Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
34.Вывод законов отражения и преломления из принципов Гюйгенса и принципа Ферма.
К нахождению закона преломления волн. ОВ — поверхность падающей волны, ab — поверхность раздела двух сред, NC — поверхность преломленной волны угол i с перпендикуляром к поверхности раздела. Согласно закону преломления пучок преломленных лучей будет распространяться по направлению, задаваемому углом r. Согласно волновым представлениям описанная задача сводится к следующему. На поверхность раздела падает плоская волна, поверхность которой составляет угол i с поверхностью раздела. Скорость распространения волны в первой среде есть v1, во второй — v2. Принцип Гюйгенса можно сформулировать следующим образом: Каждая точка, до которой доходит световое возбуждение, является в свою очередь центром вторичных волн; поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение к этому моменту фронта действительно распространяющейся волны. В физике исключительное значение имеет метод принципов, позволяющий на основе небольшого числа общих предположений — принципов — обосновать известные законы некоторого круга явлений и предсказать еще неоткрытые закономерности.В геометрической оптике таким принципом является принцип кратчайшего оптического пути (или минимального времени распространения), именуемым также принципом Ферма. По определениюоптической длиной пути называется величина.
35. Методы наблюдения интерференции света. Когерентность.
Образование интерференционной картины можно наблюдать в опыте Юнга, использующем метод деления волнового фронта Прошедший через узкую длинную щель S свет, вследствие дифракции образует расходящийся пучок, который падает на второй экран B с двумя, параллельными между собой узкими щелями S1 и S2, расположенными близко друг к другу на равных расстояниях от S. Эти щели действуют как вторичные синфазные источники, и исходящие от них волны, перекрываясь, создают интерференционную картину, наблюдаемую на удаленном экране C. Расстояние между соседними полосами равно:
. Зеркала Френеля.Другой интерференционный опыт, аналогичный опыту Юнга, но в меньшей степени осложненный явлениями дифракции и более светосильный, был осуществлен О. Френелем в 1816 г. Две когерентные световые волны получаются в результате отражения от двух зеркал М и N, плоскости которых наклонены под небольшим углом φ друг к другу.Бипризма Френеля: В данном интерференционном опыте, также предложенном Френелем, для разделения исходной световой волны на две используют призму с углом при вершине, близким к 180°. Источником света служит ярко освещенная узкая щель S, параллельная преломляющему ребру бипризмы. Можно считать, что здесь образуются два близких мнимых изображения S1 и S2 источника S, так как каждая половина бипризмы отклоняет лучи на небольшой угол .Билинза Бийе: Аналогичное бипризме Френеля устройство, в котором роль когерентных источников играют действительные изображения ярко освещенной щели, получается, если собирающую линзу разрезать по диаметру и половинки немного раздвинуть . Прорезь закрывается непрозрачным экраном А, а падающие на линзу лучи проходят через действительные изображения щели и и дальше перекрываются, образуя интерференционное поле. В физике когерентностью называется скоррелированность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.
36. Дифракция света. Принцип Гюйгенс-Френеля Метод Зон-Френеля.
Если свет представляет собой волновой процесс, то наряду с интерференцией должна наблюдаться и дифракция света. Ведь дифракция — огибание волнами краев препятствий — присуща любому волновому движению. Но наблюдать дифракцию света нелегко, так как волны отклоняются от прямолинейного распространения на заметные углы только на препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны, а длина световой волны очень мала.Пропуская тонкий пучок света через маленькое отверстие, можно наблюдать нарушение света: светлое пятно на экране против отверстия будет иметь большие размеры, чем размер пучка. Строгое решение любой дифракционной задачи для световых волн сводится к нахождению решения уравнений Максвелла с соответствующими граничными условиями.В оптике большое значение имеет приближенное решение дифракционных задач, основанное на принципе Гюйгенса-Френеля:Каждая точка, до которой доходит волна, служит источником вторичных сферических волн, огибающая которых дает положение волнового фронта в следующий момент времени.Амплитуда результирующей волны в любой точке пространства может быть найдена как результат интерференции всех вторичных волн, с учетом их фаз и амплитуд.
