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

Гейзенберг различает в истории новой физики четыре таких системы и намечает возможность пятой. Исторически первая - это система ньютоновской механики, включающая астрономию, акустику, аэродинамику, гидродинамику и т. д. Вторая замкнутая система - теория теплоты, объединяющая феноменологическую термодинамику и статистическую физику. Третья замкнутая система вырастает из исследования электромагнитных явлений. Она представлена в первую очередь теорией Дж. Максвелла, но окончательно оформляется в работах Г. Герца, Г. Лоренца и в специальной теории относительности Эйнштейна.

  Спектры излучения атомных ядер возникают подобно спектрам излучения атомов и молекул.

  Атомы наиболее интенсивно поглощают электромагнитные волны частоты, соответствующей переходу из основного состояния атома в первое возбуждённое состояние. Это явление называют резонансным поглощением.

 Резонансное поглощение γ-кванта должно переводить ядро в возбуждённое состояние подобно тому, как поглощение света переводит в возбуждённое состояние атом или молекулу. Однако энергия и импульс  γ-кванта во много раз больше, чем у фотона видимого света.

 По закону сохранения импульса атомное ядро при излучении γ-кванта приобретает импульс, равный импульсу излучённого γ-кванта и направленный в противоположную сторону:

 , где  .

 У ядра появляется кинетическая энергия отдачи

 , где М – масса ядра.

24 – 5

 Тогда энергия γ-кванта

то есть энергия этого γ-кванта меньше энергии, необходимой для перевода такого же ядра из нормального состояния в возбуждённое, и резонансное поглощение γ-квантов ядрами обычно не наблюдается.

  Мёссбауэр открыл, что в некоторых кристаллах можно создать такие условия, при которых импульс отдачи при излучении γ-кванта сообщается не отдельному ядру, а всему кристаллу в целом. При этом изменение кинетической энергии кристалла из-за большой его массы (по сравнению с массой одного ядра) приближается к нулю, а энергия излучения γ-кванта оказывается почти в точности равной энергии перехода (Е1 – Е0). При пропускании пучка таких γ-квантов через образец, содержащий атомные ядра того же изотопа, наблюдается резонансное поглощение.

 Замечательной особенностью эффекта Мёссбауэра является необычайно малая ширина спектральной линии поглощения . Это означает, что появляется возможность зарегистрировать изменение энергии γ-кванта на величину, составляющую 10-15 от его первоначального значения.

Радиоактивные ряды

Ядра, возникающие в результате радиоактивных превращений, могут сами оказаться радиоактивными и т.д.. В итоге возникает ряд радиоактивных превращений.

Все α- и β-радиоактивные элементы можно объединить в четыре радиоактивные ряда, родоначальниками которых являются  235U; 236U; 237Np и 238U .

Ряд нептуния состоит из изотопов, не встречающихся в природе, а получающихся искусственным путём.

Остальные три ряда обусловлены естественной радиоактивностью и заканчиваются различными стабильными изотопами свинца:

235U 207Pb

236U 208Pb

238U 206Pb (ряд Тория 232Тh).

24 – 6

Закон сложного  распада

Пусть λ1 – постоянная распада материнского ядра;

 λ2 – постоянная распада дочернего ядра.

Изменение с течением времени числа материнских и дочерних ядер:

 и .

Тогда  и .

Если  , то .

Источники радиоактивных излучений

Более половины элементов таблицы Менделеева имеют естественные радиоактивные изотопы, но многие из них обладают очень большим периодом полураспада (для 238U – 4,5 млрд. лет; для 232Th – 14 млрд. лет).

Но в природе встречаются радиоактивные изотопы со значительно более короткими периодами полураспада (радий 226Ra – 1600 лет; радон 222Rn – 3,82 дня; полоний 218Ро – 3 мин.).

В тканях растений, животных и человека в наибольшем количестве содержатся радиоактивные изотопы калия и углерода.

В природном калии на долю β-радиоактивного изотопа 40К  с периодом полураспада 1,24 млрд. лет приходится 0,012 %. В 1 г природного калия происходит приблизительно 1900 β-распадов в минуту.

Радиоактивность углерода в биологических тканях обусловлена присутствием радиоактивного изотопа углерода 14С (Т5570 лет), который образуется в верхних слоях земной атмосферы под воздействием потока быстрых заряженных частиц из космоса. Изотоп 14С усваивается из воздуха растениями, а затем попадает в состав тканей животных и человека.

По остаточной радиоактивности ископаемых растительного или животного происхождения в археологии определяют примерные даты того или иного события.

Элементарные частицы Сначала элементарными считались частицы, из которых состоят атомы и их ядра – т.е. электроны, протоны и нейтроны.

Систематика  элементарных частиц Бозоны и фермионы

Кварковая  структура адронов Все адроны построены из частиц, названных кварками.

Взаимодействие  ионизирующих излучений с веществом В веществе быстрые заряженные частицы взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов.

Дозиметрия Поглощённая доза излучения (ПДИ) – равна отношению энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к массе вещества . Единицей ПДИ в СИ является грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг.

Цель нанотехнологий состоит в управлении поведением отдельных наночастиц (атомов, молекул, молекулярных систем) при создании новых наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Стало быть, во-вторых, попытка взглянуть на историю физики с квантовой точки зрения приводит к серьезному ее переосмыслению. Она лишается видимой непрерывности и распадается на последовательность "замкнутых теоретических систем", в ряду которых квантовая механика может получить законное место. Эта картина, однако, осложняется другой, не менее для Гейзенберга существенной, идеей исторического развития научного знания - традиционной идеей непрерывного роста общности теории, охватывающей все более обширные сферы природы единым, все более общим и абстрактным принципом. Когда Гейзенберг занялся физикой элементарных частиц, в особенности же когда в послевоенные годы он работал над единой теорией поля, идея эта стала доминирующей.
;
Курс лекций по физике