- Ядерная физика
-
Я́дерная фи́зика — раздел физики, изучающий структуру и свойства атомных ядер, а также их столкновения (ядерные реакции).
Содержание
Задачи, возникающие в ядерной физике, — это типичный пример задач нескольких тел. Ядра состоят из нуклонов (протонов и нейтронов), и в типичных ядрах содержатся десятки и сотни нуклонов. Это число слишком велико для точно решаемых задач, но всё же слишком мало́ для того, чтобы можно было пользоваться методами статистической физики. Это и привело к большому разнообразию различных моделей атомных ядер.
Общие сведения
Число протонов в ядре (зарядовое число, также порядковый номер элемента) принято обозначать через Z, число нейтронов — через N. Их сумма A = Z + N называется массовым числом ядра. Атомы с одинаковым Z (т. е. атомы одного и того же элемента), но различными N называются изотопами, с одинаковыми A, но различными Z — изобарами, с одинаковыми N, но различными Z — изотонами.
Основное отличие между протоном и нейтроном состоит в том, что протон — заряженная частица, заряд которой e = 4,803·10−10 ед. СГСЭ = 1,602·10−19 Кл. Это элементарный заряд, по модулю равный заряду электрона. Нейтрон же, как показывает уже его название, электрически нейтрален. Спины протона и нейтрона одинаковы и равны спину электрона, т. е. 1/2 (в единицах
, постоянной Планка). Массы протона и нейтрона почти равны: 1836,15 и 1838,68 масс электрона соответственно.Протон и нейтрон не являются фундаментальными частицами. Они состоят из двух типов кварков — d-кварка с зарядом —1/3 и u-кварка с зарядом +2/3 от элементарного заряда е. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка (суммарный заряд +1), а нейтрон из одного u-кварка и двух d-кварков (суммарный заряд — 0). Свободный нейтрон — частица нестабильная. Он распадается через 885 секунд после своего возникновения на протон, электрон и антинейтрино (см. Бета-распад нейтрона). В ядре нейтрон находится в глубокой потенциальной яме, поэтому его распад может быть запрещён законами сохранения.
Ядерная физика имеет принципиальное значение для многих разделов астрофизики (первичный нуклеосинтез, термоядерные реакции в звёздах как во время жизни на главной последовательности, так и при сходе с неё), и, очевидно, для ядерной и, в перспективе, термоядерной энергетики.
История
Первое явление из области ядерной физики было открыто в 1896 г. Анри Беккерелем. Это естественная радиоактивность солей урана, проявляющаяся в самопроизвольном испускании невидимых лучей, способных вызывать ионизацию воздуха и почернение фотоэмульсий. Через два года Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли радиоактивность тория и выделили из солей урана полоний и радий, радиоактивность которых оказалась в миллионы раз сильнее радиоактивности урана и тория.
Детальное экспериментальное изучение радиоактивных излучений было произведено Резерфордом. Он показал, что радиоактивные излучения состоят из трех типов лучей, названных, соответственно, α-, β- и γ-лучами. Бета-лучи состоят из отрицательно заряженных электронов, альфа-лучи — из положительно заряженных частиц (альфа-частиц, которые, как выяснилось несколько позднее, являются ядрами гелия-4), гамма-лучи аналогичны лучам Рентгена (не имеют заряда), только значительно более жесткие.
Ядерная природа радиоактивности была понята Резерфордом после того, как в 1911 г. он предложил ядерную модель атома и установил, что радиоактивные излучения возникают в результате процессов, происходящих внутри атомного ядра.
Долгое время предполагалось, что ядро состоит из протонов и электронов. Однако такая модель находилась в противоречии с экспериментальными фактами, относящимися к спинам и магнитным моментам ядер. В 1932 г. после открытия Чедвиком нейтрона было установлено (Иваненко и Гейзенберг), что ядро состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы получили общее наименование нуклонов.
В последние годы вырисовывается шанс описать свойства по крайней мере лёгких ядер в строгой картине киральной квантовой теории поля.
Ссылки
Основные разделы Классическая механика • Специальная теория относительности • Теоретическая механика • Общая теория относительности • Релятивистская механика • Квантовая механика Механика сплошных сред Газодинамика • Гидродинамика • Гидростатика Прикладная механика Сопротивление материалов • Строительная механика • Небесная механика Разделы термодинамики Начала термодинамики • Уравнение состояния • Термодинамические величины • Термодинамические потенциалы • Термодинамические циклы • Фазовые переходы Начала термодинамики Общее начало термодинамики • Первое начало термодинамики • Второе начало термодинамики • Третье начало термодинамики Геометрическая оптика • Физическая оптика • Волновая оптика • Квантовая оптика • Нелинейная оптика • Теория испускания света • Теория взаимодействия света с веществом • Спектроскопия • Лазерная оптика • Фотометрия • Физиологическая оптика • Оптоэлектроника • Оптические приборы Смежные направления Акустооптика • Кристаллооптика Общая (физическая) акустика • Геометрическая акустика • Психоакустика • Биоакустика • Электроакустика • Гидроакустика • Ультразвуковая акустика • Квантовая акустика (акустоэлектроника) • Акустическая фонетика (Акустика речи) Прикладная акустика Архитектурная акустика (Строительная акустика) • Аэроакустика • Музыкальная акустика • Акустика транспорта • Медицинская акустика • Цифровая акустика Смежные направления Акустооптика Классическая радиофизика • Квантовая радиофизика • Статистическая радиофизика Теория атома • Атомная спектроскопия • Рентгеноспектральный анализ • Радиоспектроскопия • Физика атомных столкновений Ядерная физикаПрикладная физика Физика плазмы • Физика атмосферы • Лазерная физика • Физика ускорителейТермодинамика газов • Термодинамика растворов Связанные науки Агрофизика • Физическая химия • Математическая физика • Космология • Астрофизика • Геофизика • Биофизика • Метрология • Материаловедение См. также Кибернетика • Синергетика • Нелинейная динамика Портал «Физика» Ядерные технологии Инженерия Ядерная физика · Деление ядра · Термоядерная реакция · Излучение · Ионизирующее излучение · Атомное ядро · Ядерная безопасность · Ядерная химияМатериалы Ядерное топливо · Отработанное ядерное топливо · Ядерное топливное сырье · Торий · Уран (Обогащение урана • Обеднённый уран) · Плутоний · Дейтерий · ТритийЯдерная энергия Главные темы Типы реакторов Инерциальный синтез · Корпусной ядерный реактор · Кипящий водо-водяной реактор · 4-го поколения · Реактор на быстрых нейтронах · Магноксовый · Водо-водяной ядерный реактор · Графито-газовый ядерный реактор · Газоохлаждаемый быстрый · Реактор с жидкометаллическим теплоносителем · На бегущей волне · Со свинцовым теплоносителем · Реактор на расплавах солей · Тяжеловодный ядерный реактор · Сверхкритический водоохлаждаемый · Сверхвысокотемпературный · С гранулированным топливом · Интегральный быстрый реактор · SSTARЯдерная медицина Медицинская визуализация Терапия Радиобиология опухолей · Томотерапия · Протонная терапия · Брахитерапия · Нейтрон-захватная терапия
Ядерное оружие История · Разработка · Ядерная война · Ядерная гонка · Ядерный взрыв (Поражающие факторы ядерного взрыва) · Ядерное испытание · Перевозка · распространение
Ядерный клуб · Список ядерных испытанийКатегория:- Ядерная физика
Wikimedia Foundation. 2010.
