А) Определения

Атомная и ядерная физика

1. Строение атома по Томсону. Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Была окончательно опровергнута Резерфордом после проведённого им знаменитого опыта по рассеиванию альфа-частиц.

2. Строение атома по Бору. Бор в 1913 году предложил модель атома, в которой электроны-частицы вращаются вокруг ядра атома примерно так же, как планеты обращаются вокруг Солнца. Бор предположил, что электроны в атоме могут устойчиво существовать только на орбитах, удаленных от ядра на строго определенные расстояния. Эти орбиты он назвал стационарными. Вне стационарных орбит электрон существовать не может. Почему это так, Бор в то время объяснить не мог.

3. Опыт Резерфорда. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения α-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома.

4. Энергетические уровни - собственные значения энергии квантовых систем, то есть систем, состоящих из микрочастиц (электронов, протонов и других элементарных частиц) и подчиняющихся законам квантовой механики.

5. Трудности теории Бора. Теория Бора позволяла найти количественные соотношения только для атома водорода, для более сложных атомов она давала лишь качественное представление. Дело в том, что теория Бора является несколько половинчатой - с одной стороны используются классические законы механики и закон Кулона, а с другой стороны вводятся квантовые постулаты, которые никак не вяжутся с классическими законами. Введение в физику квантовых постулатов требовало радикального пересмотра механики и электродинамики.

6. Лазер - источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии.

7. Строение атома по Резерфорду. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, 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, вращаются под действием кулоновских сил со стороны ядра электроны. Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

8. Индуцированное излучение - генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона.

9. Свойства лазерного излучения. 1) Когерентность – все волны лазерного пучка имеют одинаковую фазу. 2) Коллимированность (направленность) – очень малым расхождением лучей лазерного пучка даже на больших дистанциях, т.е. почти параллельные лучи. 3) Монохроматичность – все волны имеют одинаковую длину и частоту (экстремально узкая спектральная полоса излучения). В медицинских системах и в большинстве клинических методах спектральная ширина полосы выходного пучка столь мала, что ею можно пренебречь, в связи с чем такие лазеры можно считать работающими на одной единственной длине волны.

10. Принцип действия лазера. Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения. Суть явления состоит в том, что возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если энергия последнего равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый фотон когерентен фотону, вызвавшему излучение (является его «точной копией»). Таким образом происходит усиление света. Этим явление отличается от спонтанного излучения, в котором излучаемые фотоны имеют случайные направления распространения, поляризацию и фазу.

11. Устройство рубинного лазера.

1. Корпус.

2. Рубиновый стержень.

3. Ксеноновая лампа накачки.

4. Излучение

5. Конденсатор

6. Ключ

7. Источник постоянного напряжения

12. Практически все методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц основаны на… их способности производить ионизацию и возбуждение атомов среды.

13. Радиоактивность - самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно — изотоп другого элемента).

14. Закон радиоактивного распада - физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Открыт Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом. Сформулирован следующим образом: «Во всех случаях, когда отделяли один из радиоактивных продуктов и исследовали его активность независимо от радиоактивности вещества, из которого он образовался, было обнаружено, что активность при всех исследованиях уменьшается со временем по закону геометрической прогрессии».

15. Период полураспада - время T½, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2.

16. Изотопы - разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре.

17. Ядерные силы -силы, удерживающие нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре.

18. Массовое число -суммарное количество протонов и нейтронов (называемых общим термином «нуклоны») в ядре. Обычно обозначается буквой A.

19. Энергия связи - разность между полной энергией связанного состояния системы тел или частиц и энергией состояния, в котором эти тела или частицы бесконечно удалены друг от друга и находятся в состоянии покоя.

22. Удельная энергия связи - энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон.

23. Ядерные реакции (примеры, особенности, энергетический выход). По механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида:

А) реакции с образованием составного ядра, это двухстадийный процесс, протекающий при не очень большой кинетической энергии сталкивающихся частиц (примерно до 10 МэВ).

Б) прямые ядерные реакции, проходящие за ядерное время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро. Главным образом такой механизм проявляется при очень больших энергиях бомбардирующих частиц.

Число случаев реакции, отнесённое к числу бомбардировавших мишень частиц называется выходом ядерной реакции. Эта величина определяется на опыте при количественных измерениях.

Ядерные взаимодействия с частицами носят весьма разнообразный характер, их виды и вероятности той или иной реакции зависят от вида бомбардирующих частиц, ядер-мишеней, энергий взаимодействующих частиц и ядер и многих других факторов. Основные виды это деление ядра, термоядерный синтез, фотоядерная реакция и другие.

Примеры ядерных реакций:

24. Биологическое действие радиации - изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структуре живых организмов при воздействии коротковолновых электромагнитных волн (рентгеновского излучения и гамма-излучения) или потоков заряженных частиц (альфа-частиц, бета-излучения, протонов) и нейтронов. Первичное действие радиации любого вида на любой биологический объект начинается с поглощения энергии излучения, что сопровождается возбуждением молекул и их ионизацией. При ионизации молекул воды (косвенное действие излучения) в присутствии кислорода возникают активные радикалы (ОН- и др.), гидратированные электроны, а также молекулы перекиси водорода, включающиеся затем в цепь химических реакций в клетке. При ионизации органических молекул (прямое действие излучения) возникают свободные радикалы (см. Радикалы свободные), которые, включаясь в протекающие в организме химические реакции, нарушают течение обмена веществ и, вызывая появление несвойственных организму соединений, нарушают процессы жизнедеятельности.

25. Элементарные частицы -собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части.