из точки А, в какой - либо точке наблюдения В. Согласно принципу Гюйгенса - Френеля заменим действие источника А действием воображаемых источников, расположенных на вспомогательной поверхности S.
В качестве такой вспомогательной поверхности S выберем поверхность фронта волны, идущей из А (рис. 5.2.2.). Вычисления результата интерференции вторичных волн очень упрощается, если применить следующий указанный Френелем прием: для вычисления действия в точке В соединяем А с В и разбиваем поверхность S на зоны такого размера, чтобы расстояния от краев зоны до В отличались на ½ l, т.е.
М1В-М0В=М2В-М1В=М3В-М2В=...= ½ L
Нетрудно вычислить размеры полученных таким образом зон. получаем для первой зоны
Так как l очень мало по сравнению с а или b, то И, следовательно, площадь сферического сегмента, представляющего первую зону, найдем значение т.е. площадь второй зоны также равна . Практически ту же площадь будет иметь и каждая из всех последующих зон. Таким образом, построение Френеля разбивает поверхность сферической волны на равновеликие зоны, каждая из которых имеет площадь . Вычисление площади центральной зоны ФренеляАмплитуда s результирующего колебания, получающегося вследствие взаимной интерференции света, идущего к точке В от различных участков нашей сферической волны, меньше амплитуды, создаваемой действием одной центральной зоны. Таким образом действие всей волны на точку В сводится к действию ее малого участка, меньшего, чем центральная зона с площадью Следовательно, распространение света от А до В действительно происходит так, как если бы световой пучок шел внутри очень узкого канала вдоль АВ, т.е. прямолинейно.
37. Дифракция от узкой щели. Дифракция от многих щелей. Дифракционная решётка.
38. Поляризация света. Закон брюстера, малюса.
Свет, у которого направления колебаний вектора упорядочены каким-то образом, называется поляризованным.Световая волна - это электромагнитная волна, у которой вектор всегда перпендикулярен направлению распространения. Естественный свет - это смесь огромного числа цугов, каждый цуг поляризован, но направления векторов этих цугов различное. Поэтому естественный свет не поляризован, у него отсутствует какое-либо упорядочение направлений колебаний вектора .Закон малюса: Поставим на пути естественного света два поляроида, оси пропускания которых развернуты друг относительно друга на угол φ.Вектор световой волны после первого поляроида будет параллелен PP. Этот поляроид называют поляризатором, т.к. после него естественный свет стал поляризованным.После второго поляроида останется лишь вектор , параллельный P'P' его оси пропускания:.Т.к. интенсивность света I ~ E2, то, после второго поляроида интенсивность будет
.где II - интенсивность перед вторым поляроидом. Полученное соотношение между интенсивностями носит название закона Малюса.Если II выразить через I0, то закон Малюса примет вид:.Закон Брюстера Пусть угол падения i таков, что отраженный луч перпендикулярен преломленному, т.е. r = π/2 - iБр. Это условие называют условием Брюстера (см. рисунок ниже), а угол - углом Брюстера - iБр.Используя закон преломления получим формулу, определяющую угол Брюстера:.При выполнении условия Брюстера i + r = π/2, тогда из формулы Френеля для получим:Таким образом, при выполнении условия Брюстера, отраженный свет будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.Это утверждение носит название закона Брюстера.Закон Брюстера имеет простое объяснение. Отраженная световая волна появляется за счет излучения электронов среды, совершающих вынужденные колебания под действием вектора преломленной волны. Это излучение имеет направленный характер (16.4.2.3): его интенсивность равна нулю в направлении колебаний зарядов. Направим под углом Брюстера на границу раздела плоско поляризованную волну с вектором , лежащим в плоскости падения.
39. Вращение плоскости поляризации. Поляриметры.
