Применение люминесценции

1. Люминесцентный анализ, при котором не надо нагревать вещество для получения спектра. Достаточно добавить некоторый реагент, который переводит исследуемое вещество в разряд люминофоров. Важной особенностью люминесценции является способность светиться при очень малых концентрациях ( кг/м³) и малых количествах ( кг).

2. Лампы дневного света. У обычных ламп накаливания КПД очень мал , поскольку видимый диапазон света составляет ничтожную часть от общего диапазона излучения нагретого тела. Линии излучения паров ртути концентрируются в узкой области, близкой к диапазону видимого света. Однако есть и недостатки: спектр излучения паров ртути не сплошной, а линейчатый. Поэтому на внутреннюю поверхность газоразрядной трубки наносят смесь специально подобранных фосфоров, которые дают вторичное излучение в видимой части спектра. Таким путем изготавливают лампы дневного света.

3. Физика атомного ядра и элементарных частиц

3.1. Состав и характеристики атомного ядра

Атомное ядро состоит из элементарных частиц – протонов и нейтронов, которые называются нуклонами.

Протон () – ядро атома водорода, имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя

,

где кг – масса покоя электрона.

Нейтрон () – нейтральная частица с массой покоя, примерно равной массе покоя протона. В свободном состоянии нейтрон не стабилен. Он распадается по схеме:

,

где – антинейтрино, масса антинейтрино равна нулю. Период полураспада мин.

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом . Заряд ядра равен , где – зарядовое число, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева. Очевидно, что число нейтронов в ядре . Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: .

Поскольку атом нейтрален, заряд ядра определяет и число электронов в атоме. От этого зависит и распределение их по состояниям в атоме, от чего, в свою очередь, зависят химические свойства атома.

Ядра с одинаковыми, но разными называются изотопами. Например, водород имеет три изотопа: -протий (), -дейтерий (), -тритий (). Ядра с одинаковыми , но разными называются изобарами. Если у ядер одинаковое число нейтронов , то такие ядра называются изотонами, а ядра с одинаковым периодом полураспада – называются изомерами.

Радиус ядра определяется приближённой формулой:

м,

где – массовое число.

Из этой формулы вытекает, что объём ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер ( кг/м³).

В ядерной физике принята единица измерения массы – одна атомная единица массы – а.е.м. кг. Кроме этого принято выражать массы элементарных частиц через их энергии, согласно формуле Эйнштейна . При этом масса покоя протона МэВ, масса покоя электрона МэВ.

3.2. Дефект массы и энергия связи ядра

Масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов, входящих в ядро. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро, выделяется энергия связи нуклонов.

Энергия связи равна той работе, которую нужно совершить, чтобы разделить образующие ядро нуклоны на расстояния, при котором они практически не взаимодействуют друг с другом. Таким образом, энергия ядра меньше энергии невзаимодействующих нуклонов.

Уменьшение энергии должно сопровождаться эквивалентным уменьшением массы: . Следовательно, энергия связи нуклонов в ядре будет определяться так:

,

где – соответственно массы протона, нейтрона и ядра. В таблицах обычно приводятся не массы ядер, а массы атомов (), поэтому обычно пользуются формулой:

,

где – масса атома водорода.

Величина называется дефектом массы.

Часто вместо энергии связи рассматривают удельную энергию связи - энергию связи, приходящуюся на один нуклон. На рис.17 представлена зависимость от массового числа.

Рис.17. Зависимость от массового числа

Ход кривой на рис.17 свидетельствует о том, что энергетически выгодными являются следующие процессы: 1) деление тяжёлых ядер на более лёгкие; 2) слияние лёгких ядер друг с другом в более тяжёлые. Оба процесса сопровождаются выделением огромного количества энергии.