Branduolinė fizika

 1. Įvadas. Branduolio fizikos raidos periodai. Mikropasaulio reiškinių masteliai.. 2. Atomo branduolio sandara ir pagrindinės savybės. Branduolio sandara. Branduolio spindulys. Branduolio masė ir ryšio energija. Izotopai, izobarai. Vaiczekerio formulė. 3. Branduolio ypatybės. Branduolio sukinys ir magnetinis momentas. Giromagnetinis santykis. Kvadrupolinis elektrinis momentas. Branduolio lyginumas. 4. Branduolio modeliai. Sluoksninis branduolio modelis. Protoniniai ir neuroniniai sluoksniai. Magiškieji skaičiai. Lašelinis branduolio modelis. Apibendrintasis branduolio modelis. 5. Branduolinės jėgos. Branduolinių jėgų ypatumai. Sąveikos efektinis skerspjūvis. Branduolinių jėgų veikimo radiusas. Branduolinių jėgų priklausomybė nuo sukinio. Krūvinė branduolinių jėgų neprieklausa. Pakaitinės jėgos. Branduolinių jėgų sotis. 6. Nestabilūs branduoliai. Pagrindinės branduolių nestabilumo priežastys. Bendrieji radioaktyviojo skilimo dėsniai. Skilimo konstanta. Pusamžis ir vidutinė gyvavimo trukmė. Radioaktyviosios šeimos. Radioaktyvioji pusiausvyra. 7. Radioaktyvieji skilimai. a skilimas. a dalelių energija ir siekis. Smulkioji a spektrų sandara. Tunelinis reiškinys. b skilimas. Elektronų energetinis spektras. Energetinės sąlygos b-, b+ skilimams. g spinduliavimas. γ aktyvių branduolių gavimas. Vidinė konversija. 8. Jonizuojančioji spinduliuotė. Jonizuojančios spinduliuotės ir jos dozių samprata. Sugertoji dozė. Ekspozicinė dozė. Lygiavertė dozė. Dozės galia. Spinduliuotės konstanta. Rentgeno spinduliuotė. Rentgeno spinduliuotės sąveika su aplinka. 9. g spindulių ir medžiagos sąveika.. Eksponentinis sugerties dėsnis. Fotoelektrinė sugertis. g spindulių sklaida. Komptono sklaida. Elektronų ir pozitronų poros. Pozitronas. Porų kūrimas. Pozitronų ir elektronų anihiliacija. 10. Dalelių greitintuvai ir registravimo būdai. Greitintuvų tipai. Linijiniai greitintuvai. Cikliniai greitintuvai. Priešpriešinių dalelių greitintuvai. Dalelių detektoriai. Burbulinė kamera. Vieliniai skaitkliai. Scintiliaciniai skaitikliai. Puslaidininkiniai jutikliai. 1. 1896 -1912 nuo radioaktyvumo iki atomo branduolinės sandaros ištyrimo. 1913-1918 atomo branduolio atsiradimo iki pirmosios branduolinės energijos. 1919-1932 nuo branduolinės reakcijos iki neutrino atsiradimo. 1933-1938 nuo neutrino iki branduolių dalijimosi reakcijų atsiradimo. 1939 iki dabartinių laikų, urano dalijimosi reakcijos atsiradimas. Ilgio matavimo vienetas 1 fermis = 1fm=10(-15); Branduolinė trukmė per kurį didelės energijos dalelė greičiu v perkelia per kitą dalelę, kurios spindulys yra r. τ=r/v. Energija matuojama elektronvoltais 1eV, dažniausiai išreiškiama 1MeV. Masė matuojama atominiais masės vienetais. 