Билет № 98. Методы регистрации частиц в ядерной физике. Правило смещения

Экспериментальные методы наблюдения и регистрации частиц.

Счетчик Гейгера – при попадании частицы в который возникает самостоятельный газовый разряд. Изобретен немецким ученым Гейгером в 1908 году. Его применяют для регистрации электронов, альфа частиц и гамма квантов.

Камера Вильсона – прибор, для наблюдения треков заряженных частиц. Изобретена английским ученым Вильсоном в 1912 году. По пути следования частица создаст цепочку ионов, которые станут центрами кондесации пара. На них появятся капельки жидкости и трек станет видимым. Этот трек фотографируют через стекло (3).

По фотографии можно судить о природе частицы, её энергии и скорости. Помещая камеру Вильсона в однородное магнитное поле, можно по кривизне трека определить импульс частицы и знак ее заряда (используя силу Лоренца). Этот метод был предложен советским физиком Капицей и Скобельцыным.

Камеры Вильсона часто называют окном в микромир.

Пузырьковая камера – трековый прибор для регистрации треков частиц с большой энергией. Создана американским физиком Глейзером в 1952 году. Устройство аналогично камере Вильсона. Позволяет регистрировать очень быстрые частицы.

Радиоактивные превращения атомных ядер. Правило смещения.

Радиоактивностью называют самопроизвольное превращение ядер одних химических элементов в ядра других элементов, сопровождающееся, испусканием различных частиц.

В 1913 году английский химик Содди, сформулировал правило смещения при радиоактивном распаде.

Пусть Х – ядро исходное радиоактивное ядро. А – массовое число, равное атомной массе химического элемента, округленной до целых. Z – зарядовое число, равно порядковому номеру в таблице Менделеева (равно заряду ядра, выраженному в элементарных электрических зарядах)

z ^AX → ^A-4_z-2 Y + ⁴₂He – правило смещения при альфа распаде. В результате альфа распада образуется новое ядро, смещенное на две клеточки к концу таблицы Менделеева.

z ^AX → ^A_z+1Y + ⁰_-1e – правило смещения при бета распаде. В результате бета распада образуется новое ядро, смещенное на одну клеточки к началу таблицы Менделеева.

При радиоактивном распаде выполняются законы сохранения электрического заряда(зарядового числа),относительной атомной массы(массового числа), импульса и энергии.

Закон радиоактивного распада.

Период полураспада Т – это время, в течении которого распадается половина первоначального количества радиоактивных ядер. Т_урана = 4,5 млрд. лет, Т_брома = 1 час, Т_{полония} = 1,5 ·10^-4с.

Пусть N₀ – первоначальное число радиоактивных ядер. N – число оставшихся радиоактивных ядер спустя время t.

N = N₀ 2^-t/T – закон радиоактивного распада.

Билет № 99. Протонно–нейтронная модель ядра.

Строение ядра.

В 1919 году Резерфорд открыл протон. m = 1,0072765 а.е.м. q = + 1,6 ·10 Кл.

В 1932 году Чедвик (англ) открыл нейтрон – нейтральную частицу. m = 1,0086649а.е.м.

В 1932 году советский физик Иваненко и немецкий физик Гейзенберг предложили нейтронно-протонную модель ядра. Согласно этой модели, атомное ядро любого химического элемента состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов.

Заряд протона по модулю равен заряду электрона, т. к. атом нейтрален, то следовательно число протонов в ядре равно числу электронов, вращающихся вокруг ядра.

N_р = Z. N_n = А –Z.

Частицы, входящие в ядро называют нуклонами. N_нукл. = А

Изотопы.

Изотопы – это ядра с одним и тем же числом протонов в ядре, но отличающиеся числом нейтронов т. е. отличающиеся массой ядра. Изотопы данного химического элемента занимают одну клеточку в таблице Менделеева.

Химические свойства изотопов одинаковы, но физические свойства у них различны. В настоящее время определено, что изотопы есть у всех химических элементов.

Например, у водорода три изотопа: ₁¹ Н – легкий водород; ₁² Н (Д)– тяжелый водород – дейтерий; ₁³ Н – сверхтяжелый водород – тритий. Д ₂О – тяжелая вода. Её температура кристаллизации 3,8 ⁰С, температура кипения 101,2 ⁰С.

Ядерные силы.

Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называют ядерными силами.

Свойства ядерных сил:

1. Они короткодействующие, т. е. их действие проявляется только на расстояниях сравнимых с размером ядра (10^-15 м).
2. Это силы притяжения.
3. Они самые большие по модулю среди известных человеку сил.