Вращение плоскости поляризации поперечной волны — физическое явление, заключающееся в повороте поляризационного вектора линейно-поляризованной поперечной волны вокруг её волнового вектора при прохождении волны через анизотропную среду. Волна может быть электромагнитной, акустической, гравитационной Линейно-поляризованная поперечная волна может быть описана как суперпозиция двух циркулярно поляризованных волн с одинаковым волновым вектором и амплитудой. В изотропной среде проекции полевого вектора этих двух волн на плоскость поляризации колеблются синфазно, их сумма равна полевому вектору суммарной линейно-поляризованной волны. Общая теория относительности предсказывает вращение плоскости поляризации световой волны в пустоте при распространении световой волны в пространстве с некоторыми типами метрики вследствие параллельного переноса вектора поляризации по нулевой геодезической — траектории светового луча. Прибор для определения степени поляризации р частично поляризованного света (см. Поляризация света). Простейший такой П. — полутеневой поляриметр Корню, предназначенный для измерения степени линейной поляризации. Основными элементами этого П. служат призма Волластона (см. Поляризационные призмы) и анализатор. Поворотом анализатора (шкала поворота проградуирована на значения р) уравнивают яркости полей, освещаемых пучками, которые при выходе из призмы имеют неодинаковую интенсивность. Фотоэлектрический П. в наиболее простом случае измерения степени линейной поляризации состоит из вращающегося вокруг оптической оси П. анализатора и фотоприёмника. Отношение амплитуд переменной составляющей тока приёмника к постоянной непосредственно даёт р. Поставив перед П. фазовую пластинку четверть длины волны (см. Компенсатор оптический, Поляризационные приборы), можно использовать его для измерения степени круговой (циркулярной) поляризации.
П. широко и эффективно применяются в первую очередь в поляриметрии для изучения структуры и свойств веществ, а также для других научных исследований и решения технических задач. В частности, измерения степени циркулярной поляризации излучения космических объектов позволяют обнаруживать сильные магнитные поля во Вселенной.
40. Тепловые излучения. Закон Кирхгофа. Законы Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина.
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (температурное излучение) - эл--магн. излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутр. энергии (в отличие, напр., отлюминесценции, к-рая возбуждается внеш. источниками энергии). Т. и. имеет сплошной спектр ,положение максимума к-рого зависит от темп-ры вещества. С её повышением возрастает общая энергия испускаемого Т. и., а максимум перемещается в область малых длин волн. Т. и. испускает, напр., поверхность накалённого металла, земная атмосфера и .Т. и. возникает в условиях детального равновесия в веществе (см. Детального равновесия принцип)для всех безыз-лучат. процессов, т. е. для разл. типов столкновений частиц в газах и плазме, для обмена энергиями электронного и колебат. движений в твёрдых телах и т. д. Равновесное состояние вещества в каждой точке пространства - состояние локального термодинамич. равновесия (ЛТР) - при этом характеризуется значением темп-ры, от к-рой зависит Т. и. в данной точке.Законы Кирхгофа:Алгебраическая сумма токов в ветвях, сходящихся к любому узлу электрической цепи, тождественно равна нулю. Согласно этому закону, если к некоторому узлу цепи подсоединено n ветвей с токами i1, i2, ..., in, то в любой момент времени , где , если направление тока положительно и ориентировано от узла (ток выходит из узла), или , если ток входит в узел. Таким образом, любому узлу цепи соответствует уравнение, связывающее токи в ветвях цепи, соединенных с данным узлом. . В соответствии с первым законом Кирхгофа: . В соответствии со вторым законом Кирхгофа при обходе контура по часовой стрелке справедливо соотношение: . Изменение направления обхода эквивалентно изменению знаков напряжений на противоположные Второй закон Кирхгофа формулируется следующим образом: алгебраическая сумма напряжений ветвей в любом контуре цепи тождественно равна нулю. Для замкнутого контура, изображённого на рисунке 6, можно записать соотношение: Зако́н смеще́ния Ви́на даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела. λmax = b/T ≈ 0,002898 м·К × T −1 (K),где T — температура, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью. Коэффициент b, называемый постоянной Вина, в системе СИ имеет значение 0,002898 м·К.Для частоты света (в герцах) закон смещения Вина имеет вид:
Где α ≈ 2,821439… Гц/К — постоянная величина,k — постоянная Больцмана,h — постоянная Планка,T — температура (в кельвинах).ё
41.Гипотеза квантов. Формула планка для теплового излучения абсолютно черного тела.
