Физика ядра и частиц Взаимодействие частиц с веществом
Электромагнитное взаимодействие Кварки Атомное ядро Магнитный дипольный момент ядра Законы радиоактивного распада ядер. Альфа-распад. Бета-распад Естественная радиоактивность

Курс лекций по ядерной физике, физика атомного ядра и частиц

Ядерные реакции в звездах

    В 1939 году Г. Бете впервые рассмотрел CNO-цикл как один из путей образования гелия из водорода в звездах. Особенность CNO-цикла состоит в том, что он, начинаясь с ядра углерода, сводится к последовательному добавлению 4-х протонов с образованием в конце CNO-цикла ядра 4He. Последовательность реакций, первоначально предложенная Бете и К.-Ф. Вайцзеккером, имеет вид12C + p --->13N + гамма
13N --->13C + e+ + neutrino
13C + p --->14N + гамма
14N + p --->15O + гамма
15O--->15N + e+ + neutrino
15N + p --->12C + 4He.Ядро 12C в этом цикле играет роль катализатора синтеза ядер 4He.
    М. Бeрбидж, Г. Бeрбидж, В. Фаулер, Ф. Хойл в 1957 году дали следующее описание основных процессов звездной эволюции (рис.2), в которых происходит образование атомных ядер.
  1. Горение водорода, в результате этого процесса образуются ядра 4He.
  2. Горение гелия. В результате реакции 4He + 4He + 4He--->12C + гамма образуются ядра 12C.
  3. альфа-процесс. В результате последовательного захвата альфа-частиц образуются ядра 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si …
  4. e-процесс. При достижении температуры 5·109 K в звездах в условиях термодинамического равновесия протекает большое количество разнообразных реакций, в результате чего образуются атомные ядра вплоть до Fe и Ni. Ядра с A ~ 60 - наиболее сильно связанные атомные ядра. Поэтому на них кончается цепочка ядерных реакций синтеза, сопровождающихся выделением энергии.
  5. s-процесс. Ядра тяжелее Fe образуются в реакциях последовательного захвата нейтронов. Последующий beta min-распад повышает порядковый номер образующихся атомных ядер. Интервал времени между последовательными захватами нейтронов больше периодов beta min-распада.
  6. r-процесс. Если скорость последовательного захвата нейтронов гораздо больше скорости beta min-распада атомного ядра, то оно успевает захватить большое число нейтронов и лишь затем, в результате последовательной цепочки beta min-распадов, превращается в стабильное ядро. Обычно считается, что r-процессы происходят в результате взрывов Сверхновых.
  7. P-процесс. Некоторые стабильные нейтронодефицитные ядра (так называемые обойденные ядра) образуются в реакциях захвата протона, в реакциях (beta min,n) или в реакциях под действием нейтрино.
  1. X-процесс. Механизм образования легких ядер Li, Be, B в то время не был известен. Образовавшись в звездах, эти ядра должны были интенсивно разрушаться в реакциях под воздействием протонов. Сегодня считается, что эти ядра образуются в результате взаимодействия космических лучей с космической пылью. (Легкие ядра образуются также на дозвездной стадии эволюции Вселенной.)

    Основные этапы эволюции
        массивной звезды

    Рис. 2. Основные этапы эволюции массивной звезды

  2. Хроника
    Элементарные составляющие материи
    Измерения
    Сечение
    Энергия реакции. Порог реакции
    Ускорители
    Взаимодействие частиц с веществом
    Детекторы частиц
    Новая физика начала ХХ века - теория относительности, квантовая физика
    Основные соотношения релятивистской физики
    Корпускулярные и волновые свойства частиц. Принцип неопределенности
    Состояния в классической и квантовой физике
    Резерфорд открывает атомное ядро
    Pазмеры и структура ядер
    Структура нуклона
    Глубоконеупругое рассеяние электрона на протоне

    Частицы

    В твердых кристаллических телах носителями электрического заряда являются электроны и дырки. В изоляторах свободные электроны и дырки практически отсутствуют, и электрический ток в них невозможен вследствие того, что в зоне проводимости нет свободных электронов, а в валентной зоне нет свободных дырок, которые могли бы двигаться (т.е. изменять свою энергию) во внешнем электрическом поле. Однако такие свободные электроны и дырки появляются в результате прохождения через кристалл заряженной частицы. Процесс генерации заряженной частицей (квази)свободных электронов и дырок (т.е. свободных только внутри кристалла) во многом аналогичен процессу генерации свободных электронов и ионов в газах и жидкостях и описывается теми же формулами

    Основные вопросы по курсу Физика ядра и частиц