Ядерные реакции Лекция 13 весна 2012 г.

Стабильные ядра и отнощение количества нейтронов к количеству протонов (N/Z)

Масса и энергия связи ядра Масса и энергия покоя частицы связаны соотношением Эйнштейна Масса ядра всегда меньше суммы масс входящих в него частиц. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов друг с другом:

Образование ядра (E –энергия связи)

Более удобная запись имеет вид: m H – масса атома водорода, m a – масса атома. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, E св /А, называется удельной энергией связи нуклонов в ядре.

Дефект массы Дефект массы связан с энергией связи соотношением

Термоядерный синтез Из-за отталкивания одноименно заряженных частиц термоядерный синтез протекает с достаточной скоростью лишь при температуре порядка 10 7 К и выше. радиус действия ядерных сил

Ядерные реакции, протекающие при термоядерном синтезе Протонно-протонный цикл:

Макет водородной бомбы на 50 Мт тротиллового эквивалента

Солнце

Fat Man

Плутониевая бомба

нейтронный инициатор (НИ, «ёжик», «урчин» (англ. urchin)) шар диаметром порядка 2 см из бериллия, покрытый тонким слоем сплава иттрий-полоний или металлического полония-210 первичный источник нейтронов для резкого снижения критической массы и ускорения начала реакции. Плутоний. Желателен максимально чистый изотоп плутоний-239, хотя для увеличения стабильности физических свойств (плотности) и улучшения сжимаемости заряда плутоний легируется небольшим количеством галлия.

Оболочка (англ. tamper), служащая отражателем нейтронов (из урана). Обжимающая оболочка (англ. pusher) из алюминия. Взрывчатое вещество со сложной системой подрыва Корпус, изготовленный из дюралевых штампованных элементов две сферических крышки и пояс, соединяемых болтами.

Взрыв атомной бомбы в Нагасаки (1945)

Схема атомной электростанции

Атомная электростанция в Сиво во Вьенне (департамент Франции). На фотографии хорошо видны градирня и здания двух энергоблоков.

Ядерные силы Виртуальные частицы ΔE=ε=ħω – энергия виртуального фотона. Расстояние l, на которое виртуальный фотон может передать взаимодействие между частицами, определяется соотношением

Переносчик ядерного взаимодействия – π-мезон. Время жизни π-мезона: Расстояние, на которое передается взаимодействие: Здесь m – масса π-мезона.

Масса МэВ

Радиоактивность Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц Радиоактивность, наблюдающаяся у природных ядер, называется естественной Радиоактивность ядер, полученных путем проведения ядерных реакций, называется искусственной

Активность радиоактивного вещества Активность радиоактивного препарата определяется количеством распадов ядер в единицу времени. В системе СИ единицей активности является беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду. Внесистемная единица – кюри (Ки). Активность в 1 Ки имеет препарат, в котором происходит 3.700×!0 10 распадов в секунду.

Закон радиоактивного превращения Отдельные радиоактивные ядра пртерпевают превращения независимо друг от друга: dN – количество ядер, которое распадается за время dt; λ – постоянная распада. Зависит от вида радиоактивных ядер.

Интегрируя уравнение (1), получим N 0 – количество ядер в начальный момент Время, за которое распадается половина первоначальных ядер, называется периодом полураспада Т. Его можно найти, решая уравнение

Решение уравнения (3) дает Теперь закон радиоактивного распада можно представить в виде

Альфа-распад

Альфа – лучи представляют собой поток ядер гелия

Полная энергия α-частицы ~6 МэВ

Распад иридия

Бета-распад Существуют три разновидности бета-распада: 1.Ядро, претерпевающее превращение, испускает электрон. (β - распад) 2.Ядро, претерпевающее превращение, испускает позитрон. (β + - распад) 3.Ядро поглощает один из электронов К-оболочки. (К – захват)

β - распад

Pa – протактиний, Th - торий

Диаграмма Фейнмана для бета-распада нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино при участии тяжёлого W бозона

β + - распад (позитронный распад)

К - захват

Ядро переходит в состояние с меньшей энергией, излучая γ – квант.