Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 7 Физика: оптика; квантовая физика; физика атомного ядра (шифр дисциплины и ее название в строгомсоответствии с государственным образовательнымстандартом и учебным планом)

Скачать 1.6 Mb.

Название	Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 7 Физика: оптика; квантовая физика; физика атомного ядра (шифр дисциплины и ее название в строгомсоответствии с государственным образовательнымстандартом и учебным планом)
страница	11/12
Дата публикации	05.07.2015
Размер	1.6 Mb.
Тип	Учебно-методический комплекс

100-bal.ru > Физика > Учебно-методический комплекс

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Атомное ядро – центральная массивная часть атома, состоящая из нуклонов (протон + нейтрон).

Масса ядра атома примерно в 4*10³ больше массы всех входящих в состав атома электронов.

Электрический заряд положителен и по абсолютной величине равен сумме зарядов электронов нейтрального атома.

Размеры ядра атома составляют  10^-14  10^-15.

Плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер (примерно 10¹⁷ кг/м³).

Ко времени открытия атомного ядра были известны только две элементарные частицы – протон и электрон. В соответствии с этим считалось вероятным, что ядро атома состоит из них. Однако в конце 20-х гг. протонно-электронная гипотеза столкнулась с серьезной трудностью. Состав ядра был выяснен после открытия английским физиком Дж. Чедвиком (1932) нейтрона. Идея о том, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов, была впервые высказана Д. Д. Иваненко (1932) и развита В. Гейзенбергом. Предположение о протонно-нейтронном составе ядра получило в дальнейшем полное экспериментальное подтверждение.

Периодически на короткое время (  10^-23  10^-24с.) в ядрах появляются мезоны, в т.ч. пи-мезоны. Взаимодействие нуклонов сводится к многократным актам испускания -мезонов одним из нуклонов и поглощения его другим.
В ядерной физике принято выражать массы в единицах энергии, умножая их для этой цели на с². Принимается также атомная единица массы: 1 а.е.м.  1,66 * 10^-27 кг = 931,44 МэВ.
5.6. Нуклоны (протоны и нейтроны).

Нуклоны (р)– от греческого – первый – стабильная элементарная частица, ядро атома водорода.

Термин введен Резерфордом.

Масса: m_р = 1,673 * 10^-27 кг = 938,3 МэВ = 1,836 * m_е.

Электрический заряд: е = 1,6 * 10^-19 Кл.

Спин протона: S = ½ , т.е. фермион.

Собственный магнитный момент: _р = 2,79 * _я, где _я = е * ħ / 2*m_р*с = 5,05 * 10^-27 Дж/Тл.

По экспериментальным данным среднее время жизни протона: _р > 10³⁰ лет.

Вместе с нейтронами протоны образуют атомные ядра всех химических элементов, при этом число протонов в ядре равно атомному номеру элемента и, следовательно, определяет место элемента в периодической системе элементов Менделеева.

Существует античастица по отношению к протону – антипротон.

нейтрон - от латинского ни тот, ни другой – электрически нейтральная элементарная частица. Открыта английским физиком Дж. Чедвиком (1932).

Масса: m_n = 1,675 * 10^-27 кг = 939,6 МэВ.

Разность масс: m_n – m_р= 2,5 m_е.

Электрический заряд: е = 0.

Спин нейтрона: S = ½ , т.е. энтофермион.

Собственный магнитный момент: _n = -1,91 * _я (знак минус указывает на то, что направления собственных механических и магнитных моментов противоположны).

В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен) – он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (е^-) и антинейтрино (ύ). Период полураспада, т.е. время, за которое распадается половина первоначального количества нейтронов, равен  = 15,3 минуты. Схему распада можно написать следующим образом:

n  p + e^- +ύ.

Масса нейтрино равна нулю.
5.7. Заряд и массовое число ядра.

Зарядом ядра является величина Zе, где е – заряд протона, Z – порядковый номер химического элемента в периодической системе Менделеева, равный числу протонов в ядре.

