Ядерна фізика

Відео: Фізика для чайників. Урок 65. Ядерна фізика. Ядро і ядерні реакції

ядерна фізика - розділ фізики, що вивчає структуру і властивості атомних ядер, і механізми ядерних реакцій (в тому числі радіоактивний розпад).
Завдання, що виникають в ядерній фізиці, - це типовий приклад завдань декількох тел. Ядра складаються з нуклонів (протонів і нейтронів), і в типових ядрах містяться десятки і сотні нуклонів. Це число занадто велике для точно розв`язуваних завдань, але все ж занадто мало для того, щоб можна було користуватися методами статистичної фізики. Це і призвело до великої різноманітності різних моделей атомних ядер.
Число протонів в ядрі (Зарядове число, також порядковий номер елемента) прийнято позначати через Z, число нейтронів - через N. їх сума A = Z + N називається масовим числом ядра. Атоми з однаковим Z (Т. Е. Атоми одного і того ж елемента), але з різними N називаються ізотопами, з однаковими A, але різними Z - изобарами, з однаковими N, але різними Z - Ізотон.
Основна відмінність між протоном і нейтроном полягає в тому, що протон - заряджена частинка, заряд якої e = 4,803 x 10 -10 од. СГС = 1,602 x 10 -19 Кл. Це елементарний заряд, чисельно рівний заряду електрона. Нейтрон ж, як показує його назва, електрично нейтральний. Спини протона і нейтрона однакові і рівні спину електрона, т. Е. 1/2 (в одиницях зведеної постійної Планка). Маси протона і нейтрона майже рівні: 1836,15 і 1838,68 мас електрона відповідно.
Протон і нейтрон не є елементарними частинками. Вони складаються з двох типів кварків - d-кварка з зарядом -1 / 3 і u-кварка з зарядом +2 / 3 від елементарного заряду е. Протон складається з двох u-кварків і одного d-кварка (Сумарний заряд +1), а нейтрон з одного u-кварка і двох d-кварків (Сумарний заряд - 0). Вільний нейтрон - частинка нестабільна. Він розпадається через 15 хвилин після свого виникнення на протон, електрон і антинейтрино (див. Бета-розпад нейтрона). В ядрі нейтрон знаходиться в глибокій потенційній ямі, тому його розпад може бути заборонений законами збереження.


Вивчення будови ядра та його складових елементів можливо тільки за допомогою вивчення ядерних реакцій. Для проведення ядерних реакцій необхідні кошти прискорення і детектування частинок. Тому невід`ємними підрозділами ядерної фізики є фізика прискорювачів і фізики детекторів.
Радіаційна фізика та радіаційне матеріалознавство є міждисциплінарними підрозділами фізики, які вивчають вплив ядерного віпровмінювання на властивості опромінених речовин і методи модифікації властивостей матеріалів за допомогою опроміннення.
Ядерна фізика має принципове значення для багатьох розділів астрофізики (первинний нуклеосинтез, термоядерні реакції в зірках як під час життя на головній послідовності, так і при сходженні з неї), і, очевидно, для ядерної енергетики.


Перше явище з області ядерної фізики було відкрито в 1896 р Анрі Беккерелем. це природна радіоактивність солей урану, що виявляється в мимовільному випущенні невидимих променів, здатних викликати іонізацію повітря і почорніння фотоемульсій. Через два роки П`єр Кюрі і Марія Склодовська-Кюрі відкрили радіоактивність торію і виділили з солей урану полоній і радій, радіоактивність яких виявилася в мільйони разів сильніше радіоактивності урану і торію.
Детальний експериментальне вивчення радіоактивних випромінювань було вироблено Резерфордом. Він показав, що радіоактивні випромінювання складаються з трьох типів променів, названих, відповідно? -? - і? -променями. Бета-промені складаються з негативних електронів, альфа-промені - з позитивно заряджених частинок (альфа-частинок, які, як з`ясувалося трохи пізніше, є ядрами гелію-4), гамма-промені аналогічні променям Рентгена (не мають заряду), тільки значно більше жорсткі.
Ядерна природа радіоактивності була зрозуміла Резерфордом після того як в 1911 році він запропонував ядерну модель атома і встановив, що радіоактивні випромінювання виникають в результаті процесів, що відбуваються всередині атомного ядра.
Довгий час передбачалося, що ядро складається з протонів і електронів. Однак така модель знаходилася в суперечності з експериментальними фактами, що відносяться до спин і магнітних моментів ядер. У 1932 р після відкриття Джеймсом Чедвиком нейтрона було встановлено, що ядро складається з протонів і нейтронів. Ці частинки отримали загальне найменування нуклонів.
В останні роки вимальовується шанс описати властивості міру легких ядер в суворій картині кіральноі квантової теорії поля.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!