ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 13
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
0, т. е. квадрат амплитуды световой волны в данной точке пространства является мерой вероятности попадания фотонов в эту точку.
Задачи
18.4 Энергия фотона равна : ε=h*c/λ
ε₁=6.63*10⁻³⁴ *3*10⁸/6.8*10⁻⁷ = 2.925*10⁻¹⁹ Дж = 1,83 эВ
ε₂=6,63*10⁻³⁴ *3*10⁸/4,2*10⁻⁷ = 4,74*10⁻¹⁹ Дж = 2,96 эВ
20.1 Экспериментальные методы ядерной физики
Измеряя заряд, импульс, энергию, определяя характер поглощения и рассеяния регистрируемых при этом частиц, ученые научились делать выводы о строении и свойствах ядер.
В основе методов регистрации лежат ионизирующие, фотохимические и некоторые другие свойства изучаемых частиц. Рассмотрим некоторые методы и ознакомимся вкратце с принципом действия соответствующих приборов.
2. Трековые методы. Заряженная частица, двигаясь в газе, ионизирует его, создавая на своем пути цепочку ионов. Если создать в газе резкий скачок давления, то на этих ионах, как на центрах конденсации, оседает пересыщенный пар, образуя цепочку капелек жидкости — трек. Это явление используют в камере Вильсона (рис. 20.1). Камера Вильсона представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд 7, покрытый сверху стеклом
П. Л. Капица и Д. В. Скобельцын предложили поместить камеру в магнитное ноле. На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца (см. гл. 11), что приводит к искривлению трека. На рис. 20.3 показаны треки частиц в камере Вильсона. Пара рождается в свинцовой пластинке, которая облучается гамма-квантами. По форме трека и характеру его искривления можно вычислить импульс частицы и ее массу, а также определить знак заряда частицы
частицы, движущиеся с релятивистскими скоростями, регистрируют с помощью пузырьковых камер. Здесь трек возникает в перегретой жидкости — водороде, пропане и т. п.
В рабочем состоянии пузырьковая камера, как и камера Вильсона, оказывается в момент резкого скачка давления. Пузырьковые камеры также помещают в сильное магнитное поле, искривляющее траектории частиц.
20.2 Радиоактивность
Естественной радиоактивностью называют самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие. Оно сопровождается испусканием определенных частиц и электромагнитного излучения.
Однако имеются и легкие естественно-радиоактивные ядра: изотопы калия, углерода, рубидия, редкоземельных элементов — лантана, самария, лютеция, а также индия и рения. Явление это было открыто в 1896 г. А. Беккерелем. Он проводил опыты с солями урана, некоторые из них обладают свойством флуоресцировать, т. е. излучать после возбуждения атомов путем их облучения
Пьер и Мария Кюри обнаружили, что излучение урановой смоляной руды в четыре раза превосходит по интенсивности излучение урана. Это дало основание искать более мощный источник излучения, чем уран. В 1898 г. они открыли два новых радиоактивных элемента: полоний и радий.
Вещества, испускающие излучения, были названы радиоактивными, а новое свойство вещества, связанное с наличием особых излучений, — радиоактивностью.
При радиоактивном распаде выполняются все законы сохранения — заряда, энергии, импульса. В ядерных реакциях принята определенная символика, связанная с законами сохранения.
20.3 Закон радиоактивного распада
Радиоактивный распад происходит самопроизвольно, независимо от каких-либо внешних воздействий на ядро. В связи с этим невозможно заранее определить, какое именно ядро претерпит распад за данный промежуток времени Дт. Речь может идти лишь о числе ядер, которые распадаются в данном интервале времени от t до /+ Дт. Такое представление о радиоактивном распаде означает, что речь идет о статистическом процессе, т. е. распад каждого данного ядра является случайным событием, имеющим ту или иную вероятность.
Если за время Ат из общего числа N распалось А N ядер, то величина
представляет собой вероятность распада ядра данного радиоактивного изотопа. Она характеризует относительное уменьшение числа ядер за 1 с, на что указывает знак минус.
Вероятность распада не зависит ни от числа ядер, ни от времени наблюдения. Физически это означает, что для радиоактивного распада одного ядра несущественно, сколько времени «прожило» данное ядро, и что
X является константой, характерной для данного изотопа. Поэтому X называют также постоянной распада. Отсюда выводят закон радиоактивного распада.
2. Закон радиоактивного распада имеет вид
где N0 — число ядер в момент времени /0 = 0; N — число ядер, не распавшихся за время t е — основание логарифма.
