Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
частиц высоких энергий. Действие основано на вскипании перегретой
жидкости вблизи траектории частицы. Очень чистую жидкость можно нагреть
выше точки кипения, но такая жидкость нестабильна. Прохождение заряженной
частицы через перегретую жидкость приводит к образованию вдоль следа
частицы "зародышевых" центров кипения, которые возникают вследствие
ионизации атомов или молекул, входящих в состав жидкости. За время
порядка миллисекунды образующиеся пузырьки достигают размеров порядка 50-
300 мкм и могут быть сфотографированы.
Счетчик Гейгера - газоразрядный прибор, срабатывающий при прохождении
через его рабочий объем заряженных частиц. Счетчик
264
Атом и атомное ядро
состоит из стеклянной трубки, покрытой внутри металлическим слоем
(катод), и тонкой металлической нити, идущей вдоль оси трубки (анод).
Трубка заполняется газом, например, аргоном. К электродам прикладывается
напряжение в несколько сотен вольт. Заряженная частица, пролетая через
газ, вырывает из атомов электроны. Электрическое поле между анодом и
катодом ускоряет свободные электроны до энергий, при которых они способны
ионизировать атомы. Возникает лавина ионов и электронов, и ток между
электродами возрастает, что и регистрируется электронной схемой. Величина
сигнала (импульса тока) не зависит от энергии частиц, поэтому прибор
работает как счетчик заряженных частиц.
Фотоэмулъсионный метод основан на применении толстослойных
фоточувствительных покрытий. Фотоэмульсия содержит большое количество
микроскопических кристалликов бромида серебра. Быстрая заряженная
частица, проходя через кристаллики, отрывает электроны от отдельных
атомов брома. Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение.
При проявлении восстанавливается металлическое серебро и трек частицы
становится видимым. По длине и толщине трека можно оценить энергию и
массу частицы.
Состав ядра атома. Изотопы. Ядро атома любого химического элемента
состоит из Z положительно заряженных протонов м. N не имеющих
электрического заряда нейтронов. Заряд протона по абсолютной величине
равен заряду электрона. Протон и нейтрон являются двумя зарядовыми
состояниями ядерной частицы, которая называется нуклоном. Количество
протонов в ядре Z совпадает с атомным номером соответствующего
химического элемента в периодической системе Менделеева. Заряд ядра равен
Ze.
Массовым числом ядра А называется общее число нуклонов в ядре A - Z + N.
Для обозначения ядра данного химического элемента X
используется символ ?Х . Ядра с одним и тем же зарядом Ze, но с разными
А, называются изотопами. Изотопы ядер данного химического элемента
отличаются числом нейтронов N. Примеры: изотопы
Определения, попятил и законы
265
водорода ]Н, ,Н (или jD - дейтерий), (или 3,Т - тритий); изотопы урана
"'U , •
Масса атома практически совпадает с массой его ядра, поскольку масса
электрона те составляет всего 1/1836 от массы протона тр и 1/1840 от
массы нейтрона т" (нейтрон несколько тяжелее протона). В атомной и
ядерной физике широко используется атомная единица массы - а. е. м.,
которая равна 1/12 массы ядра углерода '^С , что составляет 1,6605655-
10'27 кг.
Нуклоны, т. е. протоны и нейтроны, в ядре связаны между собой ядерными
силами, которые намного превышают силу кулоновского отталкивания между
протонами (отсюда название - сильные взаимодействия). Ядерные силы
действуют только на расстояниях порядка 10'15 м.
В атомной и ядерной физике для измерения энергии широко используется
внесистемная единица электронвольт (эВ); 1 эВ = 1,60201-10'19 Дж. В
ядерной физике энергия часто измеряется также в мегаэлектронвольтах
(МэВ); 1 МэВ = 106 эВ.
Энергия связи атомного ядра АЕсв по абсолютной величине равна работе,
которую надо совершить для расщепления ядра на составляющие его нуклоны
без сообщения им кинетической энергии. Из закона сохранения энергии
следует, что при образовании ядра из свободных нуклонов должна выделиться
энергия, равная АЕсв. Удельной энергией связи ядра Деев называется
величина АЕсв!А, равная средней энергии связи, приходящейся на один
нуклон.
Мерой энергии связи атомного ядра является дефект массы. Дефектом массы
Ат называется разность между суммарной массой всех нуклонов ядра в
свободном состоянии и массой ядра М":
Ат = Zmp + (А - Z)m" - М,. (5.3)
Согласно теории относительности, энергия связи данного ядра и его дефект
массы связаны соотношением: АЕсв = Ате2.
266
Атом и атомное ядро
Понятие о ядерных реакциях. Ядерными реакциями называются превращения
атомных ядер, вызванные их взаимодействием с различными частицами или
друг с другом. В большинстве случаев в ядерных реакциях участвуют два
ядра и две частицы. Символическая запись ядерной реакции: А + а -> В + Ь,
где А и В - исходное и конечное ядра, а и b - исходная и конечная частицы
в реакции. Исторически первой была наблюдена ядерная реакция превращения
азота под действием а-частиц в кислород: '^N+jHe-)'gO+Jp. При всех
ядерных реакциях соблюдаются законы сохранения электрического заряда и
