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

Учебные материалы по ядерной физике, курс физика атомного ядра и частиц

Образование легчайших ядер. Дозвездная стадия образования элементов

    Интервал времени 102 с - 103 с представляет особый интерес. В этот временной интервал остается в основном излучение (и нейтрино), находящееся в тепловом равновесии с небольшой примесью e-, e+ и нуклонов. Основные реакции:

e+ + e- <=> + ,

p + e- n + e,

n + e+ p + e.

    В условиях термодинамического равновесия можно рассматривать вероятность образования нейтрона или протона как вероятность образования системы с энергией EN, равной энергии покоя нуклона.
    Вероятность образования системы с энергией EN описывается распределением Гиббса:

WN = .

Отсюда получаем, что в условиях термодинамического равновесия соотношение между числом нейтронов и протонов будет определяться разностью масс нейтрона и протона

(1)

Образование электрон - позитронных пар прекращается при T < 1010 K, так как энергии фотонов становятся ниже порога образования e+e- - пар (~ 1 МэВ). Поэтому для определения соотношения между числом нейтронов и протонов для T необходимо взять значение, равное 1010 K. К концу равновесной стадии соотношение между числом нейтронов и протонов, даваемое (1), следующее: на каждый нейтрон приходится 5 протонов.
    При дальнейшем анализе следует учитывать, что нейтрон - частица нестабильная. Период полураспада нейтрона составляет ~ 10 мин. Нейтроны распадаются по схеме
n p + e-  + e. Однако не этот процесс будет в основном определять дальнейшую судьбу нейтронов. В связи с тем, что плотность нейтронов и протонов велика, они начнут активно вступать во взаимодействие, образуя легчайшие ядра d, He, Li. Наиболее простой реакцией на этом этапе является реакция

p + n d + ,

в результате которой все нейтроны оказываются связаны в ядра дейтерия. Энергия связи дейтрона всего 2.23 МэВ. Поэтому, легко образуясь, ядра дейтерия также легко распадаются под действием фотонов

d + <=> p + n.

    Наиболее эффективно ядерные реакции с образованием легких ядер начинают происходить, когда температура упадет до 109 K.
    Основные реакции следующие:

p + n d + ,
d + p 3He + ,

d + d

3H + p,
3He + n

3He + n 3H + p,
3H + p 4He + ,
3H + d 4He + n.


Рис. 1. Изменение выхода ядер и барионной плотности (штриховая линия) во время расширения в модели Большого Взрыва.

    Пока время синтеза дейтерия существенно меньше времени жизни свободного нейтрона концентрация нейтронов существенно меняться не будет и будет составлять около 15% от полного числа нуклонов.
    Так как стабильных ядер с A = 5 и 6 не существует, ядерные реакции завершаются в основном с образованием d и 4He (рис. 1). Выход 7Be, 6Li и 7Li составляет лишь ~ 10-9 - 10-12 от суммарного выхода изотопов по массе. Практически все нейтроны исчезают, образуя ядра 4He. При плотности вещества ~ 10-3 - 10-4 г/см3 вероятность того, что нейтрон и протон не провзаимодействуют за время первичного нуклеосинтеза составляет менее 10-4. Так как в начале на один нейтрон приходилось 5 протонов, соотношение между числом ядер 4He и p должно быть ~ 1/10, что и наблюдается в распространенности элементов в современную эпоху.


Античастицы
Связь характеристик частиц и античастиц
Момент количества движения
Пространственная инверсия. Р-четность.
Распады частиц
Взаимные превращения частиц
Кварки, лептоны, калибровочные бозоны
Механизм взаимодействия частиц
Электромагнитное взаимодействие
Лептоны
Электрон
Электронное антинейтрино обнаружено
Тождественны ли нейтрино и антинейтрино?
Мюон. Мюонное нейтрино
Тау-лептон. Тау-нейтрино
Лептонные числа
Кванты слабого взаимодействия (W, Z-бозоны)
Кварки - частицы, из которых состоят адроны
Основные положения модели кварков
Кварковая структура адронов. Барионы. Мезоны
Барионное число B
Изоспин частиц. Изоспиновые мультиплеты
Пи-мезоны
Резонансы. Возбужденные состояния нуклонов
Странные частицы, s-кварк
K-мезоны
Распад лямбда-гиперона
Каскадные гипероны
Омега-минус-гиперон
Очарованные частицы, с-кварк
Нейтрино рождают очарованные частицы
Красивые частицы, b-кварк
Адронные струи
Топ-кварк

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Кратко рассмотрим основные свойства радиоактивных излучений, которые помогают зафиксировать определенный вид излучения; ознакомимся с методами радиометрических измерений, с применением этих методов для определения урана, радия, тория и других радиоактивных

Основные вопросы по курсу Физика ядра и частиц