Опыты с разными радиоактивными веществами блестяще подтвердили правильность этого закона и тем самым наши представления о статистическом характере радиоактивного распада.
Периодом полураспада Тх/2называют время, за которое распадается половина первоначального количества ядер
Ионизирующие излучения имеют широкую область применения в промышленности. Сконструирован ряд приборов, основанных на зависимости степени поглощения излучений от толщины поглощающего слоя вещества (см. § 17.8) и его плотности. На этой основе созданы толщиномеры, плотномеры, уровнемеры, дефектоскопы и т. п. В зависимости от плотности исследуемого вещества и толщины измеряемого слоя используют либо у-излучения (толстые слои металла), либо p-излучения (тонкая фольга, краска, пластмасса и т. п.).
20.4 Доза излучения
Создание ядерных реакторов, а также целого ряда приборов, в которых используют радиоактивные материалы, сделало весьма актуальной проблему защиты живых организмов от облучения радиоактивными излучениями. Воздействие у-излучения, а также других видов излучения на вещество определяется дозой излучения.
Поглощенной дозой излучения D называют величину, равную отношению энергии ионизирующею излучения, переданной облучаемому веществу, к массе этого вещества. Единицей служит грей (Гр): 1 Гр — это такая доза излучения, когда массе вещества в 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж.
Мощностью дозы излучения D называют величину, равную отношению дозы к времени облучения: Ь = -у. Единицей служит грей в секунду (Гр/с
Предельно допустимой дозой облучения (ПДД) считают дозу, по порядку величины совпадающую с естественным радиоактивным фоном, в котором живет человек. Этот фон возникает за счет космического излучения и радиоактивности Земли.
ПДД для рентгеновских у- и p-излучения составляет около 1 • 1(Г3 Гр (0,1 Р) в год. Для тепловых нейтронов эта доза ниже в 5 раз, для быстрых нейтронов, протонов и а-частиц — в 10 раз. Доза в 4—6 Гр безусловно смертельна.
Для измерения дозы и мощности дозы излучения используют специальные приборы — дозиметры. Наиболее распространены дозиметры, датчиками которых служат ионизационные камеры, а иногда счетчики, фотопленки и сцинтилляторы. Выход датчика через специальную электронную схему соединяют с показывающим (или регистрирующим) прибором, шкала которого проградуирована в единицах дозы или мощности дозы.
Для защиты от особо мощных источников излучений используют бетонные стены, часто толщиной в несколько метров. Кроме того, эти источники обычно помещают в траншеи для того, чтобы излучение поглощалось еще и землей.
20.5 Строение ядра
Важнейшими характеристиками ядра являются его заряд Z и масса М. Заряд ядра определяется количеством сосредоточенных в нем положительных элементарных зарядов. Носителем положительного элементарного заряда е= 1,6021 • 10”19 Кл в ядре является протон, или а-частица. Атом в целом нейтрален, и заряд ядра определяет одновременно и число электронов в атоме. Распределение электронов по энергетическим оболочкам существенно зависит от их общего числа в атоме. Поэтому от заряда ядра в значительной мере зависят распределение электронов по их состояниям в атоме и положение элемента в Периодической системе Менделеева. Химические элементы различаются зарядами ядер их атомов (атомными номерами).
Масса атома практически совпадает с массой его ядра ввиду того, что масса электронов в атоме мала. Напомним, что масса электрона составляет '/1836 массы протона. Массы атомов принято выражать в атомных единицах массы (а.е.м.). За атомную единицу массы принята 1/п массы атома изотопа углерода :
Новая частица была названа нейтроном, и вскоре после ее открытия в 1934 г. Д. Д. Иваненко высказал гипотезу о том, что атомные ядра состоят только из протонов и нейтронов.
Протоны и нейтроны называют нуклонами, т. е. ядерными частицами (от лат. nucleus — ядро). По современным данным, массы протона и нейтрона равны соответственно
21.1 Термоядерные реакции
Большой энергетический эффект можно получить при синтезе легких элементов, например гелия, из еще более легких элементов — водорода или его изотопов дейтерия и трития JH. Атомные массы дейтерия и гелия равны 2,01410 и 4,00260. Легко убедиться, что при реакции синтеза + 2Н -> jHe выделится 23,85 МэВ энергии, т. е. 5,96 Мэв на один нуклон, — почти в 6 раз больше, чем при реакции деления ядер урана. Отметим также, что дейтерий — значительно более распространенный элемент, чем или 294 U. В обычной воде содержание дейтерия составляет 0,015 %. Если учесть колоссальные запасы воды на Земле в виде вод океанов и морей, а также ледников, то очевидно, что здесь мы имеем совершенно неисчерпаемые запасы энергии.
Задачи
18.4 Энергия фотона равна : ε=h*c/λ
ε₁=6.63*10⁻³⁴ *3*10⁸/6.8*10⁻⁷ = 2.925*10⁻¹⁹ Дж = 1,83 эВ
ε₂=6,63*10⁻³⁴ *3*10⁸/4,2*10⁻⁷ = 4,74*10⁻¹⁹ Дж = 2,96 эВ
20.1 Экспериментальные методы ядерной физики
Измеряя заряд, импульс, энергию, определяя характер поглощения и рассеяния регистрируемых при этом частиц, ученые научились делать выводы о строении и свойствах ядер.
В основе методов регистрации лежат ионизирующие, фотохимические и некоторые другие свойства изучаемых частиц. Рассмотрим некоторые методы и ознакомимся вкратце с принципом действия соответствующих приборов.
2. Трековые методы. Заряженная частица, двигаясь в газе, ионизирует его, создавая на своем пути цепочку ионов. Если создать в газе резкий скачок давления, то на этих ионах, как на центрах конденсации, оседает пересыщенный пар, образуя цепочку капелек жидкости — трек. Это явление используют в камере Вильсона (рис. 20.1). Камера Вильсона представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд 7, покрытый сверху стеклом
П. Л. Капица и Д. В. Скобельцын предложили поместить камеру в магнитное ноле. На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца (см. гл. 11), что приводит к искривлению трека. На рис. 20.3 показаны треки частиц в камере Вильсона. Пара рождается в свинцовой пластинке, которая облучается гамма-квантами. По форме трека и характеру его искривления можно вычислить импульс частицы и ее массу, а также определить знак заряда частицы
частицы, движущиеся с релятивистскими скоростями, регистрируют с помощью пузырьковых камер. Здесь трек возникает в перегретой жидкости — водороде, пропане и т. п.
В рабочем состоянии пузырьковая камера, как и камера Вильсона, оказывается в момент резкого скачка давления. Пузырьковые камеры также помещают в сильное магнитное поле, искривляющее траектории частиц.
20.2 Радиоактивность
Естественной радиоактивностью называют самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие. Оно сопровождается испусканием определенных частиц и электромагнитного излучения.
Однако имеются и легкие естественно-радиоактивные ядра: изотопы калия, углерода, рубидия, редкоземельных элементов — лантана, самария, лютеция, а также индия и рения. Явление это было открыто в 1896 г. А. Беккерелем. Он проводил опыты с солями урана, некоторые из них обладают свойством флуоресцировать, т. е. излучать после возбуждения атомов путем их облучения
Пьер и Мария Кюри обнаружили, что излучение урановой смоляной руды в четыре раза превосходит по интенсивности излучение урана. Это дало основание искать более мощный источник излучения, чем уран. В 1898 г. они открыли два новых радиоактивных элемента: полоний и радий.
Вещества, испускающие излучения, были названы радиоактивными, а новое свойство вещества, связанное с наличием особых излучений, — радиоактивностью.
При радиоактивном распаде выполняются все законы сохранения — заряда, энергии, импульса. В ядерных реакциях принята определенная символика, связанная с законами сохранения.
20.3 Закон радиоактивного распада
Радиоактивный распад происходит самопроизвольно, независимо от каких-либо внешних воздействий на ядро. В связи с этим невозможно заранее определить, какое именно ядро претерпит распад за данный промежуток времени Дт. Речь может идти лишь о числе ядер, которые распадаются в данном интервале времени от t до /+ Дт. Такое представление о радиоактивном распаде означает, что речь идет о статистическом процессе, т. е. распад каждого данного ядра является случайным событием, имеющим ту или иную вероятность.
Если за время Ат из общего числа N распалось А N ядер, то величина
представляет собой вероятность распада ядра данного радиоактивного изотопа. Она характеризует относительное уменьшение числа ядер за 1 с, на что указывает знак минус.
Вероятность распада не зависит ни от числа ядер, ни от времени наблюдения. Физически это означает, что для радиоактивного распада одного ядра несущественно, сколько времени «прожило» данное ядро, и что
X является константой, характерной для данного изотопа. Поэтому X называют также постоянной распада. Отсюда выводят закон радиоактивного распада.
2. Закон радиоактивного распада имеет вид
где N0 — число ядер в момент времени /0 = 0; N — число ядер, не распавшихся за время t е — основание логарифма.
Опыты с разными радиоактивными веществами блестяще подтвердили правильность этого закона и тем самым наши представления о статистическом характере радиоактивного распада.
