Законы теплового излучения Волновые свойства микрочастиц Операторы физических величин Квантовые  генераторы Электропроводимость  металлов Ядерная физика Атомное ядро Спектры излучения атомных ядер

Курс лекций по физике

История физики как история понятийных систем, история их становления и изменения, вызывающего глубокие преобразования структуры всего теоретического мышления, - в этом средоточие историко-научной концепции Гейзенберга, которую он начинает развивать с начала 30-х годов и продолжает до последних лет жизни (доклады: "Изменения структуры мышления в развитии науки", 1969 г.; "Развитие понятий в истории квантовой теории", 1972 г.; "Что такое элементарная частица?", 1975 г.).

Ядерная физика Атомное ядро

 Основная масса материи в атоме не распределена равномерно по объёму атома, а сконцентрирована в плотном ядре, размер которого (~10-15 м) составляет одну стотысячную часть размера самого атома. Плотность ядерного вещества очень велика .

 Ядро имеет положительный заряд, кратный элементарному заряду е. и соответствующие спину ядра механический и магнитный моменты.

  Взаимодействие магнитных моментов электронов атома и его ядра приводит к расщеплению спектральных линий излучения атома, равному , что обусловливает сверхтонкую структуру оптического спектра атома.

 Состав ядра – нуклоны (протоны и нейтроны).

 Протон – р – стабильная частица (время жизни - ), ядро атома водорода, обладает положительным зарядом е и массой

тр = 1,67265.10-27 кг = 1,00729 а.е.м. = 1836,15 те = 938,28 МэВ. Поглощением (абсорбцией) света называется явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.

 Спин протона S = .

 Собственный магнитный момент  , где

 Дж/Тл - ядерный магнетон.

 Собственный магнитный момент протона приблизительно в 660 раз меньше собственного магнитного момента электрона.

 Нейтрон – п – электрически незаряженная элементарная частица с массой

тп = 1,67495.10-27 кг = 1,00898 а.е.м. = 1838,68 те = 939,55 МэВ.

  Спин нейтрона S =  .

 Собственный магнитный момент . Знак минус указывает, что механический и магнитный моменты нейтрона имеют противоположное значение.

 В свободном состоянии нейтрон нестабилен ( среднее время жизни мин) и самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон и антинейтрино

.

Характеристики атомного ядра

 Z – зарядовое число равное количеству протонов в ядре и являющееся атомным номером в таблице Менделеева.

 А – массовое число равное количеству нуклонов в ядре.

  N =(A – Z) – число нейтронов в ядре.

 Символически записывают AXZ , например,  238U92.

 Поскольку для числа Z существует только один символ химического элемента, его часто не указывают. Например, 238U.

 Конкретные атомы с данным числом протонов и нейтронов называют нуклидами.

 Нуклиды с одинаковым числом протонов называют изотопами. Атомы изотопов обладают практически очень близкими физико-химическими свойствами, за исключением некоторых случаев. Сильнее всего это различие у трёх нуклидов: 1Н1 , 2Н1 (дейтерий), 3Н1 (тритий). Ядра дейтерия и трития называют – дейтрон (d) и тритон (t) .

 В настоящее время известно около 1500 различных ядер с Z от 1 до 117 и А от 1 до 271. Примерно  часть этих ядер устойчивы. Многие ядра с Z от 93 до 115 были получены искусственным путём посредством ядерных реакций.

  Размеры ядер зависят от числа содержащихся в них нуклонов.

 В первом приближении ядро можно считать сферическим и при А > 10 эффективный радиус большинства ядер довольно точно определяется формулой

R = 1,3.А1/3 Ф, где

Ф = 1 фм = 10-15 м – ферми (название применяемой в ядерной физике единицы длины, равной одному фемтометру.

 Спин ядра – I . Он слагается из спинов нуклонов и их орбитальных моментов. Спин нуклона равен  , поэтому спин I ядра может быть как целым, так и полуцелым – в зависимости от числа нуклонов.

 В основных состояниях всех стабильных ядер . Это указывает на то, что моменты импульса большинства нуклонов в ядре взаимно компенсируют друг друга, располагаясь «антипараллельно».

  У всех ядер с чётными числами протонов и нейтронов спин основного состояния I = 0.

Масса и энергия связи  ядра Масса ядра не является аддитивной величиной – она не равна сумме масс образующих ядро нуклонов. Причиной является сильное взаимодействие нуклонов в ядре.

 Условия для протекания управляемой цепной реакции деления (К = 1) реализуются в ядерных (атомных) реакторах. В реакторе на медленных (тепловых) нейтронах с энергией меньше 0,5 эВ управляемая цепная реакция деления может протекать в природном или в слабо обогащённом уране, что достигается введением в реактор специального вещества – замедлителя.

 Радиоактивность заключается в самопроизвольном распаде ядер с испусканием одной или нескольких частиц. Такие ядра и соответствующие им нуклиды называют радиоактивными (в отличие от стабильных ядер).

Основные  типы радиоактивности Альфа–распад – самопроизвольное испускание ядром α-частицы (4Не) .

Эпистемологическая озабоченность теоретической физики первой трети века была вызвана ощущением уходящей из-под ног почвы, ощущением прыжка в пустоту. Оставим пока в стороне проблемы эйнштейновской теории относительности. Припомним, следуя Гейзенбергу, несколько шагов "над пропастью" в создании квантовой механики. Первый "монстр" появился, как известно, в лице кванта энергии. Он возник как бы случайно, в качестве едва ли не чистой условности, с помощью которой М. Планку удалось вывести формулу, выражающую закон излучения абсолютно черного тела. Вскоре, однако, прежде всего благодаря работам А. Эйнштейна по фотоэффекту и удельной теплоемкости твердых тел при низких температурах, это странное понятие неожиданно наполнилось реальностью. Следующий шаг сделал Н. Бор.
;
Курс лекций по физике