Курс лекций по разделу атомная физика

Курсовые
Черчение

Теплоэнергетика

Электротехника
Карта
Строение и общие свойства атомных ядер
  Протонно-нейтронная структура ядра.
 

Свойства ядер

  Заряд ядра
  Масса ядра и масса атома

Масса ядра является одной из его самых важных характеристик. Массу ядра нуклида данного состава (А,Z) будемобозначать М(А,Z) или М(АХ), а массу соответствующего атома Мат.

 

Связь между массой любого тела и его полной энергией

 

Масса атома

  Энергия связи ядра
 

Cистема центра инерции

 

Дефект массы ядра

 

Удельная энергия связи

 

Максимум удельной энергии связи

  Размер ядра
  Спин, магнитный и электрический моменты ядер
 

Проекция момента

 

Модуль вектора момента

 

Магнитный момент ядра

 

Квантовое число спина

 

Метод ядерного магнитного резонанса

 

Электрический момент ядра

  Возбужденные состояния ядер Возбуждение ядра – сообщение ядру дополнительной энергии, в результате чего увеличивается его внутренняя энергия, и ядро переходит из основного состояния в возбужденное. Ядро является квантовой системой взаимодействующих нуклонов и имеет строго определенный и дискретный набор разрешенных энергетических состояний. Уровни возбуждения бывают одночастичными и коллективными. Наименьшее количество энергии, которое может поглотить ядро, соответствует его первому возбужденному уровню. Переход на первый возбужденный уровень у легких ядер чаще всего представляет собой переход одного нуклона в ближайшее незанятое состояние. У тяжелых ядер переход на первый возбужденный уровень обычно связан с возбуждением колебаний всего ядра или вращением ядра как целого, то есть с проявлением коллективного взаимодействия нуклонов в ядре.
  Четность
 

Четность волновой функции

  Ядерные силы
 

Интенсивность ядерного взаимодействия

 

Нецентральный характер ядерных сил

  Изотопический спин
 

Суммарный вектор изотопического спина

  Статистика
 

Квантовая статистика

 

Примеры использования статистик

Модели атомных ядер

  Необходимость и классификация моделей
  Капельная модель
 

Физический смысл формулы Вейцзеккера

 

Следствия из формулы Вейцзеккера

  Оболочечная модель Ядра, содержащие магическое число нейтронов или протонов, т.е. 2, 8, 20, 50, 82, 126 (только для нейтронов), обладают повышенной удельной энергией связи по сравнению с «соседними» ядрами, являются сферически симметричными (имеют нулевой электрический квадрупольный момент), имеют большую распространенность в природе. Нуклиды с магическими ядрами имеют наибольшее число стабильных изотопов и изотонов. Ядра с магическими числами N поглощают нейтроны с вероятностью, меньшей в 10 ÷ 100 раз, чем ядра с близкими значениями N. Периодичность изменения этих и ряда других свойств ядер при изменении A и Z напоминает периодическое изменение свойств атомов от числа содержащихся в них электронов. Это наводит на мысль о наличии в ядрах устойчивых заполненных оболочек подобно тому, как это имеет место в атомах, где магическими являются числа 2, 10, 18, 36, 54, 86 для электронов в заполненных оболочках инертных газов. В обоих случаях физической причиной периодичности является принцип  Паули
 

Построение оболочечной модели

 

Систематика уровней

Радиоактивные превращения ядер
  Определение, виды радиоактивности, радиоактивные семейства

Радиоактивность - это самопроизвольное, спонтанное изменение свойств ядер со временем. Ядра, испытывающие изменение такого рода, называются радиоактивными или нестабильными ядрами. Радиоактивные ядра являются неустойчивыми нуклонными системами и, как принято говорить, испытывают радиоактивный распад. Каждое ядро характеризуется определенным нуклонным составом (А, Z) и определенной энергией Е. Если спонтанно изменяется хотя бы одна из этих характеристик, то такое изменение является радиоактивным распадом. Ядро, испытывающие радиоактивный распад, будем называть материнским, а ядро-продукт – дочерним. Радиоактивный распад характеризуется временем протекания, видом и энергией испускаемых частиц, называемых излучением.

Радиоактивность ядер, существующих в природных условиях, называют естественной. Радиоактивные ядра, синтезированные в лабораторных условиях искусственными способами посредством ядерных реакций, называются искусственными. По физической природе искусственные радиоактивные ядра ничем не отличаются от естественных и такое разделение условно, так как свойства ядер данного радиоактивного нуклида не зависят от способа его образования. Основным критерием здесь является характерное время жизни ядер. Естественные радиоактивные ядра образовались в процессе эволюции Солнечной системы (или вообще Вселенной) и существуют в заметных количествах в настоящее время потому, что имеют характерные времена жизни, превышающие возраст Земли, или же сравнимые с ним. Остальные радиоактивные ядра распались в процессе эволюции Земли.