Периодом полураспада Тх/2называют время, за которое распадается половина первоначального количества ядер
Ионизирующие излучения имеют широкую область применения в промышленности. Сконструирован ряд приборов, основанных на зависимости степени поглощения излучений от толщины поглощающего слоя вещества (см. § 17.8) и его плотности. На этой основе созданы толщиномеры, плотномеры, уровнемеры, дефектоскопы и т. п. В зависимости от плотности исследуемого вещества и толщины измеряемого слоя используют либо у-излучения (толстые слои металла), либо p-излучения (тонкая фольга, краска, пластмасса и т. п.).
20.4 Доза излучения
Создание ядерных реакторов, а также целого ряда приборов, в которых используют радиоактивные материалы, сделало весьма актуальной проблему защиты живых организмов от облучения радиоактивными излучениями. Воздействие у-излучения, а также других видов излучения на вещество определяется дозой излучения.
Поглощенной дозой излучения D называют величину, равную отношению энергии ионизирующею излучения, переданной облучаемому веществу, к массе этого вещества. Единицей служит грей (Гр): 1 Гр — это такая доза излучения, когда массе вещества в 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж.
Мощностью дозы излучения D называют величину, равную отношению дозы к времени облучения: Ь = -у. Единицей служит грей в секунду (Гр/с
Предельно допустимой дозой облучения (ПДД) считают дозу, по порядку величины совпадающую с естественным радиоактивным фоном, в котором живет человек. Этот фон возникает за счет космического излучения и радиоактивности Земли.
ПДД для рентгеновских у- и p-излучения составляет около 1 • 1(Г3 Гр (0,1 Р) в год. Для тепловых нейтронов эта доза ниже в 5 раз, для быстрых нейтронов, протонов и а-частиц — в 10 раз. Доза в 4—6 Гр безусловно смертельна.
Для измерения дозы и мощности дозы излучения используют специальные приборы — дозиметры. Наиболее распространены дозиметры, датчиками которых служат ионизационные камеры, а иногда счетчики, фотопленки и сцинтилляторы. Выход датчика через специальную электронную схему соединяют с показывающим (или регистрирующим) прибором, шкала которого проградуирована в единицах дозы или мощности дозы.
Для защиты от особо мощных источников излучений используют бетонные стены, часто толщиной в несколько метров. Кроме того, эти источники обычно помещают в траншеи для того, чтобы излучение поглощалось еще и землей.
20.5 Строение ядра
Важнейшими характеристиками ядра являются его заряд Z и масса М. Заряд ядра определяется количеством сосредоточенных в нем положительных элементарных зарядов. Носителем положительного элементарного заряда е= 1,6021 • 10”19 Кл в ядре является протон, или а-частица. Атом в целом нейтрален, и заряд ядра определяет одновременно и число электронов в атоме. Распределение электронов по энергетическим оболочкам существенно зависит от их общего числа в атоме. Поэтому от заряда ядра в значительной мере зависят распределение электронов по их состояниям в атоме и положение элемента в Периодической системе Менделеева. Химические элементы различаются зарядами ядер их атомов (атомными номерами).
Масса атома практически совпадает с массой его ядра ввиду того, что масса электронов в атоме мала. Напомним, что масса электрона составляет '/1836 массы протона. Массы атомов принято выражать в атомных единицах массы (а.е.м.). За атомную единицу массы принята 1/п массы атома изотопа углерода :
Новая частица была названа нейтроном, и вскоре после ее открытия в 1934 г. Д. Д. Иваненко высказал гипотезу о том, что атомные ядра состоят только из протонов и нейтронов.
Протоны и нейтроны называют нуклонами, т. е. ядерными частицами (от лат. nucleus — ядро). По современным данным, массы протона и нейтрона равны соответственно
21.1 Термоядерные реакции
Большой энергетический эффект можно получить при синтезе легких элементов, например гелия, из еще более легких элементов — водорода или его изотопов дейтерия и трития JH. Атомные массы дейтерия и гелия равны 2,01410 и 4,00260. Легко убедиться, что при реакции синтеза + 2Н -> jHe выделится 23,85 МэВ энергии, т. е. 5,96 Мэв на один нуклон, — почти в 6 раз больше, чем при реакции деления ядер урана. Отметим также, что дейтерий — значительно более распространенный элемент, чем или 294 U. В обычной воде содержание дейтерия составляет 0,015 %. Если учесть колоссальные запасы воды на Земле в виде вод океанов и морей, а также ледников, то очевидно, что здесь мы имеем совершенно неисчерпаемые запасы энергии.