Ядро атома
<<  Использование энергии атомных ядер Физика ядра  >>
Лекция № 12 Физика ядра
Лекция № 12 Физика ядра
План лекции
План лекции
История ядерных исследований
История ядерных исследований
?-, ?-,
?-, ?-,
?- и ?- распад
?- и ?- распад
?- и ?- лучи отклоняются магнитным полем, на
?- и ?- лучи отклоняются магнитным полем, на
Состав ядра
Состав ядра
Состав ядра zAX
Состав ядра zAX
Размеры ядра и плотность ядерного вещества
Размеры ядра и плотность ядерного вещества
Внутриядерные силы
Внутриядерные силы
Энергия связи ядра
Энергия связи ядра
Дефект массы в химических реакциях
Дефект массы в химических реакциях
Зависимость удельной энергии связи
Зависимость удельной энергии связи
Зависимость удельной энергии связи
Зависимость удельной энергии связи
Задача: Рассчитать, сколько энергии выделяется при делении 1 г урана
Задача: Рассчитать, сколько энергии выделяется при делении 1 г урана
Физика ядра
Физика ядра
Капельная модель ядра
Капельная модель ядра
Капельная модель ядра
Капельная модель ядра
Самый устойчивый изобар
Самый устойчивый изобар
Зависимость удельной энергии связи
Зависимость удельной энергии связи

Презентация: «Физика ядра». Автор: User. Файл: «Физика ядра.ppt». Размер zip-архива: 459 КБ.

Физика ядра

содержание презентации «Физика ядра.ppt»
СлайдТекст
1 Лекция № 12 Физика ядра

Лекция № 12 Физика ядра

15/05/2015

Алексей Викторович Гуденко

2 План лекции

План лекции

Состав и характеристики атомного ядра Масса и энергия связи Ядерные силы. Капельная модель ядра. Формула Вайцзеккера.

3 История ядерных исследований

История ядерных исследований

Естественная радиоактивность солей урана, Анри Беккерель (1896 г.): самопроизвольное испускание невидимых лучей, ионизирующих воздух и вызывающих почернение фотоэмульсий Радиоактивность полония и радия в миллионы раз активнее урана и тория, Пьер Кюри, Мария Склодовская-Кюри (1898 г.)

4 ?-, ?-,

?-, ?-,

-излучение

?-, ?-, ?-излучение – процессы внутри ядра, Резерфорд (1910-1911 г.г.) ?-лучи – ядра гелия, наименьшая проникающая и наибольшая ионизирующая способность: поглощаются алюминиевой фольгой микронной толщины. ?-лучи – поток быстрых электронов, поглощаются миллиметровым слоем алюминия. ?-лучи - очень жёсткие рентгеновские лучи, обладают наибольшей проникающей и наименьшей ионизирующей способностью: для защиты от ?-излучения применяют свинцовые листы.

5 ?- и ?- распад

?- и ?- распад

6 ?- и ?- лучи отклоняются магнитным полем, на

?- и ?- лучи отклоняются магнитным полем, на

-лучи магнитное поле не действует

7 Состав ядра

Состав ядра

Ядро состоит из нуклонов: протонов и нейтронов. Протон (p): mp = 1836,15 me = 1,673 10-24 г = 938,28 МэВ (me = 0.511 МэВ) qp = +e = 1,602 10-19 Кл = 4,8 10-10 ед. СГС стабильная частица (? ? 1032 лет), но внутри ядра : p ? n + e+ + v Нейтрон (n) (Чедвик, 1932 г.): mn = 1838,68 me = 939,6 МэВ электронейтрален; mn > mp на 2,5 me (0,14%) Время жизни свободного нейтрона ? ? 900 с =15 мин: n ? p + e- + ?e (me = 0,511 МэВ)

8 Состав ядра zAX

Состав ядра zAX

Массовое число A = Z + N Z – зарядовое число (= числу протонов = порядковый номер элемента) N – число нейтронов. Изотопы – атомы с одним Z, но с разными N: 23He и 24Не Изобары – атомы с одним A, но с разными Z: 13H - тритий и 23He – изотоп гелия 1 а.е.м. = 1/12 M(12C) = 931,502 МэВ

9 Размеры ядра и плотность ядерного вещества

Размеры ядра и плотность ядерного вещества

Средняя плотность для всех ядер с A > 10 практически одинакова ? V ~ R3 ~ A ? R ~ A1/3: R = r0A1/3фм r0 = 1,23 10-13 см = 1,23 фм (фм – Ферми) Плотность ядерного вещества: ? = M/V = Amp/(4/3?r03A) = mp/(4/3?r03) = 2*1014 г/см3 При такой плотности Солнце сжалось бы до размера шарика диаметром ~ 30 км (!) – характерный размер нейтронных звёзд.

10 Внутриядерные силы

Внутриядерные силы

Мезонная теория Хидеки Юкавы (1935 г.)

Нуклоны удерживаются в ядре сильным взаимодействием Радиус действия ? ~ 10-13 см = 1 Фм (Ферми) Переносчики сильного взаимодействия - глюоны Переносчики электромагнитного взаимодействия – фотоны: Отталкивание электронов – результат обмена виртуальными фотонами. На время обмена нарушается закон сохранения энергии: ???t ~ ћ Радиус взаимодействия ? ~ c?t ~ cћ/?? = ћ/mc – комптоновская длина волны частицы массой m для электрона: ?c = ћ/mc = 3.8 10-11см : чем меньше масса частица тем больше радиус взаимодействия. Для фотонов: m = 0 ? ? = ? Для ядерных сил ? = 1,3 10-13 см ? нужны частицы с m ~ 380/1.3 me ~ 150 MэВ масса переносчика m = ћ/?c = 140 МэВ (Юкава, 1935 г.) Мюоны (?±) открыты в космических лучах (1937 г.): m? = 106 МэВ Пионы (?±, ?0) открыты в космических лучах (1947 г.): m? ? 140 МэВ

11 Энергия связи ядра

Энергия связи ядра

Энергия связи ядра ?св – минимальная работа, необходимая для разделения ядра на составляющие его протоны и нейтроны: ?св = Zmp + Nmn – M(Z,N) Пример: ?св(24He) = ? mp = 1,0072764 а.е.м., mn = 1,008665 а.е.м., M? = 4,001506 а.е.м. ?св = 2mp + 2mn – M? = 0,030 а.е.м. = 28,38 МэВ Удельная энергия связи – энергия связи в пересчёте на один нуклон: ?уд = ?св/А. для ?-частицы ?уд = 7,1 МэВ.

12 Дефект массы в химических реакциях

Дефект массы в химических реакциях

H2 + O = H2O Температура T ~ 1300 K средняя энергия на одну молекулы воды: ? = 3 (3/2 kT) ? 7,9*10-13 эрг ? 0,5 эВ Относительное изменение массы: ?/18mp ? 3*10-11 = 3*10-9 % - недоступная измерению величина.

13 Зависимость удельной энергии связи

Зависимость удельной энергии связи

= ?св/А от массового числа.

14 Зависимость удельной энергии связи

Зависимость удельной энергии связи

= ?св/А от массового числа.

Максимум энергии связи ?max = 8,7 МэВ приходится на железо 56Fe – «железный максимум». Два способа получения ядерной энергии: 1. Деление тяжёлых ядер (тяжёлым ядрам выгодно разделиться) 2. Слияние (синтез) легких ядер (лёгким выгодно слиться)

15 Задача: Рассчитать, сколько энергии выделяется при делении 1 г урана

Задача: Рассчитать, сколько энергии выделяется при делении 1 г урана

Решение: Для урана А ? 240. При его делении на два осколка примерно одинаковых масс A1 = A2 ? 120. Удельная энергия увеличивается от ?240 ? 7,5 МэВ до ?120 ? 8,5 МэВ ? на один нуклон: ?? = ?240 - ?120 = 1 МэВ при делении 1 г урана высвобождается энергия: E = N A ?? = m NA ?? = 1* 6*1023 1 МэВ = 6 1023 МэВ ? 4 1011 Дж = 400 ГДж

16 Физика ядра
17 Капельная модель ядра

Капельная модель ядра

Формула Вайцзеккера

Ядро – капля несжимаемой положительно заряженной жидкости. ?св = СобA - CповА2/3 - СкулZ2A-1/3 – Cсим(А – 2Z)2A-1 + CспарA-3/4? Соб = 15,6 МэВ; Спов = 17,2 МэВ; Cкул = 0,72 МэВ; Ссим = 23,6 МэВ; Сспар = 34 МэВ 42He; 168O; 2412Mg; 28 14Si … ? = +1 – для чётно-чётных ядер ? = 0 – для ядер с нечётным А ? = -1 – для нечётно-нечётных ядер

18 Капельная модель ядра

Капельная модель ядра

Формула Вайцзеккера

СобA – определяет линейную зависимость энергии связи от числа нуклонов: зарядовая симметрия ядерных сил + свойство насыщения ядерных сил: каждый нуклон взаимодействует только с ближайшими соседями. СповА2/3 – уменьшает энергию связи из-за увеличения энергии поверхностных нуклонов (аналог поверхностного натяжения): количество поверхностных нуклонов ~ R2 ~ A2/3. СкулАZ2A-1/3 – уменьшение энергии связи из-за кулоновского отталкивания. Для однородно заряженного шара W = 3q2/5R ~ Z2/A1/3 Cсим(А – 2Z)2A-1 – наиболее устойчивы ядра с Z ? N. CспарA-3/4? – чётно-чётные ядра самые прочные, самые непрочные - нечётно-нечётные.

19 Самый устойчивый изобар

Самый устойчивый изобар

Изобары отличаются зарядовым числом Z при заданном А Ищем максимум ?(Z,A): ??(Z,A)/?Z = 0 ? Zmax = A/{2 + (Cкул/2Ссим)А2/3} = A/{2 + 0,015А2/3} более точная формула, учитывающая различие масс mn ? mp Zmax = A/{1,97 + (Cкул/2Ссим)А2/3} Для железа А = 56 ? Zmax = 26 – «железный максимум»

20 Зависимость удельной энергии связи

Зависимость удельной энергии связи

= ?св/А от массового числа.

«Физика ядра»
http://900igr.net/prezentacija/fizika/fizika-jadra-88689.html
cсылка на страницу

Ядро атома

9 презентаций о ядре атома
Урок

Физика

134 темы
Слайды