48.Радиоактивность.
Закономерности альфа, бета распада.
Закон радиоактивного распада. Радиоактивность,
самопроизвольное (спонтанное) превращение
неустойчивого изотопа химического элемента
в другой изотоп (обычно - изотоп другого
элемента). Закон радиоактивного распада
— закон, открытый Фредериком Содди и
Эрнестом Резерфордом экспериментальным
путём и сформулированный в 1903 году. Современная
формулировка закона:
что означает, что число распадов за интервал
времени t в произвольном веществе
пропорционально числу имеющихся в образце
атомов N. В этом математическом выражении
— постоянная распада, которая характеризует
вероятность радиоактивного распада за
единицу времени и имеющая размерность
с-1. Знак минус указывает на убыль
числа радиоактивных ядер со временем.
Этот закон считается основным законом
радиоактивности, из него было извлечено
несколько важных следствий, среди которых
формулировки характеристик распада —
среднее время жизни атома и период полураспада.
Радиоактивный распад происходит в соответствии
с так называемыми правилами смещения,
позволяющими установить, какое ядро возникает
в результате распада данного материнского
ядра. Правила смещения:
, где Х — материнское ядро, Y — символ
дочернего ядра, Не — ядро гелия (a-частица),
е—символическое обозначение электрона
(заряд его равен –1, а массовое число —
нулю). Правила смещения являются ничем
иным, как следствием двух законов, выполняющихся
при радиоактивных распадах, — сохранения
электрического заряда и сохранения массового
числа: сумма зарядов (массовых чисел)
возникающих ядер и частиц равна заряду
(массовому числу) исходного ядра.
49.Ядерные реакции.
Физические основы ядерной энергетики. Ядерные реакции — это
превращения атомных ядер при взаимодействии
с элементарными частицами (в том числе
и с у-квантами) или друг с другом. Наиболее
распространенным видом ядерной реакции
является реакция, записываемая символически
следующим образом:
X и У- исходное и конечное ядра, а и b —
бомбардирующая и испускаемая (или испускаемые)
в ядерной реакции частицы. В любой ядерной
реакции выполняются законы сохранения
электрических зарядов и массовых чисел:
сумма зарядов (массовых чисел) ядер и
частиц, вступающих в ядерную реакцию,
равна сумме зарядов (массовых чисел) конечных
продуктов (ядер и частиц) реакции. Выполняются
также законы сохранения энергии, импульса
и момента импульса. В отличие от радиоактивного
распада, который протекает всегда с выделением
энергии, ядерные реакции могут быть как
экзотермическими (с выделением энергии),
так и эндотермическими (с поглощением
энергии). Реакция деления ядра — заключающимся
в том, что тяжелое ядро под действием
нейтронов, а как впоследствии оказалось,
и других частиц делится на несколько
более легких ядер (осколков), чаще всего
на два ядра, близких по массе. Цепной реакции
деления — ядерной реакции, в которой
частицы, вызывающие реакцию, образуются
как продукты этой реакции. Цепная реакция
деления характеризуется коэффициентом
размножения k нейтронов, который равен
отношению числа нейтронов в данном поколении
к их числу в предыдущем поколении. Необходимым
условием для развития цепной реакции
деления является требование k>=1
. При k > 1 идет развивающаяся реакция,
число делений непрерывно растет и реакция
может стать взрывной. При k= 1 идет самоподдерживающаяся
реакция, при которой число нейтронов
с течением времени не изменяется. При
k<1 идет затухающая реакция. Цепные реакции
делятся на управляемые и неуправляемые.
Большое значение в ядерной приобретает
не только осуществление цепной реакции
деления, но и управление ею. Устройства,
в которых осуществляется и поддерживается
управляемая цепная реакция деления, называются
ядерными реакторами. Пуск первого реактора
в мире осуществлен в Чикагском университете
1942) под руководством Э.Ферми, в СССР (и
в Европе) — в Москве 1946) под руководством
И. В. Курчатова. Ядерные реакторы различаются:
1) по характеру основных материалов, находящихся
в активной зоне (ядерное топливо, замедлитель,
теплоноситель); 2) по характеру размещения
ядерного топлива и замедлителя в активной
зоне: гомогенные (оба вещества равномерно
смешаны друг с другом) и гетерогенные
(оба вещества располагаются порознь в
виде блоков); 3) по энергии нейтронов (реакторы
на тепловых и быстрых нейтронах; в последних
используются нейтроны деления и замедлитель
вообще отсутствует); 4) по типу режима
(непрерывные и импульсные); 5) по назначению
(энергетические, исследовательские, реакторы
по производству новых делящихся материалов,
радиоактивных изотопов и т.д.). В соответствии
с рассмотренными признаками и образовались
такие названия, как уран-графитовые, водо-водяные,
графито-газовые и т. д. Среди ядерных
реакторов особое место занимают энергетические
реакторы-размножители.
50. Элементарные частицы.
Классификация элементарных частиц.
Кварки. Выводы релятивистской квантовой теории
привели к заключению, что для каждой элементарной
частицы должна существовать античастица
(принцип зарядового сопряжения). Однако
существуют частицы, которые античастиц
не имеют,— это так называемые истинно
нейтральные частицы. Элементарные частицы объединены
в три группы: фотоны, лептоны и адроны.
Элементарные частицы, отнесенные к каждой
из этих групп, обладают общими свойствами
и характеристиками, которые отличают
их от частиц другой группы. К группе фотонов
относится единственная частица — фотон,
который переносит электромагнитное взаимодействие.
В электромагнитном взаимодействии участвуют
в той или иной степени все частицы, как
заряженные, так и нейтральные (кроме нейтрино).
К группе лептонов относятся электрон,
мюон, таон, соответствующие им нейтрино,
а также их античастицы. Все лептоны имеют
спин, равный 1/2, и, следовательно, являются
фермионами, подчиняясь статистике Ферми
— Дирака. Поскольку лептоны в сильных
взаимодействиях не участвуют, изотопический
спин им не приписывается. Странность
лептонов равна нулю. Элементарным частицам,
относящимся к группе лептонов, приписывают
так называемое лептонное число (лептонный
заряд) L. Введение L позволяет сформулировать
закон сохранения лептонного числа: в
замкнутой системе при всех без исключения
процессах взаимопревращаемости элементарных
частиц лептонное число сохраняется. Основную
часть элементарных частиц составляют
адроны. К группе адронов относятся пионы,
каопы, мезон, нуклоны, гипероны, а также
их античастицы. Адронам приписывают барионное
число (барионный заряд) В.Закон сохранения
барионного числа: и замкнутой системе
при всех процессах взаимопревращаемостн
элементарных частиц барионное число
сохраняется. Кварки - более фундаментальных
частиц, которые могли бы служить базисом
для построения всех адронов. Самое удивительное
свойство кварков связано с их электрическим
зарядом, поскольку еще никто не находил
частицы с дробным значением элементарного
электрического заряда. Спин кварка равен
½.
.