Розділ 6. Атомна і ядерна фізика.



Основні формули.

Перший постулат Бора (постулат стаціонарних станів) говорить: атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія En. У стаціонарних станах атом не випромінює.

Другий постулат Бора (правило частот) формулюється в такий спосіб: при переході атома з одного стаціонарного стану з енергією En в інший стаціонарний стан з енергією Em випромінюється або поглинається квант, енергія якого дорівнює різниці енергій стаціонарних станів:

де h – стала Планка. Звідси можна виразити частоту випромінювання:

За сучасними вимірами, позитивний заряд протона в точності дорівнює елементарному заряду e = 1,60217733·10–19 Кл, тобто рівний по модулю негативному заряду електрона. У цей час рівність зарядів протона й електрона перевірено з точністю 10–22. Такий збіг зарядів двох несхожих одна на одну часток викликає подив і залишається однією з фундаментальних загадок сучасної фізики.

Маса протона, по сучасних вимірах, дорівнює mp = 1,67262∙10–27 кг. У ядерній фізиці масу частки часто виражають в атомних одиницях маси (а.о.м.), яка дорівнює 1/12 маси атома вуглецю з масовим числом 12:

1 а.о.м. = 1,66057·10–27 кг.

Отже, mp = 1,007276 а.о.м. У багатьох випадках масу частки зручно виражати в еквівалентних значеннях енергії відповідно до формули E = mc2. Тому що 1 еВ = 1,60218·10–19 Дж, в енергетичних одиницях маса протона дорівнює 938,272331 МеВ.

Для характеристики атомних ядер уводиться ряд позначень. Число протонів, що входять до складу атомного ядра, позначають символом Z і називають зарядовим числом або атомним номером (це порядковий номер у періодичній таблиці Менделєєва). Заряд ядра рівний Ze, де e – елементарний заряд. Число нейтронів позначають символом N.

Загальне число нуклонів (тобто протонів і нейтронів) називають масовим числом A:

A = Z + N.

Ядра хімічних елементів позначають символом ZAX, де X – хімічний символ елемента. Наприклад,

Найважливішу роль у ядерній фізиці відіграє поняття енергії зв'язку ядра.

Енергія зв'язку ядра дорівнює мінімальної енергії, яку необхідно затратити для повного розщеплення ядра на окремі частки. Із закону збереження енергії випливає, що енергія зв'язку дорівнює тієї енергії, яка виділяється при утворі ядра з окремих часток.

Енергію зв'язку будь-якого ядра можна визначити за допомогою точного виміру його маси. У наш час фізики навчилися вимірювати маси часток – електронів, протонів, нейтронів, ядер та ін. – з дуже високою точністю. Ці виміри показують, що маса будь-якого ядра Mя завжди менше суми мас вхідних до його складу протонів і нейтронів:Mя< Zmp + Nmn.

Різниця масΔM = Zmp + Nmn – Mяназивається дефектом маси.

По дефекту маси за допомогою формули Ейнштейна E = mc2 можна визначити енергію, що виділилася при утворенні даного ядра, тобто енергію зв'язку ядра Eзв:Eзв = Δmc2 = (Zmp + Nmn – Mя)c2

Ця енергія виділяється при утворенні ядра у вигляді випромінювання γ-квантів.

Альфа-розпад. Альфа-розпадом називається мимовільне перетворення атомного ядра із числом протонів Z і нейтронів N в інше (дочірнє) ядро, що містить число протонів Z – 2 і нейтронів N – 2. При цьому випускається α-частка – ядро атома гелію. Прикладом такого процесу може служити α-розпад радію:

Бета-розпад. При бета-розпаді з ядра вилітає електрон

Гамма-розпад. На відміну від α- і β-радіоактивності, γ-радіоактивність ядер не пов'язана зі зміною внутрішньої структури ядра й не супроводжується зміною зарядового або масового чисел. Як при α-, так і при β-розпаді дочірнє ядро може виявитися в деякому збудженому стані й мати надлишок енергії. Перехід ядра зі збудженого стану в основний супроводжується випущенням одного або декількох γ-квантів, енергія яких може досягати декількох Мев.

Закон радіоактивного розпаду

Енергетичним виходом ядерної реакції називається величина:

де MA і MB – маси вхідних продуктів, MC і MD – маси кінцевих продуктів реакції. Величина Δm називається дефектом мас. Ядерні реакції можуть протікати з виділенням (Q > 0) або з поглинанням енергії (Q < 0). У другому випадку первісна кінетична енергія вихідних продуктів повинна перевищувати величину |Q|, яка називається порогом реакції.

 

Питання до самостійної роботи за темою:

«Чорнобильська катастрофа та ліквідація її наслідків. Боротьба за ліквідацію загрози ядерної війни.»

1. Назвати переваги атомних електростанцій.

2. Що ви знаєте про ядерну зброю?

3. Як народи світу борються проти загрози ядерної війни?

4. Назвіть проблеми розвитку ядерної енергії в Україні.

5. Причини та наслідки Чорнобильської катастрофи.

6. Наслідки землетрусу в Японії.

 


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 456; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