В настоящее время известны ядра с Z от Z = 1 до Z = 107. Для всех ядер, кроме ₁¹Н; ₂³Н и некоторых других нейтронно-дефицитных ядер N  Z, где N – число нейтронов в ядре. Для мелких ядер N/Z  1; для ядер химических элементов, расположенных в конце периодической системы, N/Z  1,6.

Число нуклонов в ядре А = N + Z называется массовым числом. Нуклонам (протону и нейтрону) приписывают массовое число, равное единице, электрону – нулевое значение А.

Ядро химического элемента Х обозначается _Z^AX, где Х – символ химического элемента, Z – атомный номер (число протонов в ядре), А – массовое число (число нуклонов в ядре).
5.8. Изотопы и изобары.

Атомные ядра с одинаковым числом нуклонов, т.е. массовым числом А и разными числами протонов Z и нейтронов N называются изобарами.

Пример: ₁₈⁴⁰Ar, ₂₀⁴⁰Ca.

Изотопы – разновидности данного химического элемента, различаются по массе ядра, т.е. ядра с одинаковыми Z, но различными А.

Обладая одинаковыми зарядами ядер Z, но различаясь число нейтронов, изотопы имеют одинаковое строение электронных оболочек, т.е. очень близкие химические свойства, и занимают одно и то же место в периодической системе.

Примеры: водород имеет три изотопа: ₁¹Н – протий, ₁²Н – дейтерий, ₁³Н – тритий. Протий и дейтерий стабильны, тритий – радиоактивен; Кислород имеет три стабильных изотопа: ₈¹⁶О, ₈¹²О, ₈¹⁸О; у олова 10 и т.д.

В природе встречаются элементы с атомным номеров Z от 1 до 92, исключая технеций (Tc, Z=43) и прометий (Pm, Z = 64). Остальные трансурановые (т.е. зауриновые) элементы (93-107) были получены искусственным путем.

Стабильные изотопы встречаются только у элементов с Z  83.

Всего известно около 300 устойчивых изотопов химических элементов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов.

Первые экспериментальные данные о существовании изотопов были получены в 1906 – 10 гг. при изучении свойств радиоактивных элементов. Термин "изотоп" предложен английским ученым Ф. Содди в 1910 г.

Ядра с одинаковым числом нейтронов N называются изотопами (₆¹³С, ₇¹⁴N).

Изомерами называются радиоактивные ядра с одинаковыми Z и А, отличающиеся периодом полураспада,.

В настоящее время известно приблизительно 1500 ядер, отличающихся либо Z, либо А, либо тем и другим.

5.9. Ядерные силы.

Ядерные силы – силы, связывающие нуклоны в ядре. Ядерные силы оно из проявлений сильных взаимодействий. Это взаимодействие можно описать с помощью поля ядерных сил.

Особенности ядерных сил:

ядерные силы являются короткодействующими. Их радиус действия имеет порядок 10^-15 м. На расстояниях существенно меньших 10^-15, притяжение нуклонов сменяется отталкиванием;
сильное взаимодействие не зависит от заряда нуклонов. Ядерные силы, действующие между двумя протонами, протоном и нейтроном и двумя нейтронами, имеют одинаковую величину, это свойство называется зарядовой независимостью ядерных сил;
ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов. Так, например, нейтрон и протон удерживаются вместе, образуя ядро дейтрона только в том случае, если их спины параллельны друг другу;
ядерные силы не являются центральными. Их нельзя представлять направленными вдоль прямой, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов. Нецентральность ядерных сил вытекает, в частности, из того факта, что они зависят от ориентации спинов нуклонов;
ядерные силы обладают свойством насыщения (это означает, что каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным числом нуклонов). Насыщение проявляется в том. Что удельная энергия связи нуклонов в ядре при увеличении числа нуклонов не растет. А остается примерно постоянной.

5.10. Энергия связи ядра.