2. Branduolys susideda iš teigiamo el. krūvio protonų (simbolis p. Ramybės masė - 1.007276 a.m.v. , sukinys - 1/2, elektros krūvis +1e) ir neutralaus krūvio neutronų (ramybės masė -1.008665 a.m.v., sukinys - 1/2, elektros krūvio neturi.). Protonų skaičius yra cheminio elemento atominis numeris (eilės numeris periodinėje elementų sistemoje). Bendras protonų ir neutronų skaičius branduolyje yra apytikriai lygus branduolio masei atominės masės vienetais. Branduolio spindulys R=R0A1/3. Izotopas- vieno cheminio elemento atmainos, atomų branduoliuose turinčios skirtingą neutronų skaičių, esant tam pačiam protonų skaičiui. Skiriasi atominės masės A numeriais. Izobarai – nuklidai kurie turi vienoda masės sk tačiau skirtingą krūvį. Branduolio ryšio energija tai yra darbas kurį reikia atlikti norint branduolius suskaldyti i atskirus nuklonus: ∆E=(Z*mp+(A-Z)mn-M)c2. Energijos ir masės sąryšis: E=mc2. Vaiczekerio formulė apibūdina visus veiksnius nuo kurių priklauso branduolio ryšio energija: ∆E=αA2/3-βB2/3-γZ2A1/3-η(N-Z)2A-1+C; Vaiczekeris pasiūlė branduolių masės formulę, pagal kurią visų nuklidų mases galima išreikšti atominio sk Z ir masės sk A f-ja. m(Z,A)=0,99176A-0,00084Z+0,0191A2/3+0,000762Z2A-1/3+0,1018(A/2-Z)2/A+δ. 3. Jei branduolys turi sukinį, tai jis turi ir magnetinį momentą. S=1/2 protonų ir neutronų sukinys. Branduolių sukiniai gali būti išreikšti sveikais, o kada ir pusiniais kvantiniais skaičiais. Magnetinis momentas, matuojamas boromagnetinais. Μ=eћ/2me. Giromagnetinis santykis – γ=ge/2me, g- giromag. koefic. Kvadrupolinis momentas apibūdina branduolio formos nuokrypį nuo butulio, Q=2lk. Q=0 branduolys įgyja rutulio formą, Q0 branduolys išsitemps. Branduolio lyginumas: ψ(r1, r2, r3,...rn) ψ(-r1, -r2, -r3,...-rn) f-ja lyginė kai koefic teigiamas. 4. Lašelinis branduolio mod: branduolys su savo nuklonais yra prilyginamas skysčio lašui, kurio viduryje yra molekulės. Lašo ir branduolio forma yra sferinė, skystis praktiškai yra nespūdus, todėl didelio ar mažo lašo tankis yra vienodas, ir šias savybes turi branduolys. Sluoksninis modelis: branduoliuose yra ypač stabilios nukleonų konfigūracijos, kurios turi atitikti tam tikrus užpildytus nukleonų sluoksnius. Panašiai susidaro elektronų sluoksniai atomuose (2,10,18,36,54,86). Apibendrinto modelio esmė – kolektyvinė centrinė branduolio dalis ir sluoksninė išorinė su keliais nuklonais dalis. Parametrai, kuriais aprašomos modelio savybės, parenkami empyriškai. Modelio taikymo sritis- branduolio sužadintųjų lygmenų charakteristikų aiškinimas. 5. Branduolių jėgų ypatumai: 1) jėgos yra labai stiprios; 2) jėgos yra traukos jėros; 3) jėgos veikia labai mažuose atstumuose tai yra artiveikos; 4) kiekvienas nuklonas sąveikauja su ribotu gretimų nuklonų skaičiumi. Įsotinimas paaiškinimas atostūmio tarp nuklonų jėgomis, kurios į nuklono veikimo sritį neleidžia patekti daugiau nuklonų. 5) sąveika tarp nuklonų priklauso nuo jų sukinių orientacijos. 6) jėgos nėra centrinės. 7) jėgos nepriklauso nuo nuklono krūvinės būsenos. 8) jos yra pakaitinio pobūdžio. Du nuklonai sąveikauja pasikeisdami kažkokiomis dallėmis. Efektinis skerspjūvis: į labai ploną storio δ ir 1 cm2 ploto sluoksnį, kuriame sklaidančiųjų dalelių tankis yra n, paleiskime N neutronų pluoštą iš jo bus išsklaidyta dN neutronų. Viena sklaidanti dalelė išsklaido neutronus, pataikiusius į plotelį σ. dN/N= σδn; Branduolių veikimo radiusą galima įvertinti remdamiesi branduolio radiuso formule: R=1,25*10-13A1/3cm. σ=2fm. Jėgos yra artiveikės. Priklauso