Ядерна фізика

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

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.

Загальні відомості про ядра атомів[ред.ред. код]

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 \hbar). Маси протона і нейтрона майже однакові: 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.

Методи дослідження та підрозділи[ред.ред. код]

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 фізика детекторів.

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

Значення[ред.ред. код]

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.

Історія[ред.ред. код]

Перше явище з області ядерної фізики було відкрите 1896 року Анрі Беккерелем. Це природна радіоактивність солей урану, що виявляється в спонтанному випромінюванні 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 сильнішою від радіоактивності урану і торію.

Детальне експериментальне вивчення радіоактивних випромінювань було проведено Резерфордом. Він показав, що радіоактивні випромінювання складаються з трьох типів проміння, названих, 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 жорсткіші, тобто з меншою довжиною хвилі.

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

Довгий час вважалося, що ядро складається з протонів і електронів. Проте така модель знаходилася в суперечності з експериментальними фактами, щодо спінів і магнітних моментів ядер. У 1932 після відкриття Джеймсом Чедвіком нейтрона було встановлено, що ядро складається з протонів і нейтронів. Ці частинки отримали загальну назву нуклонів.

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

Джерела[ред.ред. код]

  • Булавін Л. А., Тартаковський В. К. Ядерна фізика. — Знання. — Київ: ВТД «Університетська книга», 2005. — 439 с. — ISBN 966-346-020-2.
  • Каденко І. М., Плюйко В. А. Фізика атомного ядра та частинок. — К.: ВПЦ «Київський університет», 2008. — 414 с.
  • Валантэн Л. Субатомная физика: ядра и частицы. — М.: Мир, 1986. — 272+336 с.
  • Вильдермут К., Тан Я. Единая теория ядра. — М.: Мир, 1980. — 504 с.
  • Престон М. Физика ядра. — М.: Мир, 1964. — 576 с.
  • Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. — М.: Мир, 1979. — 736 с.
  • Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. — М.: Наука, 1980. — 748 с.
Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.