 

Радиоактивные семейства ( ряды )

  Основные законы радиоактивного распада
 

Cреднее время жизни ядра

 

Единица измерения активности - кюри

  Активация
  Альфа – распад
 

Энергия Альфа частиц

 

Анализ Альфа частиц

 

Постоянная распада

 

Теория Альфа – распада

  Бета – распад
 

Электронный Бета – распад

 

Е-захват

 

Регистрация

 

Энергия

 

Гипотеза Паули

 

Правила отбора Ферми

 

Ядерная изомерия

 

Теория Ферми

  Гамма – излучение ядер
 

Образование Гамма квантов

 

Метастабильньми состояния ядер

 

Электроны внутренней конверсии

 

Эффект Мессбауэра

Ядерные реакции

  Основные понятия и классификация
  Механизм ядерных реакций
 

Резонансное рассеяние

  Сечения ядерных реакций
 

Плотность потока частиц

 

Дифференциальное сечение

 

Связь между эффективным сечением и угловым распределением

Законы сохранения в ядерных реакциях Напомним, что кинематикой называют раздел механики, посвященный изучению геометрических свойств движения тел без учета действующих на тела сил. Движение любого тела в кинематике изучают по отношению к некоторой системе координат, позволяющей определить относительное положение движущегося объекта в любой момент времени. В ядерной физике обычно используют две системы координат: лабораторную (ЛСК), связанную с ядром-мишенью, и систему центра инерции (СЦИ), определение которой будет дано ниже.

Кинематическая схема ядерной реакции и связь между энергиями, импульсами и углами вылета частиц в ЛСК и СЦИ имеет наглядное графическое представление и может быть проанализирована с помощью импульсной диаграммы (векторной диаграммы импульсов). Построение импульсной диаграммы основано на применении законов сохранения энергии и импульса.

 

Закон сохранения барионного заряда

Импульсная диаграмма и кинематика ядерных реакций
 

Рассмотрение процесса

 

Выходной канал процесса

 

Векторная диаграмма импульсов

 

Энергетический порог

  Реакции под действием заряженных частиц
 

Реакции под действием альфа частиц

 

Реакции под действием протонов

 

Реакции под действием дейтонов

  Термоядерный синтез
 

Положительный энергетический выход

  Фотоядерные реакции
 

Линейная суперпозиция частот

  Реакции под действием нейтронов
 

Источники нейтронов

 

Энергетические группы

 

Взаимодействие нейтронов с ядрами

 

Резонансные процессы

 
Деление ядер
  Открытие и капельная модель
 

Энергетический барьер деления

 

Надбарьерный переход

  Основные свойства деления
 

Кинетическая энергия нейтронов

 

Мгновенные нейтроны деления

  Цепная реакция деления Возникновение вторичных нейтронов в процессе деления тяжелых ядер нейтронами позволяют осуществить процесс цепной реакции деления. Цепной процесс характерен тем, что в его основе лежит экзоэнергетическая реакция, возбуждаемая нейтроном, которая порождает вторичные нейтроны. В этом случае появление нейтрона в делящейся среде вызывает цепь следующих друг за другом реакций деления, которая продолжается до обрыва вследствие потери нейтрона – носителя процесса. Основных причин потерь две: поглощение нейтрона ядром без испускания вторичных (например, радиационный захват) или уход нейтрона за пределы объема вещества (называемый активной зоной), в котором протекает цепной процесс деления. Если в результате реакции возникает более одного нейтрона, которые в свою очередь вызывают деление, то такая реакция является разветвленной реакцией. Средняя длина пробега нейтрона от точки рождения до точки, в которой нейтрон производит деление, является макроскопической величиной. Поэтому цепная реакция деления является макроскопическим процессом. Каждый нейтрон, участвующий в цепном процессе, проходит цикл обращения: рождается в реакции деления, некоторое время существует в свободном состоянии, затем либо теряется, либо порождает новый акт деления и дает нейтроны следующего поколения. Нейтрону необходимо, хотя и малое, но конечное время для прохождения через цикл обращения. Среднее время τ, полученное усреднением по большому числу нейтронных циклов деления, называется временем нейтронного цикла или среднимвременем жизни нейтронов.
 

Время нейтронного цикла

 

Цепной процесс

 

Критический и подкритический режим

 

Кинетика цепного процесса

Инженерная графика

 

Сопромат