Шпаргалка по "Ядерной физике"

29. Состояние электрона в атоме  характеризуется четырьмя квантовыми числами n, l, m и mls. Главное квантовое число n определяет энергию электрона. Орбитальное квантовое число l определяет величину орбитального момента импульса электрона                     , где l = 0, 1, 2, 3, ... , (n−1) . Магнитное квантовое число ml определяет проекции момента импульса на направление поля, которые равны                  , где ml = −l, −(l–1), ... , −1, 0, 1, ... , l. Спиновое квантовое число характеризует собственный момент импульса (спиновый момент импульса) Ls электрона, не связанный с движением электрона в пространстве. Спин электрона представляет собой особое свойство, такое же, как наличие у него заряда и массы. Проекция спинового момента импульса Lsz на на-правление внешнего поля определяется по формуле ,                 где ms ⎯ спиновое квантовое число, которое может иметь только два значения ±1/2 .

30. Согласно Бору, нормальным состоянием атома является состояние с наименьшей энергией. Внешние причины могут «возбудить» атом, т.е. перевести электрон из основного состояния в одно из состояний с большей энергией, но через некоторое время (~ 10–8 с) атом возвращается в невозбуждённое состояние, излучая фотон. Однако энергия основного состояния атомов разных веществ оказалась различной. Для объяснения этого факта Паули высказал общий принцип: электроны, входящие в состав любой системы, не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Так как квантовое состояние определяется четырьмя квантовыми числами, то, следовательно, в одной системе не могут существовать два элек-трона с одинаковыми квантовыми числами. Электроны группируются в слои (с одинаковым значением n) и оболочки (с одинаковым l). Оболочечная структура атомов при-водит к периодичности химических свойств химических элементов.

31. Одним из методов, позволяющих  получать информацию о структуре  электронных оболочек, является  рентгеновская спектроскопия.Рентгеновские лучи возникают при бомбардировке веществ потоками электронов с большой кинетической энергией. Они представляют собой электромагнитные волны с длиной волны 0,001 до 80 нм. Для получения рентгеновских лучей используются рентгеновские трубки. Они состоят из стеклянного или металлического баллона, в котором на определённом расстоянии находятся катод К и анод (антикатод) А (рис. 23.1). Из баллона откачивается воздух до давления ~10−4 Па. Катод служит источником электронов. Между катодом и анодом прикладывается высокое напряжение до 100 кВ, в результате чего электроны разгоняются до больших энергий. Вследствие ударов таких электронов об анод и возникает рентгеновское излучение. Существует два вида рентгеновского излучения: тормозное и характеристическое. Тормозное излучение имеет сплошной спектр и не зависит от природы веществ, характеристическое ⎯ определяется строением вещества.

32. Атомные ядра, состоящие из положительно заряженных протонов и нейтронов, представляют собой устойчивые образования, несмотря на то, что между протонами существует сильное отталкивание. Устойчивость ядер свидетельствует о том, что между нуклонами в ядре действуют силы притяжения, превосходящие силы электростатического отталкивания протонов. Их назвали ядерными силами. Эти силы обладают рядом особенностей:1) Они являются только силами притяжения и значительно сильнее электростатического отталкивания протонов.2) Эти силы короткодействующие..3) Ядерные силы являются зарядово независимыми. 4) Эти силы не являются центральными силами.5) Для ядерных сил характерно насыщение.\Разрушение ядра означает разрыв связей между его нуклонами. Для разрыва этих связей, т.е. для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, необходимо затратить определённую энергию, называемую энергией связи ядра.

В ядерной физике в качестве единицы  энергии используют внесистемную единицу, называемую электрон-вольт (эВ), которая  определяется как энергия, приобретаемая  электроном при прохождении разности потенциалов в 1 вольт. 1 эВ = 1,6⋅10–19 Дж.

