7.14 Термоядерные реакции синтеза легких ядер

₁H²+ ₁H²₁H³+ ₁p¹. ₁H²+ ₁H³₂He⁴+ ₀n¹. Выделяется кол-во теплоты Q4 МэВ.

Свойства термоядерных реакций:

1) Выделяется количество теплоты в несколько раз больше, чем при делении тяжелых ядер. При делении урана 235 выделяется 0,8 МэВ. Для термоядерных – 4 МэВ.

2) Протекание термоядерных реакций возможно при некоторой температуре Е_к (ядерного синтеза) больше или равно Е_n (двух ядер Н²); Е ~ kТ ~ e²/4πε₀r, r≈ размеру ядра 10^-15. r_min=2∙10^-15 м, следовательно Т≈2∙10⁹ К.

Синтез возможен при Т=10⁷ К. Поэтому: а) следствие туннельного эффекта; б) при синтезе ядра, находящегося в состоянии плазмы и распределение числа частиц по энергиям описывается распределением Максвелла.

3) Впервые неуправляемый термоядерный синтез был реализован при взрыве водородной бомбы. ₁H²+₁H³→₂He⁴+₀n¹. Реакция сопровождается выделением энергии 17,6 МэВ. 17,6/5=3,5 МэВ на 1 нуклон.

4) Неуправляемый термоядерный синтез происходит при взрыве бомбы. Управляемая термоядерная реакция возможна при выполнении условии Лоусона. n∙τ>10¹⁴, T>10⁷ K; n – концентрация частиц, τ – время удержания. Выполнение этого условия осуществляется при воздействии сильных МП.

7.15 Элементарные частицы

1. Уровень элементарных частиц.

Атома Δr=10^-10. Е порядка 1÷10 эВ.

Ядра Δr=10^-15. Е порядка 1÷100 МэВ.

ΔpΔr ħ; Δr= ħ/Δp~ ħ/p; Δr= ħ/√(2meE); E_max (на сег.)= 10¹¹ эВ, Δr= 10^-18 м.

2. Свойства элементарных частиц: 1) Общее число элементарных частиц вместе с античастицами равно 400. Почти все они нестабильны. Стабильны: электрон, позитрон, протон, нейтрон, фотон, нейтрино и антинейтрино; τ_p=2∙10²² лет. Остальные частицы нестабильны. Получаются в космическом излучении или ускорителях. 2) Масса частиц определяется либо в МэВ, либо в ГэВ. 1 МэВ=10⁶ эВ. 3) Среднее время жизни – это мера стабильности частиц τ_n=8,99 сек. Наиболее нестабильны τ=10^-23 сек. 4) Любая частица обладает спином (собственным моментом импульса) [ ]=ħ: если целый спин – бозоны, если дробный спин – фермионы. 5) Частицы имеют заряд q, кратный модулю е. 6) Частица характеризуется собственным магнитным моментом . 7) Любая частица имеет античастицу. Кроме фотона и нейтрона. Античастица и частица имеют одинаковое время жизни τ, спин, массу, остальные характеристики: заряд и магнитный момент равны по модулю и противоположны по знаку. Позитрон был обнаружен в 1932 г в космическом излучении. Позитрон образуется при соударении фотона большой энергии с атомным ядром. При взаимодействии электрона и позитрона происходит аннигиляция и выделяется энергия, равная энергии двух фотонов.

3. Способы получения и наблюдения элементарных частиц.

Основным методом получения элементарных частиц является метод рассеивания.

Постановка эксперимента:

Источник создает 1 или 2 пучка частиц с примерно одинаковыми энергиями. Сейчас используются встречные пучки. Рассеянные частицы расходятся на большие расстояния и с помощью детекторов регистрируются энергии, заряды, спины, магнитные моменты, массы этих частиц. Зная сост-е встречных частиц и измеряя сост-е конечных частиц получают информацию о характере взаимодействия и структуре частиц. Все процессы рассеяния пучков проверяются на выполнение законов сохранения. Если хотя бы один закон не выполняется, то вводят новую частицу.

17.15.4. Классификация элементарных частиц

1) Переносчики взаимодействия. 2) Лептоны. 3) Адроны: а) короткоживущие резонансы. τ=10²³ сек. б) стабильные адроны: мезоны, бозоны (барионы).

1)

10-15	сильное (свойственно для вз.д. тяж. ч-ц)	8 глюонов	лазерные силы	1
∞	электромагнитные	1 фотон	кулон. силы	1/137
10-18	слабое вз.д. (х-но для люб. ч-ц кроме фотона)	3 промежуточных бозона	? -	10-10
∞	гравитационное вз.д.	1 гравитон	гравит. силы	10-38

2) Лептоны – частицы, не участвующие в сильном взаимодействии и имеющие спин ½ħ= . Различают 3 семейства лептонов: электронный дуплет и нейтрино равен е; мюонные – мюон и антинейтрино. И тооное семейство. Всего лептонов 6. Для выделения лептонов вводится понятие лептонный заряд: L=1 для лептонов, иначе L=0, для антилептона L=-1. В дальнейшем ввели понятие электрического заряда лептонов. L_e, мюонный заряд L_μ., и тоонный L_τ; L=L_e+L_μ+L_τ. Должен выполняться закон сохранения е, μ и τ зарядов.

3) Адроны – это тяжелые частицы, участвующие в сильных взаимодействиях. Стабильные адроны делятся на 1) мезоны (целый спин); 2) барионы (полуцелый спин). Для выделения барионов ввели барионный заряд. В=1 - барион. В=-1 – антибарион. При любых взаимодействиях и превращениях должен выполняться закон сохранения барионного заряда. Все мезоны и барионы подразделяются на «обычные» частицы, «странные»(S), «очарованные»(С), «прелестные»(b) и “истинные”(t) частицы, которые различаются массами и временем жизни.