18) Ядерная физика. Атомное ядро и его характеристики. Основные свойства ядерных сил.

Ядерная физика – раздел физики, изучающий структуру и свойства атомных ядер, а так же их столкновения (ядерные реакции).

Э. Резерфорд пришел к выводу, что атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Он также показал, что атомные ядра имеют размеры примерно 10^-14— 10^-15 м. Атомное ядро состоит из элементарных частиц — протонов и нейтронов. Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу m_р = 1,6726 • 10^-27 кг. Нейтрон (n) — нейтральная частица с массой m_n = 1,6749 • 10-²⁷ кг. Протоны и нейтроны называются нуклонами. Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым числом А. Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где Z — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента. Ядра с одинаковыми Z, но разными А называются изотопами, а ядра с одинаковыми А, но разными Z - изобарами. В первом приближении ядро можно считать шаром, причем радиус ядра задается эмпирической формулой Ядро обладает собственным моментом импульса - спином - складывается из спинов нуклонов и из орбитальных моментов импульса нуклонов. Атомное ядро кроме спина обладает магнитным моментом р_mя. р_mя = g_яL_я. Энергия, которую нужно затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра: Е_св = [Zm_н + (A- Z)m_n - m]c² Величина: называется дефектом массы ядра. На эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра. Между составляющими ядро нуклонами действую ядерные силы.

Ядерные силы относятся к классу сильных взаимодействий. Основные свойства ядерных сил: 1) ядерные силы являются силами притяжения; 2) ядерные силы являются короткодействующими 3) ядерным силам свойственна зарядовая независимость, 4) ядерным силам свойственно насыщение 5) ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов 6) ядерные силы не являются центральными.

19) Радиоактивность. Виды радиоактивного распада. Ядерные реакции.

Радиоактивность – способность атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений. Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Под радиоактивным распадом понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно.

- закон радиоактивного распада, где N₀ – начальное число нераспавшихся ядер, N – число нераспавшихся в момент времени t, λ – постоянная рад. распада. Интенсивность процесса распада характеризует период полураспада – время, за которое исходное число ядер уменьшается вдвое, и среднее время жизни ядра – обратная величина постоянной рад. распада.

Виды распада:

В результате альфа-распада радиоактивный элемент превращается в другой элемент, порядковый номер которого на 2 единицы, а массовое число на 4 единицы, меньше.

Явление бета-распада состоит в том, что ядра некоторых элементов самопроизвольно испускают электроны и элементарную частицу очень малой массы - антинейтрино.

Ядерные реакции - это превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами (в том числе и с γ-квантами) или друг с другом. Наиболее распространенный вид ядерной реакции: где X и Y — исходное и конечное ядра; а и в — бомбардирующая и испускаемая (или испускаемые) в ядерной реакции частицы. В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения зарядовых и массовых чисел: сумма зарядовых чисел (и сумма массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядовых чисел (и сумме массовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) реакции. Выполняются также законы сохранения энергии, импульса и момента импульса.

1) захват ядром X частицы а, приблизившейся к нему на расстояние действия ядерных сил 2) образование промежуточного ядра С, называемого составным 3) распад составного ядра на ядро Y и частицу b. Некоторые реакции протекают без образования составного ядра, они называются прямыми ядерными взаимодействиями.