементарный электрический заряд. Обычно указывается слева внизу у символа химического элемента (напр., ) Cр.массовое число.

ИЗЛУЧЕНИЕ – 1) И. волн и частиц – процесс испускания звуковых волн источниками звука, радиоволн — антеннами, света и рентгеновских лучей – атомами и молекулами, α-, β-частиц и γ-лучей атомными ядрами. 2) Сами эти волны и частицы как движущиеся объекты. (См. Альфа-лучи, Бета-лучи и т.д.)

ИЗОБАРЫ – атомы различных химических элементов, имеющие одинаковые массовые числа. Ядра И. содержат разные числа протонов, но общее количество нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре у них одинаковое. Ср.Изотопы.

ИЗОТОПЫ – разновидности атомов одного химического элемента, отличающиеся массой. Содержат одинаковое число протонов, но различаются числом нейтронов и занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Ср. изобары.

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ — потоки элементарных частиц и квантовэлектромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул этого вещества.

КВАНТ ЭНЕРГИИ — конечное количество энергии, которое может излучить или поглотить микросистема (атом, молекула, атомное ядро и т.д.) в отдельном акте изменения ее состояния, т.е. приквантовом переходе.

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА — физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (электронов, атомов, молекул и т.д.) в заданных внешних полях (напр., электронов в кулоновском поле атомного ядра). Законы К.м. имеют вероятностный характер.

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА — целые или полуцелые (т.е. отличающиеся от целого на 1/2) числа, определяющие возможные дискретные числовые значения энергии, импульса и момента импульса системы (атома, молекулы), которая описывается законам квантовой механики.

КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР — источник монохроматического когерентного электромагнитного излучения, действие которого основано на использовании явления вынужденного излучения. Излучение К.г.

характеризуется высокой монохроматичностью, когерентностью, узкой направленностью и значительной мощностью. В зависимости от диапазона электромагнитного излучения различают два вида К.г.: лазер и мазер.

КВАНТОВЫЙ ПЕРЕХОД — скачкообразный переход квантовой системы (атома, молекулы и т.д.) с одного уровня энергии на другой. При переходе с более высокого уровня на более низкий система излучает энергию, а при обратном переходе ее поглощает. Излучение и поглощение энергии происходит квантами (порциями) энергии. См.Бора постулаты.

КРИТИЧЕСКАЯ МАССА — наименьшая масса ядерного горючего (урана, плутония), при которой происходит ядерная цепная реакция.

МАССОВОЕ ЧИСЛО — общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре; одна из основных характеристик атомного ядра. Обычно указывается слева вверху у символа химического элемента (напр. 4He,). Ср.зарядовое число.

НЕЙТРИНО — электрически нейтральная элементарная частица с весьма малой массой покоя, нулевым магнитным моментом и спином 1/2. Участвует только в слабом взаимодействии и имеет очень большую проникающую способность.

НЕЙТРОН — электрически нейтральная элементарная частица. Вместе с протоном входит в состав атомных ядер. В свободном состоянии н. неустойчив: распадается на протон, электрон и антинейтрино (период полураспада примерно 1000с). См.нуклон, ядерные силы.

НУКЛОН — общее название протона и нейтрона, т.е. частиц, из которых состоят атомные ядра. Протоны и нейтроны схожи по своим свойствам (см. ядерные силы) и поэтому могут рассматриваться как два различных зарядовых состояния одной и той же частицы — нуклона.

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА — время, в течение которого количество нестабильных частиц уменьшается вдвое. Одна из основных величин, позволяющих описать поведение радиоактивных веществ.

ПЛАНКА ПОСТОЯННАЯ, квант действия (h) — одна из основных физических постоянных, отражающая специфику физических законов микромира и играющая фундаментальную роль в квантовой механике. h=6,63.10-34 Дж.с. Часто п.п. называют величину 1,05.10-34 Дж.с.

ПОЗИТРОН — элементарная частица с массой, равной массе электрона, положительным элементарным электрическим зарядом и спином, равным 1/2. Античастица электрона.

ПРОТОН — стабильная элементарная частица с положительным элементарным электрическим зарядом и спином 1/2. Вместе с нейтронами входит в состав атомных ядер всех химических элементов. В нейтральном атоме количество протонов равно количеству электронов. Количество протонов определяет атомный номер элемента в таблице Менделеева.

