Кодекс и Законы Элементы физики ядра
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-29Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ЯДРА
Содержание: Строение атомного ядра. Модели ядра. Природа ядерных сил. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада, α –, β – и γ – излучение атомных ядер.
Строение атомного ядра
Состав ядра
Атомное ядро это положительно заряженная центральная часть атома, в которой сосредоточена вся масса атома.
Атомное ядро любого химического элемента (кроме атома водорода) состоит из протонов и нейтронов (рис. 12.1). Эти частицы называются нуклонами.
Рис. 12.1
| Характеристики нуклонов | Протон ( p ) | Нейтрон (п) |
| Электрический заряд | | 0 |
Масса | = 1,00759 а.е.м. = 938.28 МэВ | = 1,00898 а.е.м. = 939.55 МэВ |
| Масса в | | |
| Спин | | |
[
Магнитные моменты протона и нейтрона соответственно равны:
где
Характеристики атомного ядра
Основными величинами, характеризующими атомное ядро, являются зарядовое Z и массовое А числа.
| Характе- ристика | Обозначение | Определение |
| Зарядовое число | Z | Равно числу протонов в ядре, совпадает с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов |
| Массовое число | A=Z+N | Равно числу нуклонов в ядре (числу протонов Z и нейтронов N) |
| Заряд ядра | +Ze | Поскольку атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме |
Итак, число Z равно количеству протонов в ядре и определяет его электрический заряд Ze. Его также называют атомным номером. Массовое число А определяет число нуклонов в ядре. Число же нейтронов в ядре
N = А – Z.
Символически эти характеристики ядра обозначают так:
Изотопы, изобары, изотоны
| Изотопы | Изобары | Изотоны |
| Атомные ядра одного и того же элемента с различным числом нейтронов | Атомные ядра различных элементов с одинаковым массовым числом | Атомные ядра различных элементов с одинаковым числом нейтронов |
| Изотопы имеют одина-ковые Z, но разные А | Изобары имеют одинаковые А, но разные Z | Изотоны имеют одина-ковые N, но разные Z и А |
| Пример: | Пример: | Пример: |
Дефект массы и энергия связи ядра
Для того чтобы разделить ядро на отдельные свободные нуклоны необходимо произвести работу
Известно, что энергия покоя частицы связана с ее массой как
На практике используется не работа, а величина, определяемая с обратным знаком и называемая энергией связи ядра,
Перепишем это выражение через массы атомов, которые содержатся в физических таблицах. Для этого добавим и вычтем к правой части предыдущего равенства массу электронов, содержащихся в атоме, т.е.
Здесь
В физических таблицах обычно приводятся не массы
Величина
называется дефектом массы ядра.
Энергия связи, приходящаяся на один нуклон,
называется удельной энергией связи нуклонов в ядре. На рис. 12.3 изображена зависимость удельной энергии связи от массового числа A.
Рис. 12.3
Сильнее всего связаны нуклоны в ядрах с массовыми числами порядка 50–60 (от Cr до Zn). Для них
уменьшается. Так для урана
Такая зависимость, изображенная на рис. 12.3, делает энергетически возможными два процесса:
1) деление тяжелых ядер на более легкие ядра;
2) слияние (синтез) легких ядер в более тяжелые ядра.
При обоих процессах выделяется огромное количество энергии; эти процессы в настоящее время осуществлены практически (реакции деления и термоядерные реакции).
Радиоактивность
Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних нестабильных атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц (Беккерель 1896).
Радиоактивность, наблюдающаяся у ядер, существующих в природных условиях, называется естественной.
Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной.
Виды радиоактивного излучения:
α–излучение
Отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью. Представляет собой поток ядер гелия; заряд α–частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия
β–излучение
Отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше, чем у α–частиц. Представляет собой поток быстрых электронов.
γ–излучение
Не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью, при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию. Представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны
Рис. 12.4
Закон радиоактивного распада
Закон самопроизвольного радиоактивного распада основывается на двух предположениях:
1) постоянная распада не зависит от внешних условий;
2) число ядер, распадающихся за время dt, пропорционально наличному количеству ядер.
Эти предположения означают, что радиоактивный распад является статистическим процессом и распад данного ядра является случайным событием, имеющим вероятностный характер.
Предположим, что в момент времени t было N радиоактивных ядер,
а в момент времени t
+
dt осталось N
–
dN нераспавшихся ядер.
Убыль числа ядер за время
Можно считать, что число ядер, распадающихся за время
и
где
Формулировка основного закона радиоактивного распада:
число еще нераспавшихся ядер N убывает со временем по экспоненте
(см. рис. 12.5). Здесь N – число нераспавшихся ядер к моменту времени t;
Рис. 12.5
Интенсивность радиоактивного распада характеризуют числом ядер, распадающихся в единицу времени
.
Ее измеряют в беккерелях (Бк), 1 Бк = 1 распад/с; а также в кюри (Ки), 1 Ки = 3.7
Период полураспада
Период полураспада
Подставляя
Для известных в настоящее время радиоактивных ядер варьируется от
Среднее время жизни радиоактивного ядра
Количество ядер, распавшихся за промежуток времени (t,
Время жизни каждого из ядер равно t. Следовательно, сумма времен жизни всех
Для выполнения интегрирования перейдем к новой переменной
Сравнение
числовым множителем, равным
