Ядерная физика

Ядерные реакции.
H
He
Li
1
1
4
2
7
3

В 1942 году под руководством Энрико Ферми была в первые осуществлена управляемая ядерная реакция.
Ядерная реакция – изменение атомных ядер, вызванное их взаимодействием с элементарными частицами или друг с другом.

А
.β−распад.
Х Y + β−
.α−распад.
X Y + He
Радиоактивный распад ведёт к постепенному уменьшению атомов радиоактивного элемента.
А
А
Z
Z+1
А
Z
Z-2
A-4
4
2

Для осуществления реакции частица должна вплотную приблизиться к ядру
ядро
частица
10-13 см

Но если частицы заряжены одноимённо, то их сближению препятствуют кулоновские силы.
+ +
Fкулоновая

По началу использовались только α-частицы. В 1932 году сделали первое превращение атомных ядер с помощью протонов большой энергии. Тогда удалось расщепить литий на две α-частицы:
37Li+11H 24He+ 24He

Открытие нейтронов
Помимо реакций, вызванных заряженными частицами, существуют реакции с нейтронами. Их открыл великий физик Ферми Открытие таких реакций повернуло ход исследований. Нейтроны лишены заряда и поэтому беспрепятственно входят в атомы и вызывают их превращения:
1327Al + 0 1n 1124Na +24He

Также существует такой парадокс: медленные нейтроны гораздо эффективнее быстрых. Поэтому их замедляют или реже используют. А замедляют их в обыкновенной воде.

Энергия ядерных реакций
Ядерные реакции протекают как с выделением, так и с поглощением энергии. Если кинематическая энергия после реакции становится больше, то считается что энергия выделяется, а если меньше – поглощается.

Энергетический выход ядерной энергии – разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции. Может быть как положительным, так и отрицательным.

Цепная реакция.
Коэффициент размножения нейтронов
K=Ni/Ni-1
n
U
235

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ

Ядерные силы – силы связывающие протоны и нейтроны. Протоны и нейтроны по взаимодействию практически не отличаются поэтому в ядерной физике их называют нуклонами (в двух различных состояниях).

Основное свойство
Нуклоны обмениваются между собой частицами, m которых больше m электрона в 200 раз. Эти частицы были обнаружены в 1947 году и названы пионами(пи-мезонами).

Ядерные силы являются короткодействующими. На расстоянии до 10-15 м сильное взаимодействие нуклонов значительно превосходит электромагнитное и гравитационное, но с увеличением расстояния между нуклонами очень быстро убывает.

Энергия связи ядра

Минимальная энергия, которую нужно задать для разрыва связи в атоме называют энергией связи ядра.
Она позволяет объяснить устойчивость атомных ядер, выяснить, какие процессы ведут выделению энергии.
Ecв

Энергия связи очень велика и равняется:
где m – масса ядра, а c – скорость света в вакууме.
Например: образование 4 г гелия сопровождается выделением такой же энергии, как при сгорании 2 вагонов каменного угля!
E=mc2

Удельная энергия связи – отношение Eсв ядра к числу нуклонов (А). Удельная энергия связи ядра в сотни тысяч раз превосходит энергию связи. Эта величина неодинакова. С ростом массового числа А она увеличивается от 1,1МэВ до 8,8 МэВ, а далее с ростом массового числа убывает до 7,6МэВ.