РАДИОАКТИВНОСТЬ – явление самопроизвольного превращения неустойчивых изотопов химического элемента в другие изотопы (обычно другого элемента), сопровождающееся испусканием элементарных частиц, атомных ядер и жесткого электромагнитного излучения. Лучшее онлайн-казино с идеальными условиями для игры spin million по ссылке. Различают естественную р. (изотопов, существующих в природе) и искусственную р. (изотопов, получаемых при ядерных реакциях).

РЕАКТОР ЯДЕРНЫЙ — устройство, в котором происходит управляемая цепная реакция деления ядер. См. ядерный реактор.

СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — один из видов взаимодействия элементарных частиц, характеризующийся наибольшей интенсивностью и присущий всем адронам. С.в. обусловлены ядерные силы и др. Ср. гравитационное, слабое и электромагнитное взаимодействия.

СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — один из видов взаимодействия элементарных частиц, характеризующийся минимальной (не считая гравитационного) интенсивностью.

Присуще нейтрино и всем элементарным частицам, кроме фотона. С.в. ответственно за α-распад, за многие распады элементарных частиц и др., а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Ср.

гравитационное, сильное, электромагнитное взаимодействия.

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ — реакции слияния легких атомных ядер, в результате которых образуются более тяжелые (реакция синтеза ядер), происходящие  при сверхвысоких температурах (порядка 107К и более). Сопровождаются выделением огромного количества энергии. Напр., при полном превращении 1 кг водорода в гелий выделяется 8.

1014 Дж, т.е. примерно в 10 раз больше, чем при делении 1 кг 235U и в 2.107 раз больше, чем при сгорании 1 кг бензина. В естественных условиях т.р. происходят на солнце и звездах, исскуственная т.р. получена пока лишь в форме неуправляемой реакции при взрыве водородной бомбы. См.

управляемый термоядерный синтез.

УРОВНИ ЭНЕРГИИ — возможные значения энергии атома, молекулы или др. квантовой системы. Образуют энергетический спектр системы (непрерывный, дискретный или смешанный). Предположения о существовании у.э. для атомов впервые сделаны в 1913 г. Н. Бором (см.Бора постулаты) и затем подтверждены экспериментально в Опытах Д.Франка и Г.Герца.

УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕНЫХ ЧАСТИЦ — установки для получения направленных пучков электронов, протонов, легких атомных ядер и др. с энергией от сотен кэВ до сотен ГэВ.

Используются в ядерной физике и физике высоких энергий для исследования характера различных взаимодействий и структуры микрочастиц, а также в промышленности (получение изотопов, дефектоскопия, стерилизация пищевых продуктов) и медицине.

ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ — см. ядерная цепная реакция.

ЭЛЕМЕНТ ХИМИЧЕСКИЙ — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и, следовательно, с одинаковым числом электронов. Основные характеристики — атомный  номер и атомная масса. Известно 113 элементов, 25 из них получены искусственно. Взаимосвязь Э.х. отражена в периодической системе элементов Менделеева.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ — простейшие структурные элементы материи, о которых на современном уровне нельзя сказать, что они являются простым соединением других частиц. Каждой э.ч.

(за исключением “истинно нейтральных” фотона и некоторых мезонов) соответствует своя античастица. Взаимодействие пары частица — античастица приводит к аннигиляции. При изучении взаимодействия э.ч.

особую роль играют сохранения законы.

ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ — энергия тела (частицы) в системе, относительно которой тело (частица) покоится. Е0=m0c2, где m0 — масса покоя частицы.

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ — разность между энергией связанной системы частиц и суммарной энергией этих частиц в свободном состоянии. Для устойчивых систем отрицательна.

ЯДЕРНАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ — реакция деления тяжелых атомных ядер под действием нейтронов, в каждом акте которой число нейтронов возрастает, так что может возникнуть самоподдерживающийся процесс деления. Сопровождается выделением огромного количества энергии (200 МэВ на каждое делящееся ядро урана или плутония).

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА  — отрасль энергетики, занимающаяся преобразованием  ядерной энергии в другие виды энергии с целью практического применения.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ, атомная энергия — внутренняя энергия атомного ядра, связанная с движением и взаимодействием образующих ядро нуклонов. Возможны два способа получения я.э.: осуществление ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер или термоядерной реакции синтеза легких ядер.

ЯДЕРНОЕ ГОРЮЧЕЕ — 1) природное я.г. — изотоп  235U(урана-235). 2) вторичное я.г. — искусственно получаемый в ядерном реакторе изотоп 239Pu (плутоний-239) и изотоп урана 233U(уран-233).

