Ядзерная фізіка

Ядзерная фізіка

Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя Асноўныя тэрміны Атамнае ядро · Ізатопы · Ізабары · Кропельная мадэль ядра · Перыяд паўраспаду · Масавы лік · Састаўное ядро · Ланцуговая ядзерная рэакцыя · Ядзернае эфектыўнае сячэнне Распад ядраў Закон радыеактыўнага распаду · Альфа-распад · Бэта-распад · Гама-выпраменьванне · Кластарны распад Складаны распад Электронны захоп · Двайны бэта-распад · Двайны электронны захоп · Унутраная канверсія · Ізамерны пераход Выпраменьванні Нейтронны распад · Пазітронны распад · Пратонны распад · Фотарасшчапленне Захват Электронны захоп · Нейтронны захоп R · S · P · Rp Дзяленне ядра Спантаннае дзяленне Ядзерны сінтэз Пратон-пратонны цыкл · CNO-цыкл · Трайны альфа-працэс · Геліевая ўспышка · Гарэнне вугляроду · Вугляродная дэтанацыя · Гарэнне кіслароду · Гарэнне неону · Гарэнне крэмнію · Рэакцыі сколвання Зорны ядзерны сінтэз Ядзерны сінтэз у Вялікім выбуху Ядзерны сінтэз у звышновых Вядомыя вучоныя Бекерэль · Бетэ · Бор · Гейзенберг · Марыя Кюры · П’ер Кюры · Рэзерфорд · Содзі · Уілер · Фермі

Я́дзерная фі́зіка — раздзел фізікі, які ўключае эксперыментальныя і тэарэтычныя даследаванні ў галіне атамных ядзер і элементарных часціц. Падзяляецца на ядзерную фізіку нізкіх і высокіх энергій. Ядзерная фізіка нізкіх энергій даследуе працэсы, у якіх энергія ўзбуджэння атамнага ядра не перавышае некалькіх дзясяткаў мегаэлектронвольт. Ядзерная фізіка высокіх энергій (энергіі некалькіх соцень мегаэлектронвольт і больш) вывучае пераважна пытанні, звязаныя са структурай элементарных часціц. Асноўныя раздзелы ядзернай фізікі: ядзерная спектраскапія, ядзерныя рэакцыі, фізіка элементарных часціц, нейтронная фізіка, фізіка паскаральнікаў і інш.

Задачы, якія ўзнікаюць у ядзернай фізіцы, — гэта тыповы прыклад задач некалькіх цел. Ядры складаюцца з нуклонаў (такіх, як пратон і нейтрон), і ў тыповых ядрах утрымліваюцца дзясяткі і сотні нуклонаў. Гэтая колькасць занадта вялікая для дакладна вырашаемых задач, але занадта малая для таго, каб можна было карыстацца метадамі статыстычнай фізікі. Гэта і прывяло да вялікай разнастайнасці розных мадэлей атамных ядраў.

Агульныя звесткі

Лік пратонаў у ядры («зарадны лік», таксама «парадкавы нумар элемента») прынята абазначаць праз Z, лік нейтронаў — праз N. Іх сума A = Z + N называецца масавым лікам ядра. Атамы з аднолькавым Z (гэта значыць атамы аднаго і таго ж элемента), але рознымі N называюцца ізатопамі, з аднолькавымі A, але рознымі Z — ізабарамі, з аднолькавымі N, але рознымі Z — ізатонамі.

Асноўнае адрозненне паміж пратонам і нейтронам заключаецца ў тым, што пратон — зараджаная часціца, зарад якой e = 4,801×10^-10 адзінак СГСЭ = 1,602×10^-19 Кл. Гэта элементарны зарад, па модулю роўны зараду электрона. Нейтрон жа, як паказвае яго назва, электрычна нейтральны. Спіны пратона і нейтрона аднолькавыя і роўныя спіну электрона, гэта значыць 1/2 (у адзінках $\hbar$, пастаяннай Планка). Масы пратона і нейтрона амаль роўныя: 1836,15 і 1838,68 мас электрона адпаведна.

Пратон і нейтрон не з’яўляюцца фундаментальнымі часціцамі. Яны складаюцца з двух тыпаў кваркаў — d-кварка з зарадам −1/3 і u-кварка з зарадам +2/3 ад элементарнага зарада е. Пратон складаецца з двух u-кваркаў і аднаго d-кварка (сумарны зарад «+1»), а нейтрон з аднаго u-кварка і двух d-кваркаў (сумарны зарад «0»). Свабодны нейтрон — часціца нестабільная. Ён распадаецца праз 885 секунд пасля свайго ўзнікнення на пратон, электрон і антынейтрына (гл. бэта-распад нейтрона). У ядры нейтрон знаходзіцца ў глыбокай патэнцыяльнай яме, таму яго распад можа быць забаронены законамі захавання.

Ядзерная фізіка мае прынцыповае значэнне для многіх раздзелаў астрафізікі (першасны нуклеасінтэз, тэрмаядзерныя рэакцыі ў зоркі як у час жыцця на галоўнай паслядоўнасці, так і пры сходзе з яе), і, відавочна, для ядзернай і, у перспектыве, тэрмаядзернай энергетыкі.

Гісторыя

У 1896 годзе французскі хімік Антуан Анры Бекерэль выпадкова адкрыў радыеактыўнасць солей урану, што выяўляецца ў самаадвольным выпусканні нябачных праменяў, здольных выклікаць іанізацыю паветра і пачарненне фотаэмульсій. Праз два гады П’ер Кюры і Марыя Складоўская-Кюры адкрылі радыеактыўнасць торыю і вылучылі з солей урану палоній і радый, радыеактыўнасць якіх аказалася ў мільёны разоў мацнейшай за радыеактыўнасць урану і торыю.

Дэталёвае эксперыментальнае вывучэнне радыеактыўных выпрамяненняў было ажыццёўлена Рэзерфордам. Ён паказаў, што радыеактыўныя выпрамяненні ўтвораны адпаведна α-, β- і γ-праменямі. Бэта-прамені складаюцца з адмоўна зараджаных электронаў, альфа-прамені — з дадатна зараджаных часціц (альфа-часціц, якія, як высветлілася трохі пазней, з’яўляюцца ядрамі гелію-4), гама-прамені аналагічныя праменям Рэнтгена (не маюць зарада), толькі значна больш жорсткія.

Ядзерная прырода радыеактыўнасці была зразумета Рэзерфордам пасля таго, як у 1911 г. ён прапанаваў ядзерную мадэль атама і ўстанавіў, што радыеактыўныя выпрамяненні ўзнікаюць у выніку працэсаў, што адбываюцца ўнутры атамнага ядра.

Доўгі час меркавалася, што ядро складаецца з пратонаў і электронаў. Аднак такая мадэль знаходзілася ў супярэчнасці з эксперыментальнымі фактамі аб спінах і магнітных момантах ядзер. У 1932 г. пасля адкрыцця Чэдвікам нейтрона было ўстаноўлена (Іваненка і Гайзенберг), што ядры складаюцца з пратонаў і нейтронаў. Гэтыя часціцы атрымалі агульную назву нуклонаў.

Літаратура

• Рудак Э. А. Ядзерная фізіка // Беларуская энцыклапедыя: У 18 т. Т.18 Кн.1: Дадатак: Шчытнікі — ЯЯ / Рэдкал.: Г. П. Пашкоў і інш. — Мн.: БелЭн, 2004. — Т. 18. — С. 236-237. — 472 с. — 10 000 экз. — ISBN 985-11-0295-4 (Т. 18 Кн. 1).

Спасылкі

• Навуковыя артыкулы па фізіцы ядра і элементарных часціц
• Ядзерная фізіка ў інтэрнэце