nuo sukinio tai įrodo deuteronas 21D. Deuterono sukinys I=1, tai yra abiejų nuklonų sukiniai yra lygiagretūs. Nėra deut su sukiniu I=0. vadinasi branduolinės jėgos nesusieja 2 nukleonų, jeigu sukiniai yra priešingi, jos priklauso nuo sukinių. Stiprios sąveikos jėgos visos yra vienodos ir nepriklauso nuo krūvio. Tai yra stipriosios sąveikos jėgų krūvinė neprieklausa. Dėl soties savybės dalelių skaičiui branduolyje didėjant, jo tūris didėja proporcingai Air nuklonų tankis lengvuosiuose ir sunkiuosiuose branduoliuose yra maždaug vienodas. 6. Nestabilumo 1, priežastis sunkiuosiuose branduoliuose yra didelis protonų sk, nes veikiančios tarp jų Kulono jėgos stengiasi juos išstumti iš branduolio. 2, jei susidaro nuklidas, kuriame nuklonų skaičiai neatitinka pusiausvyrų, jis nestabilus, išsiskiriantis protonų arba neutronų pertekliumi. Pagrindinis radioakt medžiagų skilimo dėsnis teigia, kad skylančių per labai trumpą laiką dt atomų skaičius yra proporcingas dar tebeesančių atomų skaičiui N tarpui dt: -dN=λNdt. λ- skilimo konstanta. Vidutinė gyvavimo trukmė τ lygi visų atomų amžių sumai, padalintai iš bendrojo atomų sk. Pusamžis tai laiko tarpas, per kurį suskyla pusė visų radioaktyvių nuklidų. Šeimos: urano, torio, neptūnio, aktinio. Pusiausvyra: abiejų medžiagų kiekiai yra atvirkščiai proporcingi skilimo konstantoms arba tiesiog proporcingi pusamžiams ir vidutinėms gyvavimo trukmėms. N1/N2=T1/T2. 7. α skilimas. α=2p + 2n. Z>82. Sąlyga: antrinio branduolio ir α dalelės ryšio energijos suma turi būti didesnė už pirminio branduolio ryšio energiją. Siekis ore yra nuo 3 iki 8 cm. Energija: Q=MpirmEα/Mantr. α dalelėms tirti reikalingi labai stiprūs ir vienalyčiai dideliame tūryje magnetiniai laukai. α dalelės pluoštas nėra vienalytis, jame yra atskiros diskrečios jų grupės. α spektras rodo Th C“ lygmenų schemą. Padeda išsiaiškinti antrinio branduolio energijos lygmenis. Tunelinis reiškinys tai kuomet dalelė pereina pro potencialinį barjerą kurio aukštis yra didesnis už dalelės energiją. β- skilimas tai yra atomo branduolio virsmas kurio metu branduolys savaime išspinduliuoja elektroną ir anti neutroną. Β+ skilimas kurio metu branduolys savaime išspinduliuoja elektrono anti dalelę pozitroną. Elektronų energetinis spektras: Kad įvyktų b- skilimas turi galioti tokia sąlyga: Mx>My. Kad įvyktų b- skilimas: Mx>My+2e. Kad įvyktų absorbavimas Mx>My- γ skilimas. I=I0e-μx, μ- silpninimo koefic. Vidinė konvencija – tai reiškinys kuomet sužadinatas branduolys savo energiją ne tik atiduoti γ kvantams , bet dėl elektromagnetinės sąveikos tarp branduolio ir jį supančio atomo elektronų perduoti tiesiog vienam iš šių elektronų. Šie elektronai vadinami vidinės konvencijos elektronais. 8. Iš sukeltos jonizacijos laipsnio, taigi ir absorbuotos energijos didumo, galima spręsti, kaip spinduliai paveikė medžiagą. Sugertoji dozė tarkime kad masės ∆m kūno dalis absorbavo spindulių energiją ∆E. Da=∆E/∆m. (Gy-gejus). Ekspozicinė dozė taikoma tik rentgeno spinduliams kai jų hυ>3eV, ir ji apibūdina spindulių jonizacinę gebą ore. De=∆q/∆m. ∆q-bendras krūvis visų vieno ženklo jonų, kurie sukuria rentgeno spinduliavimą. Spindulių biologinis veikimas įvertinamas lygeverte doze. Db Da Db=kDa, k- biologinio veikimo koefic. Dozės galia. Kūnai gali absorbuoti tą pačią spindulių dozę per įvairų laiką. Matuojama W/kg. Žmogaus metinė dozė yra apie 0,140rem. Spinduliuotės konst. K=1,959*106*(τ-σ). Rentgeno spinduliai vadinamos elektromagnetinės bangos, kurių bangos ilgis 80-10-2nm. Rentgeno spinduliuotės spektrai: ištisinis, linijinis. Sąveikaujant rentgeno spinduliuotei su aplinka gali būti: koherentinė sklaida, komptono efektas, fotoefektas. 9. Komptono sklaida yra atiduodama iš karto visa vienu aktu. Ji iškarto sunaudojama kokiam nors virsmui. Tokio tipo sugertį atitinka eksponentinis dėsnis: I=I0e-μx. Fotoefektinė sugertis: atomas sugeria γ spindulius ir iš atomo išlekia elektronas. Tuomet atomas jonizuojasi. hυ=mv2/2+W, τ- fotoefekt. Sugerties koef. τ=Z/ (hυ)3. spindulių sklaida pasireiškia 2 būdais: 1) be dažnio pakitimo (klasikinė arba koherentinė); 2) su dažnio pakitimu (nekoherentinė); Komptono sklaida: ∆λ=h/m0c(1-cosθ), h/m0c=0,024 Ǻ. Komptono sklaidą galima nagrinėti kaip elektronų tamprųjį smūgį. Elektronų ir pozitronų poros pasireiškia kai: Eγ>2mc2≈1MeV. K.Andersonas 1932 m. darydamas eksper su Vilsono kamera atrado antidalelę - pozitronas. Kietiems γ spinduliams pereinant per medžiagą, kuriamos elektronų ir pozitronų poros ir didelės energijos fotonams tai yra svarbiausia sugertiems priežastis. Pozitronų ir elektronų anfiliacija: tai yra pozitronui suartėjus su elektronu, jis susijungia su juo ir jų abiejų bendra energija virsta elektromagnetinės spinduliuotės energija. e++e-→2γ. Kartu su energijos lygybe turi galioti ir judesio kiekio tvermės dėsnis. 10. Greitintuvų rūšys: pagal trajektoriją (tiesiniai, cikliniai), pagal greitinimo būdą (tiesioginio veikimo, daugkartinio veikimo, impulsiniai, nuolatinio veikimo). Tiesinis greitintuvas: jame vienoje tiesėje išdėstyta daug laidžių vamzdžių, priekurių prijunktas kintamos įtampos šaltinis. Dalelės greitinamos tik tarp vamzdžių nes jų viduje elektrinis laukas 0. dalelės greičiui didėjant vamzdžių ilgiai didėja ir atstumai tarp jų taip pat didėja. Cikliniai greitintuvai: dalelės juda spiralėmis arba apskritiminėmis trajektorijomis, o tai pasiekiama naudojant magnetinius laukus. Ciklotroną sudaro 2 magnetiniame lauke esantys duantai, prie kurių prijunktas kintamos įtampos šaltinis. Dalelės greitinamos tik tarp duantų esančioje srityje nes duantų viduje elektrinio lauko nėra. Detektoriai: dalelių registravimo būdai remiasi dujų arba skysčiu jonizacija spinduliavimo cheminiu arba šiluminiu skysčiu ir kietųjų kūnų veikimui. (jonizacijos kamera, Geigerio Miulerio skaitiklis, Vilsono kamera, burbulinė kamera, scintiliaciniai skaitikliai). Burbulinė kamera įrengiama tam tikro stiprio vienalyčiame magnetiniame lauke, kad juose, panašiai kaip ir Vilsono kamera, pagal dalelių trajektorijas butų galima nustatyti jų energiją. Scintiliaciniai skaitikliai reaguoja į α, β ir γ spindulius ir ne tik juos skiačiuoja bet ir matuoja jų energiją.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!