Ядерная физика

Ядерная физика - раздел физики, который изучает структуру и свойства атомных ядер, и механизмы ядерных реакций (в том числе радиоактивный распад).

Задачи, возникающие в ядерной физике, - это типичный пример задач нескольких тел. Ядра состоят из нуклонов ( протонов и нейтронов), и в типичных ядрах содержатся десятки и сотни нуклонов. Это число слишком велико для точно решаемых задач, но все же очень мало для того, чтобы можно было пользоваться методами статистической физики. Это и привело к большому разнообразию различных моделей атомных ядер.

1. Общие сведения о ядрах атомов

Число протонов в ядре (число заряда, и порядковый номер элемента) принято обозначать через Z, число нейтронов - через N. Их сумма A = Z + N называется массовым числом ядра. Атомы с одинаковым Z (т.е. атомы одного и того же элемента), но с разными N называются изотопами, с одинаковыми A, но с разными Z - изобарами, с одинаковыми N, но с разными Z - Изотон.

Основное различие между протоном и нейтроном заключается в том, что протон - заряженная частица, заряд которой e = 4,803 ? 10 ^-10 ед. СГС = 1,602 ? 10 ^-19 Кл. Это элементарный заряд, численно равный заряду электрона. Нейтрон же, как показывает его название, электрически нейтрален. Спины протона и нейтрона одинаковы и равны спина электрона, то есть 1/2 (в единицах сводной постоянной Планка ). Массы протона и нейтрона почти одинаковы: 1836,15 и 1838,68 масс электрона соответственно.

Протон и нейтрон не являются элементарными частицами. Они состоят из двух типов кварков - d-кварка с зарядом -1 / 3 и u-кварка с зарядом +2 / 3 от элементарного заряда е. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка (суммарный заряд +1), а нейтрон с одной u-кварка и двух d-кварков (суммарный заряд - 0). Свободный нейтрон - частица нестабильна. Он распадается через 15 минут после своего возникновения на протон, электрон и анти нейтрино (см. Бета-распад нейтрона). В ядре нейтрон находится в глубоком потенциальной яме, поэтому его распад может быть запрещен законами сохранения.

2. Методы исследования и подразделения

Изучение строения ядра и его составных элементов возможно только посредством изучения ядерных реакций. Для проведения ядерных реакций необходимые средства ускорения и детектирования частиц. Поэтому неотъемлемыми подразделениями ядерной физики является физика ускорителей и физика детекторов.

Радиационная физика и радиационное материаловедение являются междисциплинарными подразделениями физики, изучающие влияние ядерного излучения на свойства облученных веществ и методы модификации свойств с помощью облучения.

3. Значение

Ядерная физика имеет принципиальное значение для многих разделов астрофизики (первичный нуклеосинтез, термоядерные реакции в звездах как при жизни на главной последовательности, так и при сходе с нее), и, очевидно, для ядерной энергетики.

4. История

Первое явление из области ядерной физики было открыто в 1896 г. Анри Беккерелем. Это естественная радиоактивность солей урана, проявляющееся в непроизвольном испускании невидимого луча, способного вызвать ионизацию воздуха и почернение фотоэмульсий. Через два года Пьер Кюри и Мария Склодовска-Кюри открыли радиоактивность тория и выделили из солей урана полоний и радуйся, радиоактивность которых оказалась в миллионы раз сильнее радиоактивности урана и тория.

Детальное экспериментальное изучение радиоактивных излучений было проведено Резерфордом. Он показал, что радиоактивные излучения состоят из трех типов лучей, названного, соответственно α-β-и γ-лучами. Бета-лучи состоят из отрицательных электронов, альфа-лучи - из положительно заряженных частиц ( альфа-частиц, которые, как выяснилось несколько позже, являются ядрами гелия-4), гамма-лучи аналогичные лучам Рентгена (не имеющих заряда), только значительно жестче.

Ядерная природа радиоактивности стала понятна Резерфорду после того, как в 1911 он предложил планетарную модель атома и установил, что радиоактивные излучения возникают в результате процессов, происходящих внутри атомного ядра.

Долгое время считалось, что ядро ​​состоит из протонов и электронов. Однако такая модель находилась в противоречии с экспериментальными фактами, относящимися к спинов и магнитных моментов ядер. В 1932 после открытия Джеймс Чедвик нейтрона было установлено, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы получили общее наименование нуклонов.

В последние годы вырисовывается шанс описать свойства крайней мере легких ядер в строгом картине киральнои квантовой теории поля.

Источники

• Булавин Л.А., Тартаковский В. К. Ядерная физика. - К. : Знание, 2005. - 439 с.
• Каденко И. М., Плюйко В. А. Физика атомного ядра и частиц. - К. : ИПЦ "Киевский университет", 2008. - 414 с.
• Престон М. Физика ядра. - М. : Мир, 1964. - 576 с.
• Фрауэнфельдер Г., Хенли Э.. Субатомная физика. - М. : Мир, 1979. - 736 с.
• Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. - М. : Наука, 1980. - 748 с.

Это незавершенная статья по физики. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.