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ — превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействием с элементарными частицами или между собой. Я.р. обычно происходят при бомбардировке тяжелых атомных  ядер более легкими ядрами или частицами. Используются для изучения строения и свойств атомных ядер, получения ядерной энергии и радиоактивных изотопов.

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ — взаимодействия между нуклонами в атомных ядрах определяющие (вместе с электромагнитными силами) строение и свойства ядер. Проявляются только на расстояниях порядка 10-15м и не зависят от заряда нуклонов. См.сильное взаимодействие.

ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ — чрезвычайно быстрое выделение огромного количества энергии в результате цепной ядерной реакции или термоядерной реакции.

ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР, атомный реактор — устройство для осуществления и поддержания управляемой цепной ядерной реакции деления ядер тяжелых элементов.

ЯДРО АТОМНОЕ — положительно заряженная центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся его масса. Заряд  ядра  и атомный номер определяются числом протонов, а атомная масса — суммарным числом нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Размеры  тяжелых ядер достигают  10-14 м, плотность ядерного в-ва 1017 кг/м3.

Источник: https://www.eduspb.com/node/1682

Дефект массы ядра

Измерения массы и плотности ядер указали на то, что данный коэффициент всегда будет меньше суммы масс элементов в покое, которые слагают свободные протоны и нейтроны.

При систематическом делении ядер, масса ядра всегда меньше начальной суммы масс в покое. Кроме того, при синтезе ядер, масса синтезированного ядра всегда меньше показателя массы стабильного покоя. Обратите внимание, дефект массы ядра указывает на определенную разницу между массой ядра и суммой масс всех ядер нуклона.

Энергия фотона

Лучи света распространяются как постоянный поток локализованных в пространстве дискретных элементов. Некоторые путают и считают, что это непрерывный волновой процесс, который движется со скоростью света в вакууме. 1926 год фотоны получили своё название.

Энергия фотона — это квант электромагнитного излучения или активность элементарной частицы.

Энергия фотон не обладает массой однако скорость имеет внушительную, равную скорости света.

Получается энергия растет прямо пропорционально росту частоты и уменьшения длинные волны.

Импульс фотона:

Фототок это такой процесс, который возникает в той цепи, где пластина присоединена к отрицательному полюсу фотокатода. Этот процесс протекает параллельно с освещением фотокатода. Сам процесс пропорционален насыщенности света, который падает на цинковую пластину.

Скорость радиоактивного распада

Этот показатель являет собой какое-то количество распадов за определенное время

Продифференцируйте выражения и вы определите зависимость времени и числа атомов, так все станет гораздо понятнее:

Теперь мы можем увидеть скорость постоянного радиоактивного распада:

Отметим, зависимость количества не разрушившихся радиоактивных атомов от времени и коэффициента распада описывается одно постоянной

На сегодня основами учения атомной физики являются оптическая спектроскопия, теория атома, радиоспектроскопия, физика ионных и атомных столкновений, рентгеновская спектроскопия. Радиоспектроскопия изучает только малые кванты, в то время как рентгеновские исследования проводятся для излучения атомов, в сотни тысяч квантов.

задача атомной физики — детально определить в каком состоянии находится атом и изучить это самое состояние. Изучение проводят в обозначении вероятных значений интенсивности. И другими величинами которые могут описать состояние атома.

Сейчас проводят исследования в попытках изучить сверхтонкую структуру разных уровней энергии, трансформацию этих уровней под воздействием электромагнитного поля.

Теперь вы понимаете, что атомная физика тесно связана со всем разделами физики и других наук. Понимание строения атомов имеют огромное большое мировоззренческое значение.

А понятие «Стабильности» самых мелких частиц может объяснить стабильность различных химических веществ во внешней среде и особенность взаимодействия этих частиц между собой.

А такое понятие как «Пластичность» отражает способность атома изменять свои свойства при разнообразных внешних воздействиях, что помогает объяснить вероятность возникновения сложных концепций, уникальное свойство менять форму внутренней организации.

Так возникают некоторые вопросы. С одной стороны атом он неизменен и то что существовало в древние времена не претерпело никаких изменений в современности. С другой стороны данные полученные в ходе современных исследований указывают, что в атомной структуре очень много противоречивой информации и множество загадок ещё придется разгадать. Но это уже хорошее подспорье для критики атомизма.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/atomnaya-fizika-ponyatia-i-formuly/

Biz-books
Добавить комментарий