Г. Кирхгоф в 1860 г. сформулировал новый закон, который гласит, что для излучения одной и той же длины волны при одной и той же температуре отношение испускательной и поглощательной способностей для всех тел одинаково. Другими словами, если ЕλТ и АλТ — соответственно испускательная и поглощательная способности тела, зависящие от длины волны λ и температуры Т- тогде φ(λ, Т) — некоторая универсальная функция λ и Т, одинаковая для всех тел. Кирхгоф ввел понятие абсолютно черного тела как тела, поглощающего все падающие на него лучи. Для такого тела, очевидно, АλТ = 1; тогда универсальная функция φ(λ, Т) равна испускательной способности абсолютно черного тела. Сам Кирхгоф не определил вид функции φ(λ, Т), а лишь отметил некоторые ее свойства. Итак, квантовая механика появилась в тот момент, когда физики были вынуждены признать идею Макса Планка о проявлении квантовых свойств электромагнитного поля при его взаимодействии с веществом. Имеется в виду теоретическая формула Планка для спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела., здесь rνTdν – энергия электромагнитного излучения, выделяемая в единицу времени с единицы поверхности абсолютно черного тела, разогретого до абсолютной температуры T вблизи частоты ν в интервале частот dν, π – число пи, с – скорость света в вакууме, h – фундаментальная константа, которая впервые появилась в этой формуле и получила название постоянной Планка.
42. Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.
В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта. 1. Сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела.2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты, то фотоэффекта не происходит. Максимальная энергия электронов после вылета имеет вид: . Это уравнение носит название уравнения Эйнштейна.
и орбитальных автоматических станциях.
43. Строение атома. Планетарная модель атома. Опыты резерфорда.
СТРОЕНИЕ АТОМА:При химических реакциях ядра атомов остаются без изменений, изменяется лишь строение электронных оболочек вследствие перераспределения электронов между атомами. Способностью атомов отдавать или присоединять электроны определяются его химические свойства.Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Благодаря волновым свойствам электроны в атоме могут иметь только строго определенные значения энергии, которые зависят от расстояния до ядра. Электроны, обладающие близкими значениями энергии образуют энергетический уровень. Он содержит строго определенное число электронов - максимально 2n2. Энергетические уровни подразделяются на s-, p-, d- и f- подуровни; их число равно номеру уровня. Планетарная модель атома:Как следует из названия, атом сравнивается с планетой. В данном случае планету представляет из себя ядро атома. А вокруг ядра на довольно большом расстоянии вращаются электроны, как и вокруг планеты вращаются спутники. Только скорость вращения электронов в сотни тысяч раз превосходит скорость вращения самого быстрого спутника. Поэтому при своем вращении электрон создает как бы облако над поверхностью ядра. И существующие заряды электронов отталкивают такие же заряды, образованные другими электронами вокруг других ядер. Поэтому атомы не «слипаются», а располагаются на некотором расстоянии друг от друга. В 1912 г. Э.Резерфорд и его сотрудники поставили опыт по рассеянию альфа-частиц в веществе.Альфа-частицы испускались источником, помещенным внутри свинцовой полости. Все альфа-частицы, кроме движущихся вдоль канала, поглощались свинцом. Узкий пучок альфа-частиц попадал на фольгу из золота перпендикулярно к ее поверхности; альфа-частицы, прошедшие сквозь фольгу и рассеянные ею, вызывали вспышки (сцинтилляции) на экране, покрытым веществом, способным светиться при попадании частиц. В пространстве между фольгой и экраном обеспечивается достаточный вакуум, чтобы не происходило рассеяние альфа-частиц в воздухе. Конструкция прибора позволила наблюдать альфа-частицы, рассеянные под углом до 150 градусов.
44.Атом водорода по Бору. Квантовые числа. Таблица Менделеева.