33. Процесс самопроизвольного распада  неустойчивых атомных ядер называют радиоактивностью. Радиоактивный распад ядер сопровождается превращением одних ядер в другие и испусканием определённых частиц. Было установлено, что эти превращения ядер не зависят от внешних условий: освещения, давления, температуры и т.д. Существует два вида радиоактивности: естественная и искусственная. Естественная радиоактивность наблюдается у химических элементов, созданных природой. Как правило, она имеет место у ядер тяжёлых элементов, располагающихся в конце таблицы Менделеева, за свинцом. Искусственная радиоактивность наблюдается и у ядер, полученных в лаборатории с помощью ядерных реакций. Однако принципиального различия между ними нет.

34. Любое количество радиоактивного  вещества содержит огромное число  ядер. Эти ядра постепенно распадаются  в течение некоторого времени. Процесс распада ядра является случайным, и невозможно точно предсказать момент распада данного ядра. Можно лишь приближённо оценить, сколько ядер образца распадается в определённый промежуток времени.Пусть радиоактивное вещество к данному моменту времени t содержит N ядер. Экспериментально установлено, что за малый промежуток времени dt убыль dN ядер пропорциональна числу этих ядер и этому промежутку времени, т.е. dN = –λN⋅dt, где λ ⎯ постоянная распада, определяющая его скорость.

36. Превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействиями друг с другом или с элементарными частицами, называются ядерными реакциями. Ядерные реакции осуществляются за счёт бомбардировки ядер атомов α-частицами, протонами, ядрами некоторых химических элементов, обладающими большой кинетической энергией вследствие того, что они разгоняются в ускорителе. Символическая запись ядерной реакции: А + а → В + в, где А и В — исходное и конечное ядро, а а и в — исходная и конечная частицы реакции. Все ядерные реакции подчиняются следующим общим законам:1. Сохранение зарядовых чисел. Сумма зарядовых чисел частиц и ядер, вступающих в реакцию, равна сумме зарядовых чисел частиц и ядер, образующихся в этой реакции. 2. Сохранение полного числа нуклонов. Суммы массовых чисел частиц и ядер до и после реакции должны равняться друг другу.3. Сохранение массы-энергии. Для изолированной от внешних воздействий системы, в силу соотношения между массой и энергией (W = mc2, где c ⎯ скорость света в вакууме), только полная масса-энергия остаётся неизменной.4. Сохранение импульса.5. Сохранение момента импульса.

38. Сердцем атомной электростанции является ядерный реактор . В качестве горючего используются уран-235 и плутоний-239. Для управления потоком нейтронов в атомных реакторах используются управляющие стержни , содержащие кадмий или бор, которые хорошо поглощают нейтроны. Эти стержни вводят в активную зону реактора(топливо — замедлитель). Когда стержни полностью погружены в реактор, они поглощают столько нейтронов, что цепная реакция в реакторе не идёт. При выведении стержней Нейтроны, вызывающие деление Потерянные нейтроны увеличивается число нейтронов в реакторе и начинается реакция. В качестве замедлителя нейтронов (а именно такие нейтроны вызывают деление ядер ура-на-235) используют графит или тяжелую воду. Для обеспечения безопасности работающего персонала от радиоактивных излучений реактор помещают в защитную оболочку . Энергия, выделяемая реактором в виде тепла, снимается теплоносителем (вода, жидкий натрий), циркулирующим в замкнутом контуре . Циркуляция обеспечивается насосом . В теплообменнике  теплоноситель отдаёт тепло воде, превращая её в пар, который вращает паровую турбину . Турбина соединена с электрогенератором , вырабатывающим электроэнергию. Из паровой турбины пар поступает в конденсатор . Происходит его конденсация в воду, которая поступает в теплообменник. Охлаждение пара в конденсаторе осуществляется водой из искусственно созданного водоёма.

39. Масса любого стабильного  ядра всегда меньше суммы масс  составляющих его протонов и  нейтронов. Ядерные реакции, в которых два лёгких ядра объединяются и образуют одно более тяжёлое ядро, называются реакциями термоядерного синтеза. Такие реакции сопровождаются выделением большого количества энергии, которая связана с образующимся при этом дефектом массы. Осуществление термоядерной реакции возможно при выполнении критерия Лоусона nτ ∼ 10^16 ,где n — число частиц в 1см^3, τ — время их удержания вместе в секундах. Температура, при которой происходит реакция, составляет сотни млн. градусов.