Физика атомного ядра. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Протон— нуклон в заряженном состоянии, нейтрон — в нейтральном. Протон и нейтрон обладают полуцелым спином, равным h/2. Ядро атома любого химического элемента состоит из протонов и нейтронов. Химические свойства элемента определяются зарядовым числом Z, или числом протонов в ядре.

Изотопы — атомы одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов в ядре (зарядовое число Z) и разное число нейтронов N.

Протоны и нейтроны удерживаются в ядре в результате сильного взаимодействия друг с другом.

Протон— нуклон в заряженном состоянии, нейтрон — в нейтральном. Протон и нейтрон обладают полуцелым спином, равным h/2. Ядро атома любого химического элемента состоит из протонов и нейтронов. Химические свойства элемента определяются зарядовым числом Z, или числом протонов в ядре.

Изотопы — атомы одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов в ядре (зарядовое число Z) и разное число нейтронов N.

Протоны и нейтроны удерживаются в ядре в результате сильного взаимодействия друг с другом.

Зарядовая симметрия сильного взаимодействия — независимость сил взаимодействия между нуклонами от их электрических зарядов. Энергетически выгодно парное расположение нуклонов с антипараллельными спинами в одном энергетическом состоянии ядра. Наиболее стабильными являются четно-четные ядра (состоящие из четного числа протонов и нейтронов), а среди них — «магические» ядра, у которых число протонов и нейтронов равно одному из чисел 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126

Максимальной устойчивостью и поэтому наибольшей распространенностью в природе обладают дважды магические ядра

у которых магическим является как число протонов, так и число нейтронов.

Радиус ядра зависит от массового числа по закону:

где r₀= 1,2 фм.

Удельная энергия связи — энергия связи, приходящаяся на один нуклон.

Радиоактивность — явление самопроизвольного (спонтанного) превращения одних ядер в другие с испусканием различных частиц.

Естественная радиоактивность — радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых изотопов, существующих в природе.

Искусственная радиоактивность — радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях.

Альфа-распад — спонтанное превращение радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием α-частицы.

Бета(минус)-распад — спонтанное превращение радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием электрона и антинейтрино.

Энергия распада— суммарная кинетическая энергия продуктов распада.

Гамма-излучение — электромагнитное излучение, возникающее при переходе ядер из возбужденного в более низкое энергетическое состояние.

Период полураспада — промежуток времени, за который распадается половина первоначального числа атомов.

Закон радиоактивного распада — закон убывания числа N радиоактивных атомов со временем:

где

— первоначальное число атомов (при t = 0), T_1/2 — период полураспада.

Активность радиоактивного вещества — число распадов радиоактивных ядер за 1 с.

Единица активности — беккерель (1 Бк).

1 Бк — активность радиоактивного вещества, в котором за 1 с происходит 1 распад:

Энергетический выход реакции деления — энергия, выделяющаяся при делении одного ядра.

Цепная реакция деления — реакция, при которой число делящихся ядер лавинообразно нарастает. Скорость цепной реакции деления ядер характеризуют коэффициентом размножения нейтронов.

Коэффициент размножения нейтронов — отношение числа нейтронов N_t в данном поколении цепной реакции к их числу N_t-1 в предыдущем поколении:

При k = 1 реакция протекает стационарно: число нейтронов сохраняется неизменным.

При k > 1 реакция нестационарна: число нейтронов лавинообразно нарастает.

Критическая масса — минимальная масса урана, начиная с которой реакция деления ядер становится самоподдерживающейся. Самоподдерживающаяся реакция деления ядер возникает, если за время пролета нейтроном среды успевает образоваться новый нейтрон в результате реакции деления.

Ядерный реактор — устройство, в котором выделяется тепловая энергия в результате управляемой цепной реакции деления ядер.

Мощность реактора — количество тепловой энергии, выделяющейся в единицу времени.

Термоядерный синтез— реакция, в которой при высокой температуре, большей 10⁷К, из легких ядер синтезируются более тяжелые Характер воздействия радиоактивного излучения на живой организм зависит от дозы поглощенного излучения и его вида

Доза поглощенного излучения — отношение энергии E_изл излучения, поглощенной облучаемым телом, к его массе m:

Единица дозы поглощенного излучения — грэй (1 Гр); 1 Гр = 1 Дж/кг.

Коэффициент относительной биологической активности, или коэффициент качества k, характеризует различие биологического действия различных видов излучения. Эквивалентная доза поглощенного излучения — произведение дозы поглощенного излучения на коэффициент качества

Единица эквивалентной дозы — зиверт(1 Зв).

Среднее значение эквивалентной дозы поглощенного излучения, обусловленной естественным радиационным фоном, составляет около 2 мЗв в год