При движении электрона по орбите сила Кулона является центростремительной. Тогда
По II – му постулату Бора
следовательно, Радиус первой боровской орбиты равен r0 = 0,529 År ~ n2.Внутренняя энергия атома равна сумме кинетической и потенциальной энергииИзследуетТогдаПодставив в формулу выражение для r, получим разрешенные значения энергии: где знак минус означает, что электрон находится в связанном состоянии. энергетические состояния атома образуют последовательность энергетических уровней, изменяющихся в зависимости от значения n. Целое число n в (1), определяющее энергетические уровни атома, называется главным квантовым числом. Энергетическое состояние с n =1 является основным состоянием. Состояние с n > 1 называется возбужденным. Энергетический уровень, соответствующий основному состоянию, называется основным, все остальные – возбужденными.
Ионизация атома – отрыв электрона от атома. Энергия ионизации атома водорода равна 13,6 эВ.Согласно II – му постулату Бора при переходе атома водорода из стационарного состояния n в стационарное состояние m (n > m) испускается квант с энергиейТеория Бора внутренне противоречива: применяет законы классической физики, а основывается на квантовых постулатах. Теория Бора не может объяснить спектр атома гелия. Квантовые числа — энергетические параметры, определяющие состояние электрона и тип атомной орбитали, на которой он находится.Главное квaнтовое число n определяет общую энергию электрона и степень его удаления от ядра (номер энергетического уровня); оно принимает любые целочисленные значения, начиная с 1 (n = 1, 2, 3, . . .)Орбитальное (побочное или азимутальное) квантовое число l определяет форму атомной орбитали. Оно может принимать целочисленные значения от 0 до n-1(l = 0, 1, 2, 3,..., n-1). Каждому значению l соответствует орбиталь особой формы. Орбитали с l = 0 называются s-орбиталями, l = 1 – р-орбиталями (3 типа, отличающихся магнитным квантовым числом m), l = 2 – d-орбиталями (5 типов), l = 3 – f-орбиталями (7 типов).Магнитное квантовое число m определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Его значения изменяются от +l до -l, включая 0. Например, при l = 1 число m принимает 3 значения: +1, 0, -1, поэтому существуют 3 типа р-АО: рx, рy, рz.Спиновое квантовое число s может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона, называемого спином (от англ. веретено). Для обозначения электронов с различными спинами используются символы: и . Периодическая система химических элементов (более известная как таблица Менделеева) была придумана русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году (В первом своем варианте таблица Менделеева включала всего 63 химических элемента). Таблица Менделеева является классификацией химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. На данной странице представлены 2 таблицы Менделеева - интерактивная и более привычная нам по школьному курсу. Также на сайте работает форум, на котором Вы можете задать любой интересующий Вас вопрос.
45.Явление радиоактивности. Закон радиоактивного распада.
Радиоактивность — это природное явление, когда происходит самопроизвольный распад ядер атомов, при котором возникают излучения.Этот процесс сопровождается испусканием различных частиц(электронов,протонов,нейтронов).По своей физической природе это потоки элементарных, быстродвижущихся частиц, входящих в состав атомных ядер, а также их волновое электромагнитное излучение. Эти излучения имеют большую энергию. Их общим свойством является способность ионизировать вещество, среду, в которой они распространяются: воздух, воду, металлы, человеческий организм и т. д. При этом нейтральные атомы и молекулы вещества распадаются на пары положительно и отрицательно заряженных частиц — ионов.Ионизация вещества всегда сопровождается изменением его основных физико-химических свойств, а для биологической ткани — нарушением ее жизнедеятельности. Поэтому радиоактивные излучения и оказывают на живой организм поражающее действие.Для ионизации вещества требуется затрата определенной энергии внешних сил. Поэтому, проникая в вещество и ионизируя его, радиоактивное излучение постепенно теряет свою энергию.К радиоактивным элементам относят те,которые имеют порядковый номер более 83.В периодической состеме Менделеева они располагаются после висмута.Для этих элементов характерно отсутствие стабильных изотопов. Закон радиоактивного распада — физический закон, открытый английскими ученымиЭрнестом Резерфордом и Фредериком Содди. По его формуле находят число нераспавшихся атомов радиоактивного вещества:N = No · 2 -t/T,
где No — число радиоактивных атомов в начальный момент времени,t — интервал времени,T — период полураспада, т. е. время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов.Чем меньше период распада, тем меньше времени живут атомы, тем быстрее происходит распад.Закон радиоактивного распада является статистическим законом.
