Тема 15. Ядерные реакции

Ядерные реакции – превращения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами ( и с γ- квантами) или друг с другом.

Наиболее распространенная ядерная реакция

Х + а → У + в

Х, У - исходное и конечное ядра;

а и в – бомбардирующие и испускаемые элементарные частицы.

Эффективность взаимодействия характеризуется физической величиной – эффективное сечение σ

[барн]

1 барн = 10^{-28 м2}

N – число частиц, падающих за единицу времени на единицу площади поперечного сечения, имеющего в единице объема n ядер.

dN - число этих частиц, вступающих в ядерную реакцию в слое толщиной dx.

В любой ядерной реакции выполнятся все законы сохранения

- I искусственная ядерная реакция

Ядерные реакции могут быть:

1) экзотермические – с выделением энергии;

2) эндотермические - с поглощением энергии.

Для ядерных реакций вводится характерное ядерное время – время, необходимое для пролета частицей расстояния, равной диаметру ядра

(d = 10^-15м).

Виды ядерных реакций:

1) ядерные реакции под действием нейтронов - привело к появлению ядерных реакторов;

2) реакции деления ядра – тяжелое ядро под действием нейтронов и других частиц делится на несколько более легкие ядра и сопровождается испусканием 2-3 вторичных нейтронов;

3) цепная реакция деления – ядерная реакция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Цепная реакция деления характеризуется коэффициентом размножения k. Для развития цепной реакции k≥ 1;

4) реакция синтеза атомных ядер – образование из легких ядер более тяжелых.

Космическое излучение – излучение, приходящее на Землю со всех направлений космического пространства.

Различают первичное и вторичное космические излучения.

Первичное космическое излучение - излучение, приходящее непосредственно из космоса.

Вторичное космическое излучение – образуется в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов земной атмосферы.

Некоторые виды элементарных частиц мы знаем: электрон, протон, нейтрон, фотон.

Помимо этих частиц еще существуют:

а) мюоны – частицы с массой в 200-300 раз, превышающей массу электрона;

б) π – мезоны (средний) – пионы – ядерно – активные частицы,

обуславливающие существование ядерных сил;

в) к – мезоны - каоны - частицы с нулевым спином и с массами ≈ 970 m_e;

с) гипероны – тяжелые нестабильные частицы с массой, большей массы нуклона - 2183-3273 m_e.

Различают несколько типов гиперонов: лямбда (λ⁰), сигма (δ⁰, δ⁺, δ^- ), кси (ζ⁺, ζ^- ), омега (Ω^- );

д) антипротон - - отличается от р знаком электрического заряда и собственного магнитного момента;

е) антинейтрон - - отличается от n знаком собственного магнитного момента;

з) нейтрино - - нулевой заряд, спин – ½ и нулевая масса покоя;

ж) позитрон - античастица ;

При столкновении позитрона с электроном происходит их аннигиляция

Типы взаимодействий элементарных частиц:

1) сильное или ядерное взаимодействие – связь протонов и нейтронов в ядрах атомов;

2) электромагнитное взаимодействие - в основе лежит связь с электромагнитным полем – ответственно за существование атомов и молекул (взаимодействие «+» ядер и «-» электронов;

3) слабое взаимодействие – ответственно за взаимодействие частиц, происходящих с участием нейтрино и антинейтрино;

4) гравитационное взаимодействие – присуще всем частицам, так как массы элементарных частиц малы – в процессах микромира несущественно.

Элементарные частицы принято делить на 3 группы:

1) фотоны – состоит из лдной частицы – фотона – квант электромагнитного излучения;

2) лептоны – участвуют в электромагнитном и слабом взаимодействиях – электрон, мюон, электронное и мюонное нейтрино;

3) адроны – электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие – протон, нейтрон, пионы, каоны.

Для всех типов взаимодействия элементарных частиц выполняются все законы сохранения.

Лабораторная работа № 28

Определение горизонтальной составляющей напряженности

магнитного поля Земли

Цель работы: определить горизонтальную составляющую напряженности магнитного поля Земли для данной местности.

Приборы:тангенс - гальванометр, амперметр, реостат, источник постоянного тока, переключатель, 5 проводов, ключ.