Ядерна фізика

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Я́дерна фі́зика — розділ фізики, який вивчає структуру і властивості атомних ядер, та механізми ядерних реакцій (в тому числі радіоактивний розпад).

Задачі, що виникають в ядерній фізиці, — це типовий приклад задач декількох тіл. Ядра складаються з нуклонів (протонів і нейтронів), і в типових ядрах містяться десятки і сотні нуклонів. Це число дуже велике для точно розв'язуваних задач, але все-таки дуже мале для того, щоб можна було користуватися методами статистичної фізики. Це і призвело до великої різноманітності різних моделей атомних ядер.

Зміст 1 Загальні відомості про ядра атомів 2 Методи дослідження та підрозділи 3 Значення 4 Історія 5 Джерела

[ред.] Загальні відомості про ядра атомів

Число протонів в ядрі (число заряду, також порядковий номер елементу) прийнято позначати через Z, число нейтронів — через N. Їх сума A = Z + N називається масовим числом ядра. Атоми з однаковим Z (тобто атоми одного і того ж елементу), але з різними N називаються ізотопами, з однаковими A, але з різними Z — ізобарами, з однаковими N, але з різними Z — ізотонами.

Основна відмінність між протоном і нейтроном полягає в тому, що протон — заряджена частинка, заряд якої e = 4,803×10⁻¹⁰ од. СГС = 1,602×10⁻¹⁹ Кл. Це елементарний заряд, чисельно рівний заряду електрона. Нейтрон же, як і показує його назва, електрично нейтральний. Спіни протона і нейтрона однакові і рівні спіну електрона, тобто 1/2 (в одиницях зведеної сталої Планка). Маси протона і нейтрона майже рівні: 1836,15 і 1838,68 мас електрона відповідно.

Протон і нейтрон не є елементарними частинками. Вони складаються з двох типів кварків — d-кварка із зарядом —1/3 і u-кварка із зарядом +2/3 від елементарного заряду е. Протон складається з двох u-кварків і одного d-кварка (сумарний заряд +1), а нейтрон з одного u-кварка і двох d-кварків (сумарний заряд — 0). Вільний нейтрон — частинка нестабільна. Він розпадається через 15 хвилин після свого виникнення на протон, електрон і антинейтрино (див. Бета-розпад нейтрона). В ядрі нейтрон знаходиться в глибокій потенційній ямі, тому його розпад може бути заборонений законами збереження.

[ред.] Методи дослідження та підрозділи

Вивчення будови ядра та його складових елементів можливе тільки за допомогою вивчення ядерних реакцій. Для проведення ядерних реакцій необхідні засоби прискорення й детектування частинок. Тому невід'ємними підрозділами ядерної фізики є фізика прискорювачів і фізики детекторів.

Радіаційна фізика та радіаційне матеріалознавство є міждисциплінароними підрозділами фізики, які вивчають вплив ядерного випровмінювання на властивості опромінених речовин і методи модифікації властивостей матеріалів за допомогою опроміннення.

[ред.] Значення

Ядерна фізика має принципове значення для багатьох розділів астрофізики (первинний нуклеосинтез, термоядерні реакції в зорях як під час життя на головній послідовності, так і при сході з неї), і, очевидно, для ядерної енергетики.

[ред.] Історія

Перше явище з області ядерної фізики було відкрите в 1896 р. Анрі Беккерелем. Це природна радіоактивність солей урану, що виявляється в мимовільному випусканні невидимого проміння, здатного викликати іонізацію повітря і почорніння фотоемульсій. Через два роки П'єр Кюрі і Марія Склодовска-Кюрі відкрили радіоактивність торію і виділили з солей урану полоній і радій, радіоактивність яких виявилася в мільйони раз сильніша радіоактивності урану і торію.

Детальне експериментальне вивчення радіоактивних випромінювань було проведено Резерфордом. Він показав, що радіоактивні випромінювання складаються з трьох типів проміння, названого, відповідно α— β— і γ-променями. Бета-промені складаються з негативних електронів, альфа-промені — з позитивно заряджених частинок (альфа-частинок, які, як з'ясувалося дещо пізніше, є ядрами гелію-4), гамма-промені аналогічні променям Рентгена (не мають заряду), тільки значно більш жорсткі.

Ядерна природа радіоактивності стала зрозуміла Резерфорду після того, як в 1911 р. він запропонував ядерну модель атома і встановив, що радіоактивні випромінювання виникають в результаті процесів, що відбуваються всередині атомного ядра.

Довгий час передбачалося, що ядро складається з протонів і електронів. Проте така модель знаходилася в суперечності з експериментальними фактами, що відносяться до спінів і магнітних моментів ядер. В 1932 р. після відкриття Джеймсом Чедвіком нейтрону було встановлено, що ядро складається з протонів і нейтронів. Ці частинки отримали загальне найменування нуклонів.

В останні роки вимальовується шанс описати властивості принаймні легких ядер в строгій картині киральної квантової теорії поля.

[ред.] Джерела

• Булавін Л.А., Тартаковський В.К.. Ядерна фізика (2005), Київ: Знання.
• Фрауэнфельдер, Хенли Э.. Субатомная физика (1979), Москва: Мир.

Головні розділи фізики

Класична механіка | Термодинаміка | Класична електродинаміка | Спеціальна теорія відносності | Загальна теорія відносності | Фізика елементарних частинок | Ядерна фізика | Квантова теорія поля | Квантова механіка | Статистична механіка | Оптика | Акустика | Астрофізика | Біофізика | Геофізика | Молекулярна фізика | Фізика конденсованих середовищ