46. Строение ядра атома. Протоны и нитроны. Энергия связи атомных ядер.
Согласно этой модели:- ядра всех химических элементов состоят из нуклонов: протонов и нейтронов
- заряд ядра обусловлен только протонами- число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента
- число нейтронов равно разности между массовым числом и числом протонов (N=A-Z)
Условное обозначение ядра атома химического элемента:
X – символ химического элементаА – массовое число, которое показывает :
- массу ядра в целых атомных единицах массы (а.е.м.) (1а.е.м. = 1/12 массы атома углерода)
- число нуклонов в ядре- (A = N + Z) , где N – число нейтронов в ядре атомаZ – зарядовое число, которое показывает:- заряд ядра в элементарных электрических зарядах (э.э.з.)
( 1э.э.з. = заряду электрона = 1,6 х 10 -19 Кл)- число протонов- число электронов в атоме- порядковый номер в таблице МенделееваМасса ядра всегда меньше суммы масс покоя свободных протонов и нейтронов, его составляющих.Это объясняется тем, что протоны и нейтроны в ядре очень сильно притягиваются друг к другу. Чтобы разъединить их требуется затратить большую работу. Поэтому полная энергия покоя ядра не равна энергии покоя составляющих его частиц. Она меньше на величину работы по преодолению ядерных сил притяжения.Разность между массой ядра и суммой масс протонов и нейтронов называется дефектом масс.Обратим внимание на различие в массе частиц: протоны и нейтроны почти в 2000 раз тяжелее электронов. Следовательно, масса любого тела почти целиком определяется массой протонов и нейтронов.Нейтрон, как это следует из его названия, нейтрален - его заряд равен нулю. А протон и электрон имеют одинаковые по величине, но противоположные по знаку заряды. Электрон заряжен отрицательно, а протон - положительно.. О размерах протона и нейтрона придется вспомнить только при описании атомных ядер. Даже по сравнению с размерами атомов протоны и нейтроны чудовищно малы (порядка 10-16 метра).По сути дела, этот короткий раздел сводится к представлению электронов, протонов и нейтронов как строительного материала всех тел в природе. Можно было бы просто ограничиться таблицей 1, однако нам предстоит понять, каким образом из электронов, протонов и нейтроновосуществляется постройка, что заставляет частицы объединяться в более сложные конструкции и каковы эти конструкции.
ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ АТОМНЫХ ЯДЕРЯдра атомов представляют собой сильно связанные системы из большого числа нуклонов.Для полного расщепления ядра на составные части и удаление их на большие расстояния друг от друга необходимо затратитьопределенную работу А.Энергией связи называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны.Е связи = - А. По закону сохранения энергия связи одновременно равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных свободных нуклонов.Удельная энергия связи - это энергия связи, приходящаяся на один нуклон.Если не считать самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Максимальную удельную энергию связи (8,6МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.По мере перегрузки ядер нейтронами удельная энергия связи убывает.Для элементов в конце таблицы Менделеева она равна 7,6 МэВ/нуклон (например для урана).
47. Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях
ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ- это искусственные превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием с частицами ( протонами, нейтронами, альфа-частицами, гамма-частицами) или другими ядрами.Условие, когда протекание ядерной реакции становится возможным:- когда ядро и частица (или другое ядро) сближаются на расстояния, при которых начинают действовать ядерные силы. Так как в реакцию могут вступать ядро и положительно заряженная частица (протон), то необходимо преодолеть возникающие между ними силы отталкивания. Это возможно при больших скоростях частиц.Такие скорости достигаются в ускорителях элементарных частиц. Источниками заряженных частиц для проведения ядерных реакций могут быть:- естественные радиоактивные элементы- ускорители элементарных частиц- космическое излучение. Законы сохранения в ядерных реакциях В ядерных реакция, идущих при относительно небольших энергиях налетающих частиц (< 100 МэВ) выполняется ряд законов сохранения:Закон сохранения электрического заряда.Закон сохранения числа нуклонов.Закон сохранения энергии.Закон сохранения импульса.Закон сохранения момента количества движения. Эти пять законов сохранения выполняются во всех типах реакций, идущих под действием ядерных электромагнитных и слабых взаимодействий. В реакциях идущих в результате ядерных и электромагнитных взаимодействий Закон сохранения пространственной четности. В реакциях идущих в результате ядерных взаимодействий выполняется:
48. Типы ядерных превращений. Радиоактивные ряды.
Существуют следующие виды ядерных превращений: альфа-распад, бета-распад (электронный и позитронный), электронный захват, внутренняя конверсия.Альфа-распад – состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием α-частицы .В общем виде альфа-распад представляется таким образом: где X и Υ – символы соответственно материнского и дочернего ядер.Бета-распад – заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит электронный распад, при котором один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускается электрон и антинейтрино.При этом распаде заряд ядра и соответственно атомный номер элемента увеличивается на единицу. Радиоактивный распад (радиоактивность) — спонтанное изменение состава нестабильных атомных ядер путём испускания элементарных частиц или ядерных фрагментов. Радиоактивными называют вещества, подверженные такому распаду, а также содержащие радиоактивные ядра.Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).Существует естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе, и искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.
49.Цепная ядерная реакция. управляемая цепная реакция
Цепная ядерная реакция- самоподдерживающаяся реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра.Ядро урана-235 под действием нейтрона делится на два радиоактивных осколка неравной массы, разлетающихся с большими скоростями в разные стороны, и два-три нейтрона. Управляемые цепные реакции осуществляются в ядерных реакторах или атомных котлах. В настоящее время управляемые цепные реакции осуществляются на изотопах урана-235, урана-233 ( искусственно получаемого из то-рия-232), плутония-239 ( искусственно получаемого из у рана-238), а так же плутония-241. Очень важной задачей является выделение из природного урана его изотопа-урана-235. С первых же шагов развития атомной техники решающее значение имело использование урана-235, получение которого в чистом виде было, однако, технически затруднено, ибо уран-238 и уран-235 химически неотделимы.
50.Ядерные реакторы. Перспективы использования термоядерной энергии.
Я́дерный реа́ктор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор построен и запущен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. Первым реактором, построенным за пределами США, стал ZEEP, запущенный в Канаде 25 декабря1946 года[1]. В Европе первым ядерным реактором стала установка Ф-1, заработавшая 25 декабря 1946 года в Москве под руководством И. В. Курчатова.К 1978 году в мире работало уже около сотни ядерных реакторов различных типов. Составными частями любого ядерного реактора являются: активная зона с ядерным топливом, обычно окруженная отражателем нейтронов, теплоноситель, система регулирования цепной реакции, радиационная защита, система дистанционного управления. Корпус реактора подвержен износу (особенно под действием ионизирующего излучения)[3]. Основной характеристикой ядерного реактора является его мощность. Мощность в 1 МВт соответствует цепной реакции, в которой происходит 3·1016 актов деления в 1 сек. Исследования физики высокотемпературной плазмы ведутся в основном в связи с перспективой создания термоядерного реактора. Наиболее близкими по параметрам к реактору являются установки типа токамак. В 1968 г. было объявлено о достижении на установке Т-3 температуры плазмы десять миллионов градусов, именно на развитии этого направления в течение последних десятилетий сконцентрированы усилия ученых многих стран.Первая демонстрация самоподдерживающейся термоядерной реакции должна быть осуществлена на сооружаемом во Франции усилиями разных стран токамаке ИТЕР. Полномасштабное использование термоядерных реакторов в энергетике предполагается во второй половине XXI столетия.Помимо токамаков существуют другие типы магнитных ловушек для удержания высокотемпературной плазмы, например, так называемые открытые ловушки. В силу ряда особенностей они могут удерживать плазму большого давления и поэтому имеют хорошие перспективы в качестве мощных источников термоядерных нейтронов, и в будущем – как термоядерные реакторы.
Успехи, достигнутые в последние годы в Институте ядерной физики СО РАН в исследованиях современных осесимметричных открытых ловушек свидетельствуют о перспективности этого подхода. Эти исследования продолжаются и одновременно в ИЯФ ведется проработка проекта установки следующего поколения, на которой уже можно будет продемонстрировать параметры плазмы, близкие к реакторным.