Энергия связи ядра (Есв) – это энергия, которую необходимо затрать, чтобы расцепить ядро на отдельные нуклоны.

Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделиться такая же энергия, какую нужно затрать при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех свободных нуклонов, составляющих ядро, и их энергия в ядре.

При образовании ядра происходит уменьшение его массы: масса ядра меньше. Чем сумма масс составляющих его нуклонов. Уменьшение массы ядра при его образовании объясняется выделением энергии связи. Если Есв – энергия, выделившаяся при образовании ядра, то соответствующая ей масса: m = Есв / с² – называется дефектом массы и характеризует уменьшение суммарной массы при образовании ядра из составляющих его нуклонов. Если ядра с массой Мя образовано из Z протонов с массой m_р и из (А – Z) нейтронов с массой m_n_, то

 m = Zm_p + (A – Z) * m_n – Мя.

Вместо массы Мя ядра величину  m можно выразить через атомную массу Ма:

 m = Zm_H + (A – Z) – Ма, где m_H – масса атома водорода.

При практическом вычислении  m массы всех частиц и атомов выражаются в а.е.м..

Дефект массы служит мерой энергии связи ядра: Есв =  m * с² = [ Zm_p + (A – Z)m_n – Мя] * с².

Одной атомной единице массы соответствует атомная единица энергии (а.е.э.).

Удельной энергией связи ядра (_св) называется энергия связи, приходящаяся на один нуклон: _св = Есв / А.

Величина _св составляет в среднем 8 МэВ/нуклон.

На рисунке приведена кривая зависимости удельной энергии связи от массового числа А, характеризующая различную прочность связей нуклонов в ядрах разных химических элементов. Ядра химических элементов в средней части периодической системы 28 < А < 138, т.е. от ₁₄²⁸ Si до ₅₀¹³⁸Ba, наиболее прочны. В этих ядрах _св близка к 8,7 МэВ/нуклон. Тяжелые и легкие ядра менее устойчивы. Это значит, что энергетически выгодны следующие процессы: деление тяжелых ядер на более легкие; слияние легких ядер друг с другом в более тяжелые. При обоих процессах выделяется огромное количество энергии.

5.12. Радиоактивность.

Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

Открытие радиоактивности датируется 1896г., когда французский физик А. Беккерель обнаружил испускание ураном неизвестного проникающего излучения, названного им радиоактивностью.

Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским; возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием -фотонов.

К числу радиоактивных процессов относят: -распад, -распад (в том числе электронный захват), -излучение ядер, протонная радиоактивность.

Радиоактивность, наблюдающаяся у ядер, существующих в природных условиях, называется естественной.

Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной.

Между искусственной и естественной радиоактивностью нет принципиального различия. Процесс радиоактивного превращения в обоих случаях подчиняется одинаковым законам.

Радиоактивное излучение имеет сложный состав. В магнитном поле узкий пучок радиоактивного излучения расщепляется на три компонента: -частицы. Отклоняются электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью (поглощается слоем алюминия толщиной 0,05 мм). Представляет собой поток ядер гелия; заряд q_ = -2, а масса совпадает с массой гелия ₂⁴Не; -частицы. Отклоняются электрическим и магнитным полями, их ионизирующая способность значительно меньше, а проникающая способность гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной 2 мм). Представляет собой поток быстрых электронов, испускаемых из ядра. Эти электроны образуются в результате взаимопревращений нуклонов в ядре; -излучения. Не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (проходит через слой свинца толщиной 5 мм). При прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию. Это коротковолновое электромагнитное излучение ( < 10^-10 м), обладает ярко выраженными корпускулярными свойствами (-кванты).

5.13. Закон радиоактивного распада.

Под радиоактивным распадом понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно.

Теория радиоактивного распада строиться на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся статистическим законам. Т.к. отдельные радиоактивные ядра претерпливают превращение независимо друг от друга, то можно считать, что количество ядер dN, распадающихся за малый промежуток времени dt, пропорционально как числу имеющихся ядер, так и промежутку времени dt: dN = - N * dt, где  - постоянная радиоактивного распада, постоянная для данного радиоактивного вещества величина. Знак синус указывает на то, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается.

Разделив переменные, и проинтегрировав их, получим:

dN/N = - *dt   dN/N = - dt  ln(N/N₀) = -  * t.

В результате получим закон радиоактивного распада:

N = N₀ * e^-^^*^t (1), где N₀ – начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t = 0), N – число нераспавшихся ядер в момент времени t.

Т.о. согласно закону радиоактивного распада число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада Т_1/2 – промежуток времени, за который в среднем число нераспавшихся ядер уменьшается вдвое; и среднее время жизни  радиоактивного ядра. Тогда: N/2 = N₀ * e^-^^T 

T_1/2= ln 2 /  = 0.693 / .

Период полураспада для известных в настоящее время радиоактивных ядер находится в пределах от 3*10^-7 с до 5*10¹⁵ лет.

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна: t * |dN| =  * N * t * dt.

Проинтегрировав это выражение по всем возможным t (т.е. от 0 до ) и разделив на начальное число ядер N₀, получим среднее время жизни  радиоактивного ядра:

= 1/N₀ *   * N * t * dt = 1/N₀ *   * N₀ * t * e^-^^t* dt =   t * e^-^^t * dt = надо перейти к переменной х = t и осуществить интегрирование по частям= 1/.

Т.о. среднее время жизни радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада .

Активность (А) нуклида (общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и нейтронов N в радиоактивном источнике) называется величина, равная отношению числа N распавшихся ядер ко времени t, за которое произошел распад: А = N / t (2).

В результате (1) и (2): А = -  * N. Единица активности в СИ – Беккерель: [A] = Бк.

Беккерель – активность нуклида, при которой за 1с происходит один акт распада.

Внесистемная единица активности нуклида – Кюрл [Кл]: 1 Кл = 3,7 * 10¹⁰ Бк.

Естественная радиоактивность наблюдается у ядер атомов химических элементов, расположенных за свинцом в периодической системе Менделеева. Естественная радиоактивность легких и средних ядер наблюдается лишь у ядер: ₉⁴⁰K, ₃₇⁸⁷Pb, ₄₉¹¹⁵Jn, ₅₇¹³⁸La, ₆₂¹⁴⁷Sm, ₇₁¹⁷⁵Lu, ₇₅¹⁸⁷Re.

5.20. Ядерные реакции.

Ядерные реакции – превращения атомных ядер при взаимодействии с частицами, в т.ч. с -квантами или друг с другом.

Для осуществления ядерных реакций необходимо сближение частиц (двух ядер, ядра и нуклона и т.д.) на расстояние 10^-15 м. Энергия налетающих положительных частиц должна быть порядка или больше высоты кулоновского потенциального барьера ядер (для однозарядовых частиц  10МэВ). В этом случае ядерные реакции, как правило, осуществляются бомбардировкой мишеней пучками ускоренных частиц. Для отрицательно заряженных и нейтральных частиц кулоновский барьер отсутствует, и ядерные реакции могут протекать при тепловых энергиях налетающих частиц.

В ядерной физике вероятность взаимодействия принято характеризовать с помощью эффективного сечения . Пусть поток частиц, например нейтронов, падает на мишень, настолько, тонкую, что ядра мишени не перекрывают друг друга (см.рисунок).

Если бы ядра были твердыми шариками с поперечным сечением , а падающие частицы – твердыми шариками с исчезающе малым сечением, то вероятность того, что падающая частица заденет одно из ядер мишени была бы равна: W = *n*, где n – концентрация ядер, т.е. их число в единице объема мишени,  - толщина мишени; (*n* определяет относительную долю площади мишени, перекрытую ядрами-шариками).

Эффективные сечения ядерных процессов принято выражать в единицах, получивших название барн: 1 барн = 10^-24 см².

Эффективное сечение рассеяния характеризует эффективность ядерной реакции.

Как правило, в ядерных реакциях участвуют два ядра и две частицы. Одна пара ядро-частица является исходной, другая – конечной.

Символическая запись ядерной реакции: х + а = у + b или Х(а,b)У, где Х и У – исходное и конечное ядра, а и b – исходная и конечная частицы в реакции.

Иногда ядерные реакции могут протекать в две стадии по схеме: х + а  с  у + b, где с – промежуточное ядро (комнаундядро).

Ядерные реакции подчиняются законам сохранения электрического заряда, энергии и импульса. Закон сохранения массового числа выполняется не во всех реакциях. Так, если кинетическая энергия вступающих в реакцию частиц достаточна для рождения нуклон – антинуклонной кары, то массовое число может изменяться.

Ядерные реакции характеризуются энергией ядерной реакции Q, равной разности энергий конечной и исходной пар в реакции. Если Q < 0, то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической, если Q > 0, то реакция идет с выделением энергии и называется экзотермической.

5.23. Деление ядер.

Реакция деления атомного ядра заключается в том, что тяжёлое ядро под действием нейтронов и других частиц делится на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе.

Для того чтобы ядро достигло формы, предшествующей его разрыву, необходима затрата определенной энергии для преодоления потенциального барьера называемого барьером деления (см.рисунок).

Эту энергию ядро может получить из вне, например при захвате нейтрона. В случае спонтанного деления ядер происходит туннельное просачивание через барьер.

Масса тяжелого ядра больше суммы масс образующихся осколков. Разница в массах соответствует энергии, выделяемой при делении. В самом деле, удельная энергия связи для ядер средней массы составляет  8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ. Т.е. при делении тяжелого ядра на два осколка должна освобождаться энергия порядка 1,1 МэВ/нуклон. Значительная часть этой энергии выделяется в виде кинетической энергии осколков, равной энергии их электростатического отталкивания в момент деления. Суммарная кинетическая энергия осколков составляет для урана и трансурановых элементов  200 МэВ. При делении ядер, содержащихся в 1г ²³⁵U, выделяется энергия 8*10¹⁰ Дж, или 22000 кВт*ч. Осколки быстро тормозятся в среде, вызывая ионизацию, нагревание и нарушая её структуру.

5.24. Цепные ядерные реакции.

Цепные ядерные реакции – ядерные реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются как продукты этих реакций.

Пока единственная известная цепная ядерная реакция – реакция деления урана и некоторых трансурановых элементов под действием нейтронов.

В 1939г. Я.Б. Зельдович и Ю.Б. Харитон впервые указали на возможность существования таких реакций. Впервые цепная реакция деления была осуществлена итальянским физиком Э. Ферми в 1942г. После открытия деления атомных ядер Ферми, У. Зинн, Л. Силард (США), Г.Н. Флеров показали, что при делении ядра вылетает больше 1 нейтрона:

n + U  A + B + ύ, где А и В – осколки деления с массовыми числами от 90 до 150; ύ – число вторичных нейтронов.

Цепная реакция деления характеризуется коэффициентом размножения k нейтронов, который равен отношению числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем поколении.

Необходимое условие для осуществления цепной ядерной реакции деления k  1.

Оказывается, что не все образующиеся вторичные нейтроны вызывают последующее деление ядер, что приводит к уменьшению коэффициента размножения. Во-первых, из-за конечных размеров активной зоны (пространства, где происходит цепная реакция) и большой проникающей способности нейтронов часть из них покинет активную зону раньше, чем будет захвачена каким-либо ядром. Во-вторых, часть нейтронов захватывается ядрами неделящихся примесей, всегда присутствующих в активной зоне. Кроме того, наряду с делением могут иметь место конкурирующие процессы радиоактивного захвата и неупругого рассеивания.

Коэффициент размножения зависит от природы делящегося вещества, а для данного изотопа – от его количества, а также размеров и формы активной зоны.

Минимальные размеры активной зоны, при которых возможно существование цепной реакции, называются критическими размерами. Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в системе критических размеров, необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой.

Пример: для ²³⁵U  = 19,5 г/см³ и при сферической форме системы: m_кр = 50 кг, r_кр = 9 см.

При k > 1 идет развивающаяся реакция, число делений растет и реакция может стать взрывной.

При k = 1 идет самоподдерживающаяся реакция, при которой число нейтронов со временем не изменяется.

При k < 1 идет затухающая реакция.

Цепные реакции делятся на управляемые и неуправляемые. Взрыв атомной бомбы - неуправляемая реакция. Чтобы атомная бомба при хранении не взорвалась в ней ²³⁵U и ²³⁹Pu делится на две удаленные друг от друга части с массами ниже критических. Затем с помощью обычного взрыва эти массы сближаются, общая масса делящегося вещества становится больше критической и возникает цепная реакция деления. Взрывная реакция начинается за счет нейтронов спонтанного деления или нейтронов космического излучения.

Управляемые ядерные реакции осуществляются в ядерных реакторах.

Ядерным топливом могут служить три природных изотопа ²³⁵U, или сырьем для его получения ²³²Th и ²³⁸U.

²³²Th служит исходным продуктом для получения искусственного ядерного топлива ²³³U, а ²³⁸U  для ²⁹³Pu:

₉₂²³⁸U + ₀¹n  ₉₂²³⁹U^  ₉₃²³⁹N^ ₉₄²³⁹Pu.

Т.о. имеется возможность воспроизведения ядерного горючего при цепной реакции деления.

5.25. Ядерные реакторы на тепловых и быстрых нейтронах.

Большое значение в ядерной энергетике приобретает не только осуществление цепной реакции, но и управление ею.

Ядерные реакторы – это устройства, в которых осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления.

Взаимодействие нейтронов с ядрами состоит главным образом либо в упругом рассеивании нейтронов на ядрах, либо в захвате нейтронов ядрами. В веществах, называемых замедлителями (графит, тяжелая вода, соединения бериллия), быстрые нейтроны рассеиваются на ядрах, передавая энергию атомам замедлителя. В результате нейтроны становятся тепловыми.

При совпадении энергии тепловых нейтронов с энергией составного ядра наблюдается резонансное поглощение (резонансный захват) нейтронов.

Первый реактор был пущен в Чикагском университете в 1942г. Э. Ферми, в СССР подобный реактор был создан в 1946г. под руководством И.В. Курчатова.

В качестве делящегося вещества в реакторах на тепловых нейтронах служит природный (либо несколько обогащенный изотопом ²³⁵U) уран. Чтобы предотвратить радиационный захват нейтронов ядрами ²³⁸U, сравнительно небольшие блоки делящегося вещества размещают на некотором расстоянии друг от друга, а промежутки между блоками заполняют замедлителем.

В реакторах на быстрых нейтронах используются нейтроны деления и замедлитель отсутствует.

Первая атомная электростанция была построена в СССР в г. Обнинске под руководством И.В. Курчатова. Её мощность 5 МВт.

Схема уран-графитового реактора приведена на рисунке:

1 – замедлитель (графит); 2 – блоки из урана, тепловыделяющие элементы (твэлы); 3 – стержни кадмия или бора, интенсивно поглощают электроны и служат для регулировки процесса в реакторе.

Введение стержней 3 в реактор уменьшает коэффициент размножения нейтронов, и введение увеличителя. Стержнями управляет автоматика, позволяющая поддерживать мощность реактора на заданном уровне.

5.26. Реакция синтеза, условия их осуществления. Управляемый термоядерный синтез.

Термоядерные реакции – это ядерные реакции между легкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах ( 10⁸ К и выше).

Высокие температуры, т.е. достаточно большие относительные энергии сталкивающихся ядер, необходимы для преодоления электростатического барьера, обусловленного взаимным отталкивание ядер. Без этого невозможно сближение ядер на расстояния порядка радиуса действия ядерных сил, т.е. и перестройка ядер.

Поэтому термоядерные реакции в природных условиях протекают лишь в недрах звезд, а для их осуществления на Земле необходимо сильно разогреть вещество либо ядерным взрывом, либо мощным газовым разрядом, либо гигантским импульсом лазерного излучения или бомбардировкой интенсивным пучком частиц.

Реакция синтеза атомных ядер могут служить колоссальным источником энергии. Удельная энергия связи резко увеличивается при переходе от ядер тяжелого водорода (дейтерия ₁²Н и трития ₁³Н) к литию ₃⁶Li и особенно к гелию ₂⁴He, т.е. реакции синтеза легких атомных ядер в более тяжелые должна сопровождаться выделением большого количества энергии.

Пример реакции синтеза:

₁²Н + ₁²Н  ₁³Н + ₁¹р (Q = 4,0 МэВ)

₁²Н + ₁²Н  ₂³Не + ₀¹n (Q = 3,3 МэВ)

₁²Н + ₁³Н  ₂⁴Не + ₀¹n (Q = 17,6 МэВ)

₃⁶Li + ₁²Н  ₂⁴Не + ₂⁴Не (Q = 22,4 МэВ)

где Q – энерговыделение.

Энергия, выделяемая на один нуклон в реакциях синтеза атомных ядер значительно больше, чем в реакциях деления тяжелых ядер. Так, при делении ядра ₉₂²³⁸U на один нуклон выделяется  0,84 МэВ энергии, а в реакции синтеза эта энергия составляет 3,5 МэВ.

Термоядерные реакции являются, по-видимому, одним из источников энергии Солнца и звезд.

Впервые искусственная управляемая термоядерная реакция была осуществлена в СССР (1953г.), а через полгода в США в виде взрыва водородной бомбы.

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 12

	Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф 3 физика: оптика. Квантовая... ...		Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 4 Физика (шифр дисциплины... ...
	Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 4 Физика (шифр дисциплины... ...		Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф. 4 Физика (шифр дисциплины... ...
	Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности(специальностям)... Шифр дисциплины и ее название в строгомсоответствии с государственным образовательнымстандартом и учебным планом		Учебно-методический комплекс дисциплины дн(М). В 1 современный физический... ...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Ы программы традиционны: механика, молекулярная физика и термодинамика, электродинамика, квантовая физика (атомная физика и физика...		Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности... Шифр дисциплины и ее название в строгомсоответствии с государственным образовательнымстандартом и учебным планом
	Учебник по физике. Представлены разделы физики в теории, примерах... Открытого колледжа" "Физика". Включает прекрасно иллюстрированный учебник "Открытая физика 5" (все разделы, от Механики до Физики...		Программа кандидатского экзамена по специальности 05. 27. 03 «Квантовая... В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: электродинамика; квантовая механика; физическая оптика; физика твердого...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине Оптика для специальности 010701 "Физика" Требования государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (специальность 010701 "Физика") к обязательному...		Содержание программы. Введение. Актуальность компетентностного подхода... Составление алгоритма решения задач по разделам: кинематика, динамика, молекулярная физика, газовые законы, электрический ток, магнетизм,...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Пияф, 2012 – 110 с. – Парал загл.: Физика атомного ядра и элементарных частиц. Теоретическая физика		Учебно-методический комплекс дисциплины «физика» Маллабоев У. М. Физика. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 050100. 62 Педагогическое образование,...
	Тест по физике 11 класса (4 четверть) Световые кванты. Атомная физика.... Гос впо по специальности 030501. 65 Юриспруденция, утвержденный Министерством образования РФ «27» марта 2000 г., №260 гум/сп		Шаблон рабочей программы дисциплины Общий физический практикум Лекторы Общий Физический Практикум является неотъемлемой частью курса "Общая Физика". Основные разделы: механика; молекулярная физика; электродинамика;...

Похожие: