Ядролық физиканың даму тарихы

Ядролық физика физиканың зерделеуге арналған құрылымын атом ядросының процестерін радиоактивті ыдырау тетігін ядролық реакциялар.
Мән бере отырып, осы терминіне неғұрлым жалпы мағынасы, ядролық физика жиі жатқызады, сондай-ақ, физика элементар бөлшектер. Кейде бөлімдеріне ядролық физика. жалғастырады деп санауға зерттеу бағыттары айналған дербес тармақтары техниканы, мысалы ускорительную техниканы, ядролық энергетика.
Тарихи Ядролық физика туындады дейін оның болу фактісін атомдық ядро. Жасы ядролық физика есептеуге болады ашылғанына радиоактивтілік.
Канонизированного бөлу қазіргі заманғы ядролық физика неғұрлым жіңішке салалары мен бағыттары бар. Әдетте ажыратады ядролық физика төменгі, аралық және жоғары энергиялар. Ядролық физика төмен энергиялар жатқызады мәселелері құрылыстар ядро зерттеу, радиоактивті ыдырау ядролардың, сондай-ақ зерттеулер бойынша ядролық реакциялардың шақырылатын бөлшектермен қуатымен 200-ге дейін
Мэв. Энергия 200 Мэв дейін 1 Гэв аралық деп аталады, ал 1 Гэв — жоғары. Бұл шектеу белгілі бір дәрежеде шартты (әсіресе бөлу аралық және жоғары қуат) болып қалыптасты сәйкес даму тарихымен жеделдеткіш техника. Қазіргі заманғы ядролық физика құрылымын ядро зерттейді көмегімен бөлшектердің жоғары энергиялар, ал іргелі қасиеттері элементар бөлшектер белгілейді зерттеу нәтижесінде радиоактивті ыдырау ядролардың.
Ауқымды құрамдас бөлігі ядролық физика төмен энергия болып табылады нейтрондық физика қамтитын зерттеу өзара іс-қимыл баяу нейтрондардың заттармен және ядролық реакциялар әсерінен нейтрондар. Жас облысымен ядролық физика зерттеу болып табылады ядролық реакциялардың әсерінен многозарядных иондардың. Бұл реакциялар пайдаланылады іздеу үшін жаңа ауыр ядролардың, сондай-ақ зерттеу үшін өзара іс-қимыл тетігін күрделі ядролардың бір-бірімен. Жеке бағыты-ядролық физика — зерттеу өзара іс-қимыл ядролардың бастап электронами және фотонами. Барлық осы бөлімдер ядролық физика тығыз байланысып, бір-бірімен ортақ мақсаттарымен байланысты.
Ядролық физика (және бүкіл қазіргі заманғы физика) бар күрт бөлу эксперимент және теория. Арсенал эксперименттік құралдарын ядролық физика сан алуан және техникалық жағынан күрделі. Оның негізін құрайды үдеткіші зарядталған бөлшектердің (электрондардың дейін многозарядных иондардың), ядролық реакторлар, қызметшілер қуатты көзі, нейтрондар, ядролық сәулелену детекторлары, тіркеуші өнімдер ядролық реакциялар. Үшін қазіргі заманғы ядролық эксперимент тән үлкен қарқындылығы ағынының үдетілген зарядталған бөлшектер немесе нейтрондар зерттеуге мүмкіндік беретін сирек ядролық процестер мен құбылыстар, және бір мезгілде тіркеу бірнеше бөлшектер, испускаемых бір актіде ядролық соқтығысу. Көптеген деректер алынатын бір тәжірибесі талап етеді пайдалану ЭЕМ-мен жанасатын тікелей тіркейтін аппаратурамен. Күрделілігі және еңбек сыйымдылығы эксперимент әкеледі, оның орындалуын жиі посильным ғана үлкен ұжымдарға мамандар.
Үшін теориялық ядролық физика тән пайдалану қажеттілігі аппараттарының әртүрлі бөлімдерін, теориялық физика: классикалық электродинамика теориясы, тұтас орталар, кванттық механика, статистикалық физика, кванттық өріс теориясы. Орталық проблема теориялық ядролық физика кванттық міндет қозғалысы туралы көптеген тел, қатты бір-бірімен өзара. Теориямен ядро және элементар бөлшектер болды рождены және дамыған жаңа бағыттары теориялық физика (мысалы, теориясы сверхпроводимости теориясы, химиялық реакциялар), алған кейіннен қолдану басқа да салаларда физика және положившие басындағы жаңа математикалық зерттеулер (кері есеп теориясы шашырау және оны қолдану шешімі сызықты емес теңдеулердің дербес туындылы) және т. б.
Дамыту теориялық және эксперименттік ядролық зерттеулер взаимозависимо және тақырыптық байланысты. Алдында тұрған ядролық физикамен мәселелері өте күрделі және тек аз ғана жағдайларда шешілуі мүмкін таза теориялық немесе эмпирическим путем. Ядролық физика көрсетті дамуына үлкен әсер еткен басқа да бірқатар облыстардың физика (атап айтқанда, астрофизика және физика кафедрасы қатты дене) және басқа да ғылымдар (химия, биология, биофизика).
Қолданбалы маңызы ядролық физиканың қазіргі қоғам өміріндегі орасан зор, оның практикалық қосымшалар фантастикалық алуан — ядролық қару мен ядролық энергетика дейінгі диагностика және терапия медицинада. Сонымен қатар, ол қалып отыр бір іргелі ғылым, прогресс, оның күтуге болады анықтау терең қасиеттерін құрылыстар материя және жаңа жалпы табиғат заңдары.
Әлем, біз өмір сүріп, күрделі және алуан. Ежелден адам танып-білуге тырысты оны қоршаған әлем. Зерттеу жүрді үш бағытта:
1. Іздеу қарапайым құрайтын, оның құрылуы барлық қоршаған материя.
2. Зерттеу күштерін байланыстыратын қарапайым құрайтын материя.
3. Сипаттамасы қозғалыс бөлшектердің әсерінен белгілі күштер.
Біздің философтар ежелгі Грекия қасындағы екі қарама-қарсы көзқарас табиғатын зерттейтін ғылым. Жақтастары бір мектеп (Демокрит, Эпикур) бұл теорияға сәйкес ештеңе жоқ, басқа атомдар мен қуыстарына, движутся атомдары. Олар қарастырдық атомдар ретінде өте ұсақ бөлінбейтін бөлшектер, мәңгілік және өзгермейтін, онда тұрақты қозғалысы және ажыратылатын нысанымен және көлемімен.
Жақтастары басқа бағытын ұстанды тікелей қарама-қарсы көзқарас. Олардың ойынша, ол зат бөлуге шексіз. Бүгін біз білеміз, өте ұсақ бөлшектер заттар сақтайтын оның химиялық қасиеттері
— ол молекулалары мен атомдары. Алайда, біз сондай-ақ білеміз атомдар өз кезегінде күрделі құрылымы бар және тұрады атомдық ядро және электрондар. Атом ядросының тұрады нуклонов — нейтрондар және протондар. Нуклоны өз кезегінде кварков тұрады. Бірақ бөлуге нуклоны құрайтын кварки болмайды. Бұл дегенді білдірмейді кварки «қарапайым». Түсінігі элементарности объектінің белгілі бір дәрежеде деңгейімен анықталады біздің білім. Сондықтан біз үшін үйреншікті бекіту «тұрады …» субкварковом деңгейде болуы мүмкін айырылған мағынасы. Бұл жағдайды түсіну қалыптасты зерттеу барысында физика субатомных құбылыстар.

салыстырмалылық теориясы, кванттық теория
Ашылуы атом ядросы және элементар бөлшектер нәтижесі болып табылады зерттеу құрылыстар заттар, қол жеткізілген физикамен XIX ғасырдың соңында.
Зерттеу электр құбылыстардың сұйықтардағы және газдардағы оптикалық спектрлерді атомдар, рентген сәулелерінің, фотоэффект көрсетті, бұл зат өте күрделі құрылымы бар. 1897 жылы зерттеу кезінде катод сәулелерінің Дж. Томсоном ашылған электрон тасымалдаушы теріс қарапайым электрлік заряд. ХХ ғасыр әкелді көптеген күтпеген жерден » физика. Дәл осы кезде классикалық физика өте дәрменсіз түсініктеме жаңа эксперименттік фактілер. Азаюы уақытша және кеңістік ауқымын, олардың ойнатылады физикалық құбылыстар әкелді «жаңа физика», осындай непохожей арналған талқыланды дәстүрлі классикалық физика.
Дамыту физика XX ғасырдың басында әкелді толық қайта қарау классикалық түсініктер. Негізінде «физика» өтірік екі іргелі теориялар:
. салыстырмалылық теориясы
. кванттық теориясы.
Салыстырмалық теориясы мен кванттық теориясы іргетасы болып табылады, онда салынды сипаттамасы құбылыстар микромира
Құру А. Эйнштейном 1905 жылы салыстырмалық теориясы әкелді түбегейлі өзгерістерге қайта қарау қасиеттері туралы түсініктерін кеңістік және уақыт, көзқарас сипаты электромагниттік өріс. Түсінікті болды, бұл құру мүмкін емес механикалық модельдер үшін барлық физикалық құбылыстар.
Негізіне салыстырмалық положены екі жеке тұжырымдамасы.
. Сәйкес салыстырмалық принципі біркелкі және тура қозғалыс тел әсер етпейді ондағы болып жатқан процестер
. Бар шекті таралу жылдамдығы өзара іс-қимыл жылдамдығы жарықтың бөгелту жаңғыру Жарық жылдамдығы болып табылады іргелі константой қазіргі заманғы теориясы. Болуы шекті таралу жылдамдығын өзара іс-қимыл дегенді білдіреді арасындағы байланыс дағдылары және уақытша интервалмен.
1900 жылы жарияланды жұмыс М. Планк мәселесіне арналған жылулық сәулелену тел. М. Планк моделировал зат жиынтығы ретінде гармоникалық осцилляторов әр түрлі жиіліктер. Предположив, сәуле жүреді емес, үздіксіз, ал аз мөлшерде — квантами, ол формуланы бөлу үшін энергия спектрі бойынша жылулық сәулелену, ол жақсы келісілмеген тәжірибелі деректермен
[pic], онда h — тұрақты Планк, k — Больцман тұрақты, T — температура, [pic]- сәулелену жиілігі.
Осылайша, алғаш рет физика, жаңа іргелі константасы — тұрақты Планк. Гипотеза туралы Планк кванттық табиғаты жылулық сәуле шығару негіздеріне қайшы классикалық физиканың көрсетті шекаралары оның қолдану шегі.
Бес жылдан кейін А. Эйнштейн мен ескертпелерін жинақтап идеясын М. Планк көрсеткендей, квантованность болып табылады жалпы қасиеті электромагниттік сәулелену.
Сәйкес идеяларына А. Эйнштейн электромагниттік сәулелену тұрады кванттардың, аталған кейінірек фотонами. Әрбір фотон белгілі бір энергиясы мен импульсі:
E = h[pic], [pic] = (h/[pic])[pic] [pic] [pic]- толқын ұзындығы және жиілігі фотон, [pic]- бірлік векторы бағытында тарату толқындар.
Ұсыну туралы квантованности электромагниттік сәулелену мүмкіндік берді түсіндіруге фотоэффект заңдылықтары зерттелген эксперименттік
Ж. Герцем және А. Столетовым. Негізінде кванттық теориясы А. Комптоном 1922 жылы түсіндіруге құбылыс серпімді шашырауының электромагниттік сәулелену бос электронах, сопровождающееся ұлғаюымен толқын ұзындығы жарық.
Ашу двойственной табиғат электромагниттік сәулеленудің корпускулалық — толқындық дуализма елеулі әсер еткен дамыту кванттық физика, түсініктеме табиғат, материя. 1924 жылы Луи де Бройль ұсынған гипотезаны туралы жан-жақтылық корпускулалық-толқындық дуализма. Осы гипотезе болмайды, тек фотоны, бірақ және кез келген басқа да бөлшектер материяның қатар корпускулярными ие, сондай-ақ волновыми қасиеттері бар. Ара байланыстыратын шығарудың корпускулалық және толқындық қасиеттері бөлшектердің бірдей http фотондар үшін
E = [pic][pic], [pic]= [pic][pic], |p| = h/[pic][pic][pic]/[pic], мұндағы h = 2[pic][pic], [pic]= 2[pic][pic] — толқын ұзындығы, оны салыстыру с частицей. Толқындық векторы [pic]бағытталған қозғалыс бағыты бойынша бөлшектер. Тікелей тәжірибелермен растайтын идеясын заттардың корпускулалық — толқындық дуализма, тәжірибелер, орындалған 1927 жылы К. Дэвиссоном және
Л. Джермером бойынша дифракция электрондардың монокристалле никель. Кейінірек байқалды дифракциясы және басқа да оқып үйрену. Әдісі дифракция бөлшектер қазіргі уақытта кеңінен қолданылады зерделеу құрылысы мен қасиеттерінің заттар.
Эксперименталды растау идеялар заттардың корпускулалық-толқындық дуализма әкелді қайта қарау үйреншікті көріністер қозғалысы туралы бөлшектер мен тәсілін сипаттау бөлшектер. Үшін классикалық материалдық нүктелерінің тән қозғалыс белгілі бір траектория, сондықтан олардың координаттары мен серпін кез келген уақытта дәл белгілі. Үшін кванттық бөлшектердің бұл бекіту тиімсіз, өйткені үшін кванттық бөлшектер импульс бөлшектер байланысты оның толқын ұзындығы, туралы айтуға ұзындығы толқындар осы нүктесінде кеңістігін бессмысленно. Сондықтан, кванттық бөлшектер болмайды бір мезгілде дәл мәнін айқындау оның координат және импульс. Егер бәрі уақытты дәлме-дәл белгілі бір ереже кеңістікте болса, онда оның импульс толық неопределен және керісінше, бәрі де белгілі бір серпін бар толық неопределенную координату.
Белгісіздік мәні координаттары бөлшектер [pic]x және белгісіздік мағынасында компоненттері импульс бөлшектер [pic]px-бірімен ара-қатынасы белгісіздік белгіленген. В. Гейзенбергом 1927 жылы
[pic]x·[pic]px[pic][pic].
Резерфорд ашады атом ядросы
Дамытумен қатар идеялар кванттық теориясы дамыды ұсыну туралы материяның құрылымы. Бірі модельдер атом ұсынылды 1904 жылы Дж. Томсоном. Сәйкес моделі Дж. Томсон тұжырымдамалары атом болмен бейтарап жүйесі, тұратын зарядталған шар с зарядпен +Ze, оның ішінде белгілі бір тең салмақты ережелері бар Z теріс зарядталған электрондар. Өлшемі атомның ~10-8 см Тікелей эксперименттік зерттеулер атом құрылысының орындалды 1911 жылы Э. Резерфордом, ізденіп, шашырау [pic]-бөлшектер арқылы өту кезінде жұқа фольга.
Бұрыштық бөлу [pic]-бөлшектер, шашыраңқы арналған алтындағы свидетельствовало туралы, оның оң заряды шоғырланған атомның кеңістіктік облысының өлшемі аз 10-12 см. Бұл негіз планетарной моделі атомның Резерфорд, оған сәйкес атом тұрады ауыр оң зарядталған атом ядросының радиусы аз 10-12 см және айналмалы айналасында теріс зарядталған электрондар. Өлшемі атомның өлшемімен анықталады оның электрондық қабықшасы құрайды ~10-8 см, ондаған мың есе мөлшерінен асатын болса, атом ядросы. Қарамастан атом ядросы алып аз ғана бөлігін көлемінің атомы онда шоғырланған
99,98%, оның массасы.
Ұсынған Э. Резерфордом моделі атомның шешуші рөл атқарды дамыту кванттық механика. Бұл негізінде классикалық физиканың мүмкін емес түсіндіруге наблюдаемую тәжірибесі атомның тұрақтылығы.
Айналмалы орбитадағы электрондар сәйкес классикалық физика, керек таратуы күш-қуатын, потеряв оның құлауы » атом ядросы. Өйткені мұндай құбылыстар фотоэффект құбылысы дифракция электрондардың арқасында түсіндіруге көмегімен кванттық түсініктерді, әбден ақылға қонымды көрінген көріңіз көмегімен осындай тәсілді түсіндіру және тұрақтылығы электрондық орбиталар атом физикасы.
1913 жылы Н. Бор ұсынды жаңа квантовую теориясын орбиталар. Осы теорияға электрон болуы мүмкін айналатын ядросының айналасында неопределенно ұзақ, излучая энергиясын, егер оның орбитада укладывается бүтін сан толқын ұзындықтары де бройль. Осылайша тұрақты орбитаның в атоме бұл-орбитаның радиусы, олардың rn арақатынасымен анықталады rn = n2h2/Zmee сәйкес келетін белгілі бір энергетикалық деңгейлері атом
En = — Z2e4me/2n2h2.
Атом өтуі мүмкін бір күйден, испустив квант энергиясы — фотон h[pic] = Еі — Ek, онда Еі және Ek — энергия деңгейлерінің араларында ауысуы.
Нерелятивистская кванттық теориясы.
Шредингер Теңдеуі
Ортасында 20-шы жылдардың болды әлбетте, бұл полуклассическая теориясы атом
Н. Бор бере алмайды толық сипаттау қасиеттерінің атом физикасы. 1925 — 1926 жылдары жұмыстарға. В. заттың корпускулалық-толқындық дуализмі және Э. Шредингер әзірленді жалпы тәсіл сипаттау кванттық құбылыстар — кванттық теориясы. Эволюция кванттық жүйенің нерелятивистском жағдайда сипатталады толқындық функциясы қанағаттандыратын Шредингер теңдеуі
[pic] мұндағы [pic](x,y,z,t) — толқындық функция, [pic]- Гамильтон операторы (оператор толық энергия жүйесі)
Бұл жағдайда нерелятивистском
[pic], мұндағы m — бөлшектің массасы, [pic]- операторы, импульс, U(x,y,z) — потенциалдық энергия бөлшектер. Қою заңы қозғалыс кванттық механикадағы бөлшектің бұл анықтау мәні толқындық функцияны кез келген уақытта әрбір нүктесінде кеңістік. Шредингер теңдеуі ойнайды кванттық механикадағы дәл осындай рөлі және Ньютонның классикалық механика. Ең поразительной ерекшелігі кванттық физика болып шықты, оның ықтималдық сипаты. Ықтималдық сипаты заңдар іргелі болып табылады қасиеті микромира. Квадрат модулі толқындық функциясын сипаттайтын күйі кванттық жүйенің вычисленный кейбір нүктесінде анықтайды ықтималдығы табу бөлшекті осы нүктесінде.

Радиоактивтілік
Біраз уақыт атом ядросы мен электрондары саналған қарапайым құрайтын заттар. Бірінші нұсқау болуы атом ядросының ашылуымен байланысты болды 1898 жылы А. Беккерелем радиоактивтілік. Бұл ғасырына дейін Резерфорд эксперименталды дәлелдеді, оны тоқтатты. Бұл кейбір минералдар-табиғи лифті өздігінен қозғалып кетуі испускают сәуле белгісіз табиғат.
Бірнеше жылдар өткен көрсетілді белгісіз сәуле тұрады бөлшектер үш түрлі, қатты ерекшеленетін, бір-бірінен:
1. Бейтарап зарядталған бөлшектер — фотондар.
2. Теріс зарядталған бөлшектер — электрондар.
3. Оң зарядталған бөлшектер.
Алдымен кешіріңіз, бұл табылған сәуле шығару испускаются атомом, және тек кейінірек айқын болды, бұл олардың көзі болып табылады атом ядросы.
Құбылыс өздігінен ыдырау атом ядроларының атала сәулелі. Көрнекті рөлін түсіну табиғат радиоактивті ыдырау ойнады жұмыс Пьер және Мария Кюри.
Зерттей отырып треки кезінде пайда болатын радиоактивтік ыдырауына оң зарядталған бөлшектердің электр өрісінде, Э. Резерфорд көрсеткендей, бұл бөлшектер массасы гелий атомы және зарядпен +2e. 1919 жылы Ф. Астон салып бірінші масс-спектрограф көмегімен алынған нақты маңызы бар масс атом ядроларының. Дәлелденген, ол оң зарядталған бөлшектер табылған кезде радиоактивтік ыдыраған ядролардың болып табылады ядролармен атомы гелий.
Бұл бөлшектер аталды [pic]-бөлшектер.
Алғашқы ядролық реакция
1919 ж., жалғастыра отырып, эксперименттер бойынша рассеянию [pic]-бөлшектердің әр түрлі мишенях, Э. Резерфорд тауып, бұл бомбылау кезінде ядролардың азот
[pic]-бөлшектермен одан вылетают оң зарядталған бөлшектер. Шамасы зарядтың бұл бөлшектер абсолюттік шамасы бойынша тең шама заряд электрона, бірақ противоположна таңба бойынша қойылады. Бөлшектің массасы болды шамамен 2000 есе артық массасын электрона. Қайталау тәжірибесін басқа мишенях көрсеткендей, оң зарядталған бөлшектер вылетают және басқа атом ядроларының.
Табылған бөлшектер аталды протонами. Ядролық реакция, онда алғаш рет табылған протоны, түрінде жазылады
14N + [pic] [pic]17O + p
Бірінші көзқарас жазылған реакциясын дәлелдейді
Э. Резерфорду жүзеге асырылды, яғни көптеген ғасырлар бойы жасауға тырысты алхимики — айналдыру, бір зат басқа. Ядро азот превращалось » ядросы оттегі. Бұл бірінші ядролық реакция жүзеге асырылған жасанды зертханалық жағдайларда.
Сол уақытта анық болды протоны деп қарапайым бөлшектермен құрамына кіретін атом ядросы.
Неден тұрады, атом ядросы?
Өлшеу масс атомдар көмегімен масс-спектрографа Ф. Астона көрсетті, бұл масса барлық зерттелген атомдар дәлдікпен ~10% — ға пропорционалды массасы протон — M ~ Amp A қабылдайды тек целочисленные маңызы бар. Бұл факт болды құру үшін негіз протон-электрондық моделін атом ядросы. Бұл модель деп болжанған болатын атом ядросы тұрады A протондар мен (A-Z) электрондар. Бұл модель оңай объяснялись табылған Астоном пропорциональді массасының атом ядросының санына A шамасы, атом ядросы. Алайда, жиналуына қарай, эксперименттік деректерді жұртқа атом ядролардың магниттік сәттер мен спинам атом ядроларының, протон-электрондық моделін ядролар басталғанға қиындықтарға тап түсініктеме эксперименттік деректер. Дегенмен, протон-электрондық моделін ядролар жалғасты дейін
1932 жылғы.
Простейшая моделі [pic]-ыдырау ұсынылды 1928 жылы Г. Гамовым және қарамастан оған Ж. Герни және Э. Кондоном. Бұл модель деп болжанған болатын [pic]-бәрі де үнемі бар ядросында. Ықтималдығы [pic]-ыдырау негізінен анықталады ықтималдығы өту [pic]-бөлшектер арқылы кулондық потенциалды барьер.
— Да 1930-1932 жж. разыгрались толық драматизма оқиғалар. Жалғастыра отырып, басталған Резерфордом бойынша эксперименттер сәулеленуге жұқа фольг бірі-бериллий
[pic]-бөлшектермен, В. жұмысында істейді және Г. Беккер тауып, қатты проникающее сәуле тұратын бейтарап бөлшектер. Бастапқыда ұсынған гипотеза, бұл фотоны жоғары энергиялар, ұстадым тексеру. Тек 1932 ж. ағылшын физигі Д. Чедвик көрсеткендей, бұл жаңа, әлі күнге дейін белгісіз бейтарап бәрі массасы шамамен тең массасы протонның. Табылған бәрі аталды нейтроном. Ашылғаннан кейін дереу нейтронның Д. Иваненко мен В. Гейзенберг қарамастан ұсынды, болжам, атом ядросы тұрады, нейтрондар және протондар. Бұл модель ұстадым сынау және уақытпен көрсеткендей, экспериментальнные бақылау, қалыпты жағдайда ауытқу протонно-нейтрондық моделін байланысты ішкі құрылымы нуклонов, көп емес. Протоны мен нейтрондар атом ядросындағы байланысты ерекше күшімен тән үлкен шамасы және кіші радиусы ~10-13 см Ядролық күштер айтарлықтай жоғары күш электростатикалық кулоновского отталкивания протондар және негіздейді үлкен тығыздығы заттар ядро ~1014 г/см3. Бұл жаңа түрі өзара байланыстыратын нейтрондар және протоны деп атады ядролық немесе күшті өзара іс-қимылымен. Бұл екі атаулары ұзақ уақытқа пайымдауынша, синонимдер. Бүгін біз білеміз: қатты өзара іс-қимылды байланыстырады кварки ішіндегі нуклона, ядролық өзара іс-қимыл, байланыстырушы нейтрондар және протоны, салдары болып табылады күшті өзара іс-қимыл. Ядролық өзара іс-қимылды өзгертеді қасиеттері нуклонов.
Мысалы, еркін нейтрон бола отырып, тұрақсыз частицей, ішінде ядро болуы мүмкін тұрақты. Қатынасы бойынша күшті өзара протон мен нейтрон бірдей қасиеттері. Бұл әкеп соқты ашу, жаңа симметрия
— изотопической инвариантности күшті өзара. Енгізілді жаңа кванттық сипаттамасы — изоспин.
Көмегімен изотопической инвариантности күшті өзара іс-қимылдардың одан әрі сәтті болжау массасын және электрлік зарядтар кейбір жаңа элементар бөлшектер. Протоны және нейтрондар құрайды атом ядросының барлық химиялық элементтер.
Ядроның өлшемдері
Тағы ерте сатысында зерттеу құрылымын атом ядроларының бойынша эксперименттер рассеянию [pic]-бөлшектердің жеңіл ядроларындағы берді деуге негіз тығыздығы ядролық заттар барлық ядролардың шамамен тұрақты. Бұл болжам болды одан әрі егжей-тегжейлі зерттелді тәжірибелерден Р. Хофштатера бойынша рассеянию электрондар жоғары энергия сфералық ядроларындағы жақын орналасқан алқап тұрақтылық. Бұл тығыздығы бөлу ядролық материяның және электр зарядының іс жүзінде сәйкес келеді.
Үшін ядролардың жақын орналасқан алқап тұрақтылық орнатылды мынадай заңдылықтары.
. Тығыздығы ядролық материяның ортасында ядро шамамен бірдей барлық ядролар құрайды ~ 0.17 нукл./Фм3 (суретті қараңыз).3).
. Қалыңдығы беткі қабатын (құлдырау тығыздығы 0.9[pic]0-ден 0.1[pic]0) барлық ядролардың шамамен бірдей d = 4.4 a = 2.4·Фм.
. Шамасы радиусты ядро санымен анықталады нуклонов, R = 1.3A1/3 Фм.
Позитрон. Аннигиляция.
Өзара айналдыру элементар бөлшектер
Ашу позитрона, бөлшектер өзінің сипаттамалары бойынша похожей арналған электрон, бірақ бар айырмашылығы электрона оң бірлік заряд, тек қана маңызды оқиға өтті. Сонау 1928 жылы П. Дирак ұсынды теңдеуі сипаттау үшін релятивистік кванттық механиканың электрона. Бұл Дирак теңдеуі екі шешімдер, негізінде, оң және теріс қуат. Жай-күйі, теріс энергиясын сипаттайды бөлшекті ұқсас электрону, бірақ бар оң электрлік заряд. Позитрон бірінші ашық частицей бірі-тұтас сынып бөлшектердің алды атауы античастиц. Ашылғанға дейін позитрона болып көрінген необъяснимой неодинаковая рөлі оң және теріс зарядтардың табиғаты. Ашу позитрона мәні бойынша қалпына келтіріп зарядовую симметрию үшін жеңіл бөлшектер мен алдына физиками проблеманы іздеу античастицы үшін протон. Басқа жағдай — позитрон болып табылады тұрақты частицей және бос кеңістікте өмір сүре шексіз ұзақ. Алайда соқтығысуы кезінде электрона және позитрона жүреді, олардың аннигиляция. Электрон мен позитрон жойылып, олардың орнына екі туады [pic]- кванта
[pic].
Жүреді айналдыру бөлшектердің массасы тыныштық ерекшеленетін нөлден (0.511 МэВ) бөлшектер нөлдік массасы тыныштық (фотоны), т. е. массасы тыныштық сақталмайды.
Сонымен қатар, процесс аннигиляции табылып процесін жұп электрон-позитрон. Электрон-позитронные жұп оңай жасады [pic]-квантами отырып энергиясы бірнеше МэВ в кулоновском өрісі атомдық ядро. Классикалық физика ұғымдар бөлшектер мен толқындар күрт шектелген — бір жеке объектілер болып табылады бөлшектер, және басқа да — толқынмен. Айналдыру жұп электрон-позитрон осы фотоны болды қосымша растау туралы ұсыныс арасындағы сәуле және зат көп жалпы. Процестер аннигиляции және туған жұп мәжбүр жаңаша ұғыну дегеніміз не? бәрі де қарапайым.
Элементарлық бәрі болудан қалды өзгеріссіз «кирпичиком» материяның құрылымы. Туындаған жаңа өте терең тұжырымдамасы өзара айналдыру элементар бөлшектер. Бұл элементар мүмкін рождаться және исчезать, превращаясь басқа элементар бөлшектер. Келесі элементарлы бәрі — нейтрино, сондай-ақ басында болатын предсказана теориясымен.
Нейтронның ашылуы, көрінген енгізді айқындылығы » заттың құрылысы. Барлық элементар бөлшектер, қажетті құру үшін атомның: протон, нейтрон, электрон — белгілі болды. Егер құрамында, атом ядросы жоқ, электрондардың, онда қайдан алынады электрондар, олар кезінде байқалады радиоактивтік ыдыраған ядролардың?
Либералдық бета — ыдырау. Нейтрино
Бұл сұраққа жауап берілді 1932 ж. кейін ашу нейтронның итальяндық физик Энрико Ферми дайындаған атындағы теория [pic]- ыдырау. [pic]-Ыдырауы белгілі бір мағынада ұқсас испусканию фотондар возбужденными атомдарынан. Бірде электрондардың ядросында да, фотондар в атоме жоқ сәтке дейін сәулелену және фотон, электрон барысында құрылады ыдырау.

Бұл нейтрино тиіс өте әлсіз өзара іс-қимыл зат. Ол намаз пролетать мың шақырым заттарды өзара іс-қимыл. Қимасы өзара іс-қимыл және нейтрино энергиясын бар бірнеше МэВ бастап атом ядроларымен ~10-34 см2. Эксперименттік әрекеттері тікелей тіркеуге және нейтрино созылды шамамен жиырма жыл. Тек 1953 жылы нәтижесінде өте күрделі эксперимент Ф. Райнесу және К. Коуэну алдық тіркеуге антинейтрино. (Антинейтрино тіркелді реакциясының көмегімен [pic].
Көзі антинейтрино қызмет еткен атомный реактор, онда антинейтрино пайда үлкен саны.). Гипотеза Паули алды тамаша растау.
Пионы – кванты ядролық өріс
Болуы атом ядросындағы нейтрондар мен протондардың алдына физиками проблемасын табиғатты зерттеу ядролық өзара байланыстыратын бұл бөлшектер ядрода. 1934 жылы Х. Юкава предсказал жаңа бөлшекті — квант ядролық өріс.
Сәйкес гипотезе Юкава арасындағы өзара іс-қимыл нуклонами нәтижесінде туындайды испускания және сіңіру бұл бөлшектер. Олар айқындайды ядролық өріс ұқсас электромагниттік өрісі пайда болатын салдары ретінде алмасу фотонами.
Кейін болжау қасиеттерін экзотикалық басталды жігерлі ізденістер осы бөлшектер. Енді екі жылдан кейін 1937 ж. ғарыш сәуледе Вильсон камерасының көмегімен табылған бәрі массасы тыныштық тең шамамен 200 жұртқа тыныштық электрона. Алдымен кешіріңіз, бұл предсказанный
Юкавой мезоны. Бірақ неғұрлым егжей-тегжейлі зерттеу, қасиеттерін, осы бөлшектер көрсеткендей, табылған ғарыш сәуледе мезоны өзара іс-қимыл жасайды нейтронами және протонами жеткілікті емес, қатты, бұл тиіс үшін таратушылар ядролық өзара іс-қимыл. Олар захватывались атом ядроларымен, ал распадались с испусканием электрондар. Бастапқы энтузиазм ауысты кейбір разочарованием. Ақыры, 1947 жылы сондай-ақ, ғарыш сәуледе табылған тағы бір бәрі, ол қатты взаимодействовала с протонами және нейтронами және ең частицей, оны предсказал Юкава.
Оның атаған [pic]-мезоном немесе пионом.
Пионы, нейтрондар және протоны тиесілі бір сыныбына бөлшектер деп аталатын адронами. Олардың ерекшелігі — күшті ядролық өзара іс-қимылдар.
Лептоны
Ашық 1937 жылы бәрі де аталды мезоном, [pic]-мезоном.
Ол көптеген ~106 МэВ бар екі таралған түрлеріне тоқталды — теріс заряженная бәрі оң заряженная античастица. Бүгін [pic]- мезоны көреді атауға мюоном.
, Онда электрондық және мюонные нейтрино әр түрлі бөлшектер, алғаш рет көрсетілген еді 1957 жылы М. Марков және Ю. Швингером. Бұл гипотеза расталды 1962 жылы эксперименттер үдеткішінде » Брукхейвене. Көрсетілді, бұл өзара іс-қимыл кезінде мюонных нейтрино туады мюоны
[pic] туыла электрондар
[pic].
Мюоны, электрондар және нейтрино тобына жатады лептонов. Тағы бір бәрі де осы тектес [pic]- лептон (таон) ашылды. Перлом 1979 жылы реакциялар [pic]. Ол шамамен екі есе ауыр протон және распадаться ғана, өзбектерде мюону арналған лептоны, бірақ мен адроны.
Бар космологическое шектеу жиынтық массасын барлық типтегі және нейтрино m([pic]e) + m([pic]) + m([pic]) < 40 эВ.
Егер нейтрино бар салмағын, онда болуы мүмкін распады және осцилляции нейтрино, араластыру және нейтрино әр түрлі типтері. Гипотеза туралы осцилляции нейтрино болды ұсынуы 1957 жылы Б. Понтекорво. Қазіргі уақытта қарқынды жүргізіледі эксперименттер өлшеу массасы тыныштық нейтрино, табу осцилляций және нейтрино. Болса, бұл нейтрино массасы отлична нөлден бастап, онда заттың массасы ғаламдағы тиіс негізінен анықталады салмағы және нейтрино.
Ядролық реакциялар
Дамыту ядролық физика үлкен дәрежеде анықталады зерттеулермен осындай маңызды, оны облысы, ядролық реакциялар. Алайда кейін
Резерфорд бірінші рет бақылады ядролық реакция, пайда болғанға дейін бірінші моделін ядролық реакциялар күні өте көп. [pic]-Бөлшектер жылғы радиоактивті көздерден алатын, тиімді еңсеруге кулондық тосқауыл тек ең жеңіл ядроларындағы. Пайда жылдамдатқыш жағдай түбегейлі өзгерді, енді болды бомбардировать ядро ғана емес, [pic]-бөлшектер. Көтерілді энергиясы және қарқындылығы бөлшектердің пучков.
Бірінші модель ядролық реакциялар пайда 1935 жылы, бұл модель
Оппенгеймера — Филлипса, ұсынылған түсіндіру үшін реакция (d,p) төменгі энергияларда.
Одан әрі прогресс туралы ұсыныс механизмдері ядролық реакциялар ұзақ уақыт бойы байланысты болды тұжырымдамасына құрамдас ядро (компаунд ядро), ол ұсынылды, 1936 жылы Н. Бормен түсіндіру үшін резонанстық құрылымын қима басып, нейтрондар, протондар төмен энергия атом ядроларымен.
Бірінші сандық сипаттамасы реакциялар арқылы берілетін компаунд-ядро, алынды Брейтом және Е. Вигнером 1936 жылы.
Кеңінен есептеулерде ядролық реакциялардың қималарын алды феноменологиялық моделі булану, ұсынылған В. Вайскопфом 1937 жылы. 30-50-ші жылдары «негізінде алғашқы принциптерін» дамыды формальды теориясы ядролық реакциялар. Әр түрлі нұсқалары формальды теория емес, өгей нақты жеке жорамалдар осындай, мысалы, гипотеза, негізінен еді сипаттауы әр түрлі ядролық реакциялардың механизмдері. Алайда, оларды пайдалану үшін практикалық есептеулер байланысты үлкен қиындықтарға кез келетіндер. Дегенмен, дамыған бұл жұмыстарға тәсілдерді тереңірек түсінуге мүмкіндік берді физика жатқан процестерді ядросындағы және пайдаланылған құру кезінде модельдер.

В. Вайскопф 1954 жылы ұсынды оптикалық модель, ол өзінің атауын алды, ол үшін ұқсас бөлшектердің шашырау ядросындағы өтуімен жарық арқылы полупрозрачную саласына. Оптикалық көзделуде, бұл ядро болуы мүмкін сипатталған кешенді әлеуетті шұңқыр
U(r) = V(r) + iW(r), мұнда мнимая бөлігі W(r) сипаттайды сіңіру бөлшектер құлайтын буданы.
Жетістіктері оптикалық модель сипаттамасында шашырауының әкелді түсінуге тетігін ағу тікелей ядролық реакциялар, негізінен жатқаннан тетігін жүретін ядролық реакциялар арқылы құрама ядро.
Пайда болғаннан кейін, 1966 жылы пионер жұмысының Дж. Гриффина байқалды экспоненциалдық өсуі эксперименттік және теориялық жұмыстар арналған деп аталатын предравновесным процестер. Бүгін предравновесные процестер бөледі, екі сынып: көп сатылы процестер тікелей жүргізілетін эволюциясы ашық жағдайлар, және көп сатылы компаунд байланысты процестер эволюцией жабық жай-күйі мен олардың ашық жай-күйі. Астында ашық жағдайлармен түсіндіріледі жай-күйін, онда ең болмағанда бір нуклон жоғары орналасқан байланыс энергиясы мен ұшып кете алады. Жабық жағдайларда барлық нуклоны төмен орналасқан байланыс энергиясы.
Реакцияларда ауыр иондармен 70-ші жылдары в Дубне тобы. В. Волкова ашылған жаңа түрі ядролық реакциялар — реакция глубоконеупругих хабарлар.
Ерекшелігі глубоконеупругих хабарлар негізделген сапалық өзгерістер процесі өзара іс-қимыл екі күрделі ядролардың салыстырғанда реакциялармен байланысты жеңіл иондармен. Негізінде, бұл өзара іс-қимыл жатыр процестер қалыптастыру, эволюция және ыдырау арнайы ядролық кешені — екі ядролық жүйелер. Есебінен кинетикалық энергия сталкивающиеся ядро ішіне бір-біріне артуда, аймақ жабу, олардың беттерін. Үлкен тұтқырлығы ядролық материяның және тиісінше үлкен ядролық үйкеліс басым бөлігі кинетикалық энергияға ауысады қозу жүйесінің жылдамдығы салыстырмалы қозғалыс нөлге дейін құлайды. Бір бөлігі кинетикалық энергияға ауысады энергиясына айналу ядролардың. Алайда, қарамастан қарқынды өзара іс-қимыл, оболочечная құрылымы қамтамасыз етеді ядрам сақтау олардың жеке. Аймағында алмасу нуклоны ауысады бір ядро басқа, алайда нуклоны ішкі қабықтарын түзетін, жеткілікті тұрақты қабығы, сақтайтын даралық ядролардың. Эволюция жүйесінің жүреді бағытта төмен әлеуетті энергия жүйесін, оның барысында нуклоны бір ядро қабығы үшін қапталған беріледі басқа. Егер кулоновские және орталықтан тепкіш күштер өнімдірек күшін тарту жүйесі болады распадаться. Алайда, егер қорытқы күші үлкен емес, ыдырауы баяу жүреді және ядро к өзегіне берілуі мүмкін елеулі саны нуклонов.
Ядролардың бөлінуі
|Бөлу ауыр ядролардың жүреді кездегі |[pic] |
|нейтрондар. Бұл ретте испускаются жаңа бөлшектер мен| |
|босатылады атом ядросының байланыс энергиясы берілетін | |
|осколкам бөлу. Бұл іргелі құбылыс | |
|ашылды соңында, 30-жылдардың неміс | |
|ғалымдар Ган және Штрасманом, негізін салды| |
|практикалық қолдану үшін ядролық | |
|энергиясы. | |

Ядро ауыр элементтер — уран, плутоний және басқа да кейбір қарқынды жұтып жылу нейтрондары. Кейін актісін басып нейтронның, ауыр ядро ықтималдылығы ~0,8 бөлінеді екі тең емес массасы бойынша бөлігінде, деп аталатын сынықтарымен немесе өнімдерімен бөлу. Бұл ретте испускаются — жылдам нейтрондар/
(орта есеппен шамамен 2,5 нейтрондардың әрбір акт бөлу) теріс зарядталған бета-бөлшектер және бейтарап гамма-кванты, ал байланыс энергиясы бөлшектер ядрода айналуда, сөйтіп кинетикалық энергиясын сынықтарды бөлу, нейтрондар және басқа да бөлшектер. Бұл энергия, содан кейін жұмсалады жылу қозғау құрайтын зат атомдар мен молекулалардың, яғни разогревание қоршаған заттар.
Кейін актінің бөлу ядролардың туған бөлген кезде сынықтары ядролардың бола тұра, тұрақсыз, жағдайы бірқатар дәйекті радиоактивті айналу және кейбір запаздыванием испускают «запаздывающие» нейтрондар, үлкен саны альфа, бета және гамма-бөлшектері. Екінші жағынан, кейбір сынықтары қабілетіне ие, қарқынды жұту нейтрондар.
Зерттеу өзара іс-қимыл нейтрондардың затпен әкелді ашу ядролық реакция жаңа түрі. 1939 ж. О. Ган және Ф. Штрассман зерттеді химиялық өнімдер, получающиеся бомбылау кезінде нейтронами уран ядролардың.
Арасында реакция өнімдерінің табылып, барий — химиялық элемент массасы көп төмен массасы уран. Міндет шешілді неміс физиками
Л. Мейтнер мен О. Фришем, показавшими, жұтқан кезде нейтрондардың уран жүреді бөлінуі және ядро екі осколка.
92U + n [pic]56Ba + 36Kr +kn, мұндағы k > 1.
Кезінде ядроның бөлінуіне уран жылу нейтрон энергиясын бар ~0.1 эВ энергиясын босатады ~200 МэВ. Маңызды сәт болып табылады, яғни бұл процесс пайда болуымен қатар жүреді, нейтрондар, тудыруға қабілетті бөлу басқа ядролардың уран – тізбекті реакция. Осылайша, бір нейтрон бере алады начало тармақталған тізбектің бөлік ядролардың, әрі ядролардың саны, қатысатын реакция бөлу болады экспоненциально отырады. Ашылды пайдалану перспективалары тізбекті реакция бөлу екі бағытта жүреді:
. басқарылатын ядролық реакция – құру, атом реакторларының;
. неуправляемая ядролық реакция жасау, ядролық қару.
1942 жылы басшылығымен Э. Ферми АҚШ-да салынған алғашқы ядролық реактор. КСРО-да бірінші реактор іске қосылды 1946 жылы басшылығымен
И. Курчатов. 1954 жылы обнинскте жұмыс істей бастады әлемдегі алғашқы атом электр станциясы. Қазіргі уақытта жылу және электр энергиясы өндіріледі бұл жүздеген ядролық реакторлардың жұмыс істейтін әр түрлі елдерде.
Жаңа ядролық физика.
Радиоактивті түйіндер
Кезде физика бөлшектер болды ілгерілету жағына жоғары энергиялар және ашыла бастады, жаңа бөлшектер құрамына барлық көлемді кварки, сапалы жағдай өзгерді және «дәстүрлі» ядролық физика. Техникасын жақсарту иондық шоғырдың мен әдістерін сепарация қысқа мерзімдік изотоптар айтарлықтай кеңейтті саны зерттелген ядролардың. XX ғасырдың соңына таман ашылды ~ 3000 атом ядроларының. Барлығы шекарасында ядролық тұрақтылық бар бағалауы мүмкін 7000-ға жуық.
Сонымен қатар, жақсы белгілі модами ыдырау атом ядросы — [pic],
[pic],[pic] (спонтанным бөлумен табылған жаңа типтері радиоактивтілік. 1962 жылы ОИЯИ (Дубна) алғаш рет тіркелген протонная радиоактивтілік. Ол үшін байқалды нейтронодефицитных ядролардың шекарасына жақын протондық тұрақтылық.
Табылған, бұл ядро лифті өздігінен қозғалып кетуі мүмкін испускать ядро ауыр
4He – кластерлік радиоактивтілік. Бірінші рет кластерлік радиоактивтілік байқалды ыдырауына
223Ra[pic]209Pb + 14C.
Бүгін қандай басым бағыттары ядролық физика саласын зерттеуге болады?
. Іздеу жаңа сверхтяжелых ядролардың.
. Исследоваание қасиеттерін ядролық материяның қысылтаяң жағдайларда — төмен температура мен ядролық материяның тығыