ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

Полевая природа элементарных частиц

"... элементарные частицы материи по своей природе представляют собой не что иное, как сгущения электромагнитного поля, ..."

А.Эйнштейн. Собрание научных трудов. М.: Наука. 1965. Т.1. С.689.

Введение тока смещения в уравнения позволило Максвеллу предсказать существование электромагнитных волн, но в уравнениях не учитывается дискретная природа токов смещения (вихревых электрических полей), приводящая к дискретности электромагнитных волн. В результате анализа дискретных возмущений поля и волновых свойств замкнутых токов смещения была обнаружена система в виде спектра волновых моделей, которые по своим свойствам совпали со свойствами элементарных частиц, что привело к возникновению волновой теории строения элементарных частиц.

"... согласно последовательной теории поля весомую материю или составляющие ее элементарные частицы также следовало бы рассматривать как особого рода " поля", или особые " состояния пространства". Однако приходится признать, что при современном состоянии физики такая идея преждевременна, так как до сих пор все направленные к этой цели усилия физиков-теоретиков терпели провал. Таким образом, теперь мы фактически вынуждены различать " материю" и " поля", хотя и можем надеяться на то, что грядущие поколения преодолеют это дуалистическое представление и заменят его единым понятием, как это тщетно пыталась сделать теория поля наших дней."

А.Эйнштейн. Собрание научных трудов. М.: Наука. 1966. Т.2. С.154.

" Единая теория поля - единая теория материи, призванная свести все многообразие свойств элементарных частиц и их взаимопревращений (взаимодействий) к небольшому числу универсальных принципов. Такая теория еще не построена и рассматривается скорее как стратегия развития физики микромира."

Физическая энциклопедия. ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ.

"... разделение материи на две формы - поле и вещество - оказывается довольно условным."

Физика. О.Ф.Кабардин. 1991. С.337.

" Выявление определенной степени единства вещества и поля привело к углублению представлений о структуре материи."

Физическая энциклопедия. ВЕЩЕСТВО.

Исходя из единства природы вещества и поля и представлений, что частицы материи являются возбужденными состояниями поля - " сгустками электромагнитной энергии", волновая теория рассматривает строение элементарных частиц, как комбинаций различных видов дискретных электромагнитных волн: поперечных, продольных, стоячих (фотоны, лептоны, адроны). Теория показывает, что, если учитывать квантовый характер возмущений поля, то можно построить и рассчитать не только дискретные поперечные электромагнитные волны (возмущения) - фотоны, но и остальные элементарные частицы. Приведены расчеты всех стабильных и нескольких резонансных частиц; например, расхождение массы протона - 0.25%, магнитного момента - 0.008%. Получено совпадение расчетных и экспериментальных данных: массы, спина, магнитного момента, странности, размеров, радиуса ядерных сил и других характеристик. Дано объяснение барионному заряду, отличию адронов от лептонов, объяснен резонансный характер сильного взаимодействия, найдена максимальная энергия электрического поля, которой может обладать элементарный заряд, вычислена минимальная масса, которую может иметь адрон, объяснено, почему Эта-мезон и Bs-мезон не могут иметь электрический заряд и т. д.

" Не является ли более привлекательной картина, в которой адроны представляют собой сложные динамические системы, имеющие общие черты с атомами..."

О физике и астрофизике. В.Л.Гинзбург. 1995. С.63.

Разделяя взгляды на частицы, как на системы, имеющие общие черты с атомами, волновая теория впервые рассмотрела орбитально-волновые модели элементарных частиц (на орбитах укладываются целые длины волн, как в атомах) и стало возможным рассчитывать то, что раньше можно было получить только экспериментальным путем. Теория является последовательной, она не вводит новых постулатов, основываясь на уже известных законах физики. Например, из гипотезы Максвелла, утверждающей, что полный ток всегда замкнут, следует, что продольные электромагнитные волны могут существовать только в виде замкнутых токов смещения, которые также дискретны, но, в отличие от поперечных волн, могут покоиться. Дискретность токов смещения объясняется квантовой природой поля, где возмущения поля всегда дискретны и кратны кванту поля, т. е. элементарное возмущение электрического поля равно элементарному электрическому заряду (кванту заряда). Отсюда - дискретность электромагнитных волн, токов проводимости, токов смещения и магнитных потоков, все они образованы движением дискретных возмущений электрического поля.

На первый взгляд трудно представить, и это совершенно естественно, что вся материя имеет полевую природу, а вещество состоит из электромагнитных волн. С другой стороны, уже никого не удивляет тот факт, что поперечные электромагнитные волны - это стабильные элементарные частицы полевого происхождения (фотоны - первые элементарные частицы, для которых было установлено, что они имеют полевую природу).

Опыты Дэвисона и Джермена.

80)

 

 

80 )Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Волновая функция. Ее свойства и физический смысл.

Соотношение неопределенности Гейзенберга рассматривается как закономерность, не поддающаяся нашим представлениям о реальности. Между тем при отказе от связи соотношения с волновой функцией и ее “вероятностной интерпретацией” обоснование соотношения становится простым и очевидным. Исходим из положений, что при использовании этого соотношения измеряется действие, кратное h — постоянной Планка и, если действие определяется сопряженными параметрами. то измерение каждого из них в отдельности невозможно. В этом случае точность измерения принципиально не может превосходить значения h. Измерение каждого параметра связано с соответствующей “градуировкой” мерительного инструмента.

Соотношение неопределенности Гейзенберга показывает, что “между точностью, с которой одновременно может быть установлено положение частицы, и точностью ее импульса существует определенное соотношение

(ТОЛЬКО НЕ h/2, а просто h) (1), среднеквадратическое отклонение координаты, среднеквадратическое отклонения импульса.H-постоянная планка. 1

. В основе соотношения лежит формула Планка, отражающая положение о квантовании “действия”:

E =  h
(E —энергия фотона,  — частота электромагнитной волны)

или ее следствия: (p — импульс,   — длина волны).

Приращение “действия”, соответствующее h,

 S_h = p  q
( q — приращение координаты)

или при одновременном изменении p и q [11]

 S_h =  p  q.(2)

2. Отметим, что проявление импульса невозможно без перемещения, а проявление энергии — вне времени. Под “проявлением” подразумевается регистрация путем взаимодействия объекта с наблюдателем, с измерительным прибором. Это условие справедливо и в классической механике.

3. В случае использования соотношения неопределенности, а возможно и в общем случае, измеряется “действие”, а не его компоненты — импульс, координаты, энергию, время.

Знаменательно — в действии объединены три основополагающие понятия: сила, длина, время. Измерительный же прибор “отградуирован”, соответственно, на импульс, координаты, энергию и время.

4. Неопределенность — это принципиальная невозможность определить величину параметра, а не результат влияния помех или ошибки измерения, подчиненных вероятностным законам, если их точное воздействие неизвестно.

E t ≥ h. соотношение неопределенности Бора

ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ

Волнова́ я фу́ нкция, или пси-функция — комплекснозначная функция, используемая в квантовой механике для описания чистого состояния системы. Является коэффициентом разложения вектора состояния по базису (обычно координатному):

Физический смысл волновой функции заключается в том, что согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики плотность вероятности нахождения частицы в данной точкеконфигурационного пространства в данный момент времени считается равной квадрату абсолютного значения волновой функции этого состояния в координатном представлении.

.

 

 

81 )Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Движение свободной частицы. Электрон в потенциальном ящике.

 

уравнение Шредингера для стационарных состояний. Его решения - функции и соответствующие значения энергии - определяются конкретным видом потенциальной энергии частицы . Часто уравнение Шредингера для стационарных состояний записывают в следующей форме

 

Свободная частица — частица, движущаяся в отсутствие внешних полей. Так как на свободную частицу (пусть она движется вдоль оси х) силы не действуют, то потенци­альная энергия частицы U(x) = const и ее можно принять равной нулю. Тогда полная энергия частицы совпадает с ее кинетической энергией. В таком случае уравнение Шредингера для стационарных состояний примет вид Прямой подстановкой можно убедиться в том, что частным решением уравнения является функция  (х) = Аеikx, где А = const и k = const, с собственным значением энергии Функция представляет собой только координатную часть волновой функции  (x, t). зависимость энергии от импульса оказывается обычной для нерелятивистских частиц. Следовательно, энергия свободной частицы может принимать любые значения (так как волновое число kможет принимать любые положительные значения), т. е. ее энергетический спектр является непрерывным. Таким образом, свободная квантовая частица описывается плоской монохроматической волной де Бройля. Этому соответствует не зависящая от времени плотность вероятности обнаружения частицы в данной точке пространства т. е. все положения свободной частицы в пространстве являются равновероятными. Электрон в потенциальном ящике Примером движения электрона в потенциальном «ящике» является движение коллективизированных электронов внутри металла. Применим к электрону, движущемуся в потенциальном поле, уравнение Шредингера в форме и учтем, : получается Другими словами, вероятность найти электрон вне “ящика” равна нулю. Задача о движении электрона в прямоугольном потенциальном “ящике” c бесконечно высокими стенками сводится к решению уравнения Другие значения W энергии электрона невозможны: вероятность обнаружить внутри “ящика” электрон с энергией, отличной от Wn, равна нулю. Физические величины, принимающие лишь определенные дискретные значения, называются квантованными. Квантованные значения Wn называются уровнями энергии, а числа n, определяющие энергетические уровни электрона, - квантовыми числами. Таким образом, электрон в потенциальном “ящике” может находиться на определенном энергетическом уровне Wn. В этом случае он находится в определенном квантовом состоянии n. Энергетические уровни в этом случае расположены столь тесно, что можно их считать квазинепрерывными. Для такого потенциального “ящика” квантование энергии дает результаты, не столь существенно отличающиеся от результатов классической физики, как в случае “ящика” атомного размера. Расчеты показывают, что при увеличении квантового числа n величина становится малой по сравнению с Wn, т.е. происходит относительное сближение энергетических уровней. При больших квантовых числах n квантование энергии дает результаты, близкие к результатам классического рассмотрения. В этом находит свое выражение важный принцип соответствия, наиболее полно сформулированный Бором в 1923 г.: при больших квантовых числах выводы и результаты квантовой механики должны соответствовать классическим результатам. 82) Ядерная модель Резерфорда. Постулаты Бора От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α -частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α -частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α -частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α -частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°. Таким образом, опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 10–14–10–15 м. Это ядро занимает только 10–12 часть полного объема атома, но содержит весь положительный заряд и не менее 99, 95 % его массы. Веществу, составляющему ядро атома, следовало приписать колоссальную плотность порядка с ≈ 1015 г/см3. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Впоследствии удалось установить, что если заряд электрона принять за единицу, то заряд ядра в точности равен номеру данного элемента в таблице Менделеева. Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, под действием кулоновских сил со стороны ядра вращаются электроны (рис. 6.1.4). Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро. Постулаты Бора Постулаты Бора — основные допущения, сформулированные Нильсом Бором в 1913 году для объяснения закономерности линейчатого спектра атома водорода и водородоподобных ионов (формула Бальмера-Ридберга) и квантового характера испускания и поглощения света. Бор исходил из планетарной модели атома Резерфорда. Постулаты: 10 Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн. 2) Электрон в атоме, не теряя энергии, двигается по определённым дискретным круговым орбитам, для которых момент импульса квантуется: , где — натуральные числа, а — постоянная Планка. Пребывание электрона на орбите определяет энергию этих стационарных состояний. 3) При переходе электрона с орбиты (энергетический уровень) на орбиту излучается или поглощается квант энергии , где — энергетические уровни, между которыми осуществляется переход. При переходе с верхнего уровня на нижний энергия излучается, при переходе с нижнего на верхний — поглощается. Используя данные постулаты и законы классической механики, Бор предложил модель атома, ныне именуемую Боровской моделью атома[1]. В дальнейшем Зоммерфельд расширил теорию Бора на случай эллиптических орбит. Её называют моделью Бора-Зоммерфельда. 83)Квантовые числа. Принцип Паули. Максимальные числа электронов Квантовые числа — энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится. Главное квaнтовое число n определяет общую энергию электрона и степень его удаления от ядра (номер энергетического уровня); оно принимает любые целочисленные значения, начиная с 1 (n = 1, 2, 3, ...) Орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число l определяет форму атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n-1(l = 0, 1, 2, 3,..., n-1). Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. Орбитали с l = 0 называются s-орбиталями, l = 1 – р-орбиталями (3 типа, отличающихся магнитным квантовым числом m), l = 2 – d-орбиталями (5 типов), l = 3 – f-орбиталями (7 типов). Магнитное квантовое число m определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Его значения изменяются от +l до -l, включая 0. Например, при l = 1 число m принимает 3 значения: +1, 0, -1, поэтому существуют 3 типа р-АО: рx, рy, рz. Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона, называемого спином (от англ. веретено). Для обозначения электронов с различными спинами используются символы: и . При́ нцип Па́ ули (принцип запрета) — один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому два и более тождественныхфермиона (частиц с полуцелым спином) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии. Принцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений. Количество электронов в отдельном атоме равно количеству протонов. Так как электроны являются фермионами, принцип Паули запрещает им принимать одинаковые квантовые состояния. В итоге, все электроны не могут быть в одном квантовом состоянии с наименьшей энергией (для невозбуждённого атома), а заполняют последовательно квантовые состояния с наименьшей суммарной энергией (при этом не стоит забывать, что электроны неразличимы, и нельзя сказать, в каком именно квантовом состоянии находится данный электрон). Примером может служить невозбуждённый атом лития (Li), у которого два электрона находятся на 1S орбитали (самой низкой по энергии), при этом у них отличаются собственные моменты импульса и третий электрон не может занимать 1S орбиталь, так как будет нарушен запрет Паули. Поэтому, третий электрон занимает 2S орбиталь (следующая, низшая по энергии, орбиталь после 1S). Максимальное число электронов 84) Зонная теория твердых тел. Электропроводность металлов, диэлектриков и полупроводников. Зонная теория твёрдого тела — квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле. В соответствии с квантовой механикой свободные электроны могут иметь любую энергию — их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие изолированным атомам, имеют определённые дискретные значения энергии. В твёрдом теле энергетический спектр электронов существенно иной, он состоит из отдельных разрешённых энергетических зон, разделённых зонами запрещённых энергий. Физические основы зонной теории Согласно постулатам Бора, в изолированном атоме энергия электрона может принимать строго дискретные значения (также говорят, что электрон находится на одной из орбиталей). В случае нескольких атомов, объединенных химической связью (например, в молекуле), электронные орбитали расщепляются в количестве, пропорциональном числу атомов, образуя так называемые молекулярные орбитали. При дальнейшем увеличении системы до макроскопического кристалла (число атомов более 1020), количество орбиталей становится очень большим, а разница энергий электронов, находящихся на соседних орбиталях, соответственно очень маленькой, энергетические уровни расщепляются до практически непрерывных дискретных наборов — энергетических зон. Наивысшая из разрешённых энергетических зон вполупроводниках и диэлектриках, в которой при температуре 0 К все энергетические состояния заняты электронами, называется валентной зоной, следующая за ней — зоной проводимости. В металлах зоной проводимости называется наивысшая разрешённая зона, в которой находятся электроны при температуре 0 К. В основе зонной теории лежат следующие главные приближения: [1] 1. Твёрдое тело представляет собой идеально периодический кристалл. 2. Равновесные положения узлов кристаллической решётки фиксированы, то есть ядра атомов считаются неподвижными (адиабатическое приближение). Малые колебания атомов вокруг равновесных положений, которые могут быть описаны как фононы, вводятся впоследствии как возмущение электронного энергетического спектра. 3. Многоэлектронная задача сводится к одноэлектронной: воздействие на данный электрон всех остальных описывается некоторым усредненным периодическим полем. Ряд явлений, по существу многоэлектронных, таких, как ферромагнетизм, сверхпроводимость, и таких, где играют роль экситоны, не может быть последовательно рассмотрен в рамках зонной теории. Вместе с тем, при более общем подходе к построению теории твёрдого тела оказалось, что многие результаты зонной теории шире ее исходных предпосылок. Методы расчёта зонной структуры Энергетический спектр электронов в кристалле в одноэлектронном приближении описывается уравнением Шрёдингера: , где — периодический потенциал кристалла. Электропроводность металлов, полупроводников и диэлектриков. В металлах и полупроводниках ток переносится электронами, в диэлектриках - электронами и ионами. В отсутствие электрического поля электроны движутся хаотически, причем в некотором направлении движется столько же электронов, сколько и в противоположном направлении. Поэтому хаотическое движение не создает переноса заряда (тока). Если приложено электрическое поле, то в направ- лении против вектора напряженности поля движется больше электронов, чем в противоположном направлении, т.е. появляется электрический ток. В этом случае движение электронов можно представить как сумму хаотического движения и упорядоченного движения против вектора E со сравнительно небольшой средней скоростью, называемой скоростью дрейфа vдр. В металлах, где ток создают почти свободные электроны, называемые элек- тронами проводимости, плотность тока пропорциональна их концентрации n и скорости дрейфа vдр Двигаясь ускоренно в электрическом поле, электрон приобретает дополни- тельную скорость вдоль поля, которую теряет в результате очередного столкно- вения. В полупроводниках ток создают электроны проводимости и дырки. Дырка - это квазичастица с положительным зарядом, равным модулю заряда электрона. Дырка – место в кристаллической решетке, из которого удален электрон. Когда это место занимает один из ближайших электронов, дырка исчезает в этом месте, но появляется в другом, соседнем месте. Такое движение многих электронов, от- личающееся от движения свободных электронов, удобно описывать с помощью движения дырки, которая движется в направлении, противоположном движению электронов. 5 В отличие от проводимости металла (6), проводимость полупроводника равна сумме двух типов проводимости - электронной (n-типа) и дырочной (р-типа): Большая проводимость металлов при различной температуре объясняется большой концентрацией электронов проводимости, сравнимой с концентрацией атомов, и не зависящей от температуры. В отличие от металлов, в полупроводниках концентрация носителей при на- гревании быстро увеличивается, приводя к сильному росту проводимости. При этом небольшое уменьшение подвижности, приводя к обратному эффекту, не может помешать росту проводимости при нагревании Вдиэлектриках и полупроводниках, зонная структура такова, что существует запрещенная зона определенной ширины. При этом в полупроводниках ширина зоны составляет примерно от доли электрон-вольта до 3 электрон-вольт, в диэлектриках ширина зоны составляет примерно от 3 электрон-вольт до 10 электрон-вольт. Для того, чтобы возникла электропроводность в этих веществах, заряды должны попасть из валентной, занятой электронами зоны, в зону проводимости, т.е. каждый свободный заряд появится, если только ему сообщить энергию, не меньшую, чем ширина запрещенной зоны. Под действием не очень сильных электрических полей, заряды появляются, в первую очередь, путем термоионизации молекул основного вещества или примесей, либо за счет появления из электродов. Последний способ называется эмиссией носителей заряда. 85)Заряд, масса и размеры атомных ядер. Состав ядра. Нуклоны. Ядерная формула.   Заряд, масса и размер атомных ядер Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд. Размеры ядер Распределение заряда и массы в атомных ядрах исследуется в экспериментах по упругому рассеянию на ядрах альфа-частиц (исторически это первые эксперименты Резерфорда), электронов и протонов. Выяснилось, что как плотность распределения заряда, так и плотность распределения массы ядра приближенно выражаются распределением Ферми: Величину R называют радиусом ядра. Масса стабильных ядер меньше суммы масс входящих в ядро нуклонов- разность этих величин и определяет энергию связи ядра Eсв Eсв(A, Z) = Zmp + (A - Z)mn - MN(A, Z). M(A, Z) = MN(A, Z) + Zme; (A, Z) = M(A, Z) - A. Заряд ядра равен Ze, где e – заряд протона, Z– зарядовое число, равное порядковому номеру химического элемента в периодической системе элементов Менделеева, т.е. числу протонов в ядре. Число нейтронов в ядре обозначается N. Как правило Z > N. В состав атомного ядравходят элементарные частицы : протоны и нейтроны ( нуклоны от латинского слова nucleus – ядро). Такая протонно-нейтронная модель ядра была предложена советским физиком в 1932 г. Д.Д. Иваненко. Протон имеет положительный заряд е+=1, 06·10–19 Кл и массу покоя mp = 1, 673·10–27кг = 1836me. Нейтрон (n) – нейтральная частица с массой покоя mn = 1, 675·10–27кг = 1839me (где масса электрона me, равна 0, 91·10–31кг). На рис. 9.1 приведена структура атома гелия по представлениям конца XX - начала XXI в. Число нуклонов в ядре A = Z + N называется массовым числом. Ядра с одинаковым Z, но различными А называются изотопами. Ядра, которые при одинаковом A имеют разные Z, называются изобарами. 86 )Энергия связи ядра. Дефект массы. Потенциал ионизации. Энергия связи ядра Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц. Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. В настоящее время физики научились измерять массы частиц – электронов, протонов, нейтронов, ядер и др. – с очень высокой точностью. Эти измерения показывают, что масса любого ядра Mя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: Mя < Zmp + Nmn. Разность масс Δ M = Zmp + Nmn – Mя. называется дефектом массы. ДЕФЕКТ МАССЫ (от лат. defectus - недостаток, изъян) - разность между массой связанной системы взаимодействующих тел (частиц) и суммой их масс в свободном состоянии. Д. м. определяется энергией связи системы По дефекту массы с помощью формулы Эйнштейна E = mc2 можно определить энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра Eсв: Eсв = Δ Mc2 = (Zmp + Nmn – Mя)c2. Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ -квантов Потенциал ионизации атома - минимальная разность потенциалов U, к-рую должен пройти электрон в ускоряющем электрическом поле, чтобы приобрести кинетическую энергию, достаточную для ионизации атома. Потенциал ионизации U тесно связан с энергией ионизации соотношением: E=Ue, г де е-элементарный электрический заряд. Энергия ионизации атома является внутренним свойством частицы и не зависит от способа ионизации, тогда как потенциал ионизации, можно сказать, - характеристика исторически первого метода ионизации. 87 )Радиоактивное излучение. Типы ядерных распадов. Закон радиоактивного распада. Его характеристики. В настоящее время под радиоактивностью понимают способность некоторых атом­ных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность подразделяется на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций). Принципиального различия между этими двумя типами радиоактив­ности нет, так как законы радиоактивного превращения в обоих случаях одинаковы. Радиоактивное излучение бывает трех типов:  -,  - и  -излучение.

Альфа - распад

Альфа-частицы испускаются только тяжелыми ядрами, т.е. содержащими большое число протонов и нейтронов. Прочность тяжелых ядер мала. Для того, чтобы покинуть ядро, нуклон должен преодолеть ядерные силы, а для этого он должен обладать достаточной энергией.
При объединении двух протонов и двух нейтронов в альфа-частицу ядерные силы в подобном сочетании (между нуклонами частицы) являются наиболее крепкими, а связи с другими нуклонами слабее, поэтому альфа-частица способна " выйти" из ядра. Вылетевшая альфа-частица уносит положительный заряд в 2 единицы и массу в 4 единицы.
В результате альфа-распада радиоактивный элемент превращается в другой элемент, порядковый номер которого на 2 единицы, а массовое число на 4 единицы, меньше.

То ядро, которое распадается, называют материнским, а образовавшееся дочерним.
Дочернее ядро оказывается обычно тоже радиоактивным и через некоторое время распадается.
Процесс радиоактивного распада происходит до тех пор, пока не появится стабильное ядро, чаще всего ядро свинца или висмута.

Бета-распад

Явление бета-распада состоит в том, что ядра некоторых элементов самопроизвольно испускают электроны и элементарную частицу очень малой массы - антинейтрино.
Так как электронов в ядрах нет, то появление бета-лучей из ядра атома можно объяснить способностью нейтронов ядра распадаться на протон, электрон и антинейтрино. Появившийся протон переходит во вновь образующееся ядро. Электрон, вылетающий из ядра, и является частицей бета-излучения.
Такой процесс распада нейтронов характерен для ядер с большим количеством нейтронов.



В результате бета-распада образуется новое ядро с таким же массовым числом, но с большим на единицу зарядом.

Гамма - распад - не существует

В процессе радиоактивного излучения ядра атомов могут испускать гамма-кванты. Испускание гамма-квантов не сопровождается распадом ядра атома.

Гамма излучение зачастую сопровождает явления альфа- или бета-распада.
При альфа- и бета-распаде новое возникшее ядро первоначально находится в возбужденном состоянии и, когда оно переходит в нормальное состояние, то испускает гамма-кванты (в оптическом или рентгеновском диапазоне волн).

Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце

Существует несколько формулировок закона, например, в виде дифференциального уравнения:

которое означает, что число распадов − dN, произошедшее за короткий интервал времени dt, пропорционально числу атомов N в образце.

88 )Ядерные и термоядерные реакции. Законы сохранения

⇐ Предыдущая123456

Поделиться: