Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция · Термоядерная реакция
Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Капельная модель ядра · Период полураспада · Массовое число · Составное ядро · Цепная ядерная реакция · Ядерное эффективное сечение
Распад ядер Закон радиоактивного распада · Альфа-распад · Бета-распад · Кластерный распад
Сложный распад Электронный захват · Двойной бета-распад · Двойной электронный захват · Внутренняя конверсия · Изомерный переход
Излучения Ионизирующее излучение · Нейтронный распад · Позитронный распад · Протонный распад · Гамма излучение · Фоторасщепление
Захваты Электронный захват · Нейтронный захват ( r-процесс · s-процесс ) · Протонный захват ( p-процесс · rp-процесс ) · Нейтронизация
Деление ядра Спонтанное деление
Нуклеосинтез Первичный нуклеосинтез · Протон-протонный цикл · CNO-цикл · Тройная гелиевая реакция · Гелиевая вспышка · Ядерное горение углерода · Углеродная детонация · Ядерное горение кислорода · Ядерное горение неона · Ядерное горение кремния · Реакции скалывания
См. также: Портал:Физика

Я́дерная фи́зика — раздел физики, изучающий структуру и свойства атомных ядер , а также их столкновения ( ядерные реакции ).

Задачи

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 (то есть 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 = 4,801⋅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, то есть 1/2 (в единицах ${\displaystyle \hbar }$ , 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. Через 885 секунд после своего возникновения он распадается 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

В 1896 году французский химик Антуан Анри Беккерель случайно открыл радиоактивность солей урана , проявляющуюся 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 образованы, 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 ^{[ значимость факта? ]} .

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 есть шанс ^{[ что? ]} описать свойства по крайней мере лёгких ядер.

Примечания

Литература

• Маляров В. В. Основы теории атомного ядра. — М. : Физматлит, 1959. — 471 с. — 18 000 экз.
• ред. Арцимович Л. А. Справочник по ядерной физике. — М. : Физматлит, 1963. — 632 с. — 20 000 экз.
• Широков Ю. М. , Юдин Н. П. Ядерная физика. — М. : Наука, 1980. — 727 с. — 24 500 экз.
• Абрамов, А. И. История ядерной физики. — 2-е. — М. : КомКнига, 2006. — 232 с. — ISBN 5-484-00270-2 .

Ссылки