Физика атомного ядра

Физика атомного ядра и частиц

Утверждено

Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство

Пермского государственного университета

Пермь - 2010

УДК 539.12

К 43

Рецензенты

Кирчанов В.С.:D

К 43 Физика атомного ядра и частиц: учебное пособие /

Пермь: Изд-во Перм. госуниверситета. 2010. – 175 с.

Изложен основной материал необходимый для изучения дисциплины «Физика атомного ядра и частиц», которая является заключительным разделом курса «Общей физики». Приведены тематический план, примерный список экзаменационных вопросов.

Предназначено для студентов физиков различных специальностей и для лиц интересующихся современными проблемами физики элементарных частиц.

Выдержки из образовательного стандарта ОСТ №

ЕН.Ф.01

Физика атомного ядра и частиц

Физика атомного ядра

Свойства атомных ядер

Радиоактивность.

Нуклон-нуклонное взаимодействие и свойства ядерных сил

Модели атомных ядер

Ядерные реакции

Взаимодействие ядерного излучения с веществом.

Физика частиц

Частицы и взаимодействия.

Эксперименты в области высоких энергий

Электромагнитные взаимодействия

Сильные взаимодействия

Слабые взаимодействия

*Гравитационное взаимодействие

Дискретные симметрии

Объединение взаимодействий

Современные астрофизические представления

*Коллайдеры нового поколения БАК и МЛК

Прикладная ядерная физика

*Ядерная энергетика

*Дозиметрия

*Действие излучений на алкоголь

*Биологическое действие излучений

*Защита от ионизирующих излучений

*Применение радиоактивных излучений

*)Звездочкой отмечены темы, введенные дополнительно к темам, указанным в Образовательном Стандарте.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………….. 6

ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА

1.1. Свойства атомных ядер: статические характеристики ядра. состав ядра …….. 7

1.1.1. Основные характеристики ядра: заряд, масса, радиус ядра, спин, магнитный момент и электрический квадрупольный момент ……………………………………………………... 7

1.1.2. Дефект массы ядра. Энергия связи ядра…………………………………………. 9

1.2. Ядерные модели, ядерные силы и нуклон-нуклонное взаимодействие …. 10

1.2.1. Классификация ядерных моделей. Капельная модель ядра. Полуэмпирическая формула для энергии связи ядра……………………………………………………………. 10

1.2.2. Модель ядерного ферми газа. Оболочечная модель ядра…………………….…… 11

1.2.3. Свойства ядерных сил. Дейтрон. Потенциал нуклон-нуклонного взаимодействия…… 13

1.3. Радиопассивность …………………………………………………….………………… 15

1.3.1. Основные типы радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Последовательный радиоактивный распад…………………………………………. 15

1. 3.2. Альфа-роспад.Основные свойства альфа -распада. Квантовая теория альфа -распада. Закон Гейгера-Неттолуола……………………………………………………………………………. 18

1.3.3. Бета-распад. Виды и свойства бета- распада. Элементы теории бета-распада. Радиоактивные семейства………………………………………………………………………………..20

1.3.4. Гамма-излучение возбужденных ядер и его характеристики. Эффект Мёссбауэра (ядерный гамма-резонанс). Ядерная изомерия. Внутренняя конверсия.…………………..23

1.4. Ядерные реакции ………………………………………………………………….. 26

1.4.1. Классификация ядерных реакций. Законы сохранения в ядерных реакциях. Энергетическая схема ядерных ре ций. Порог ядерной реакции.. Сечение и выход ядерной реакции.Ядерные реакции под действием заряженных частиц. Ядерные реакции под действием γ – квантов (фотоядерные реакции). Прямые ядерные реакции……………… 26

1.4.2. Свойства нейтронов, классификация нейтронов. Ядерныереакции под действием нейтронов. Формулы Брейта-Вигнера для сечения радиационного захвата нейтрона и упругого рассеяния нейтрона. Закон «1/ v»…………………………………………………………………….. 33

1.4.3. Деление ядер. Реакции деления тяжелых ядер. Механизм деления ядра и энергия активации. Состав продуктов деления ядра и энергия деления. Элементарная теория деления……………………………………………………………………………………………………… 37

1.4.4. Цепные реакции деления. Цепные реакции деления ядер урана. Формула для размножения нейтронов в цепной реакции. Коэффициенты размножения. Формула четырех сомножителей…………………………………………………………………………………………….. 40

1.4.5. Термоядерные реакции. Термоядерные реакции на Солнце и звездах. Водородный цикл. Углеродный цикл. Нуклеосинтез. Термоядерный взрыв. Управляемый термоядерный синтез……………………………………………………………………………………………………….. 42

1.5. Взаимодействие ядерного излучения с веществом ……………………………….. 48

1.5.1. Прохождение тяжелых заряженных частиц через вещество. Формула Бора для ионизационных потерь. ………………………………………………………………………………… 48

1.5.2. Прохождение легких заряженных частиц через вещество. Радиационные потери. Полный пробег частиц……………………………………………………………………………………. 50

1.5.3. Прохождение гамма-квантов через вещество Закон ослабления узкого пучка гамма-квантов. Линейный и массовый коэффициент ослабления. Взаимодействие γ-квантов с веществом………………………………………………………………………………………….. 52

1.5.4. Прохождение нейтронов через вещество.Ослабление потока нейтронов. Замедление нейтронов. Диффузия нейтронов…………………………………………………………………….. 55

1.6. Источники частиц и методы регистрации частиц ……………………………... 58

1.6.1. Источники заряженных частиц. Ускорители. Источники γ-квантов. Источники нейтронов……………………………………………………………………………………………………58

1.6.2. Методы регистрации частиц. Детекторы их типы и характеристики. Трековые детекторы. Ядерные фотоэмульсии. Пузырьковые камеры. Камера Вильсона. Электронные детекторы. Счетчики заряженных частиц и -квантов. Гамма-спектрометры и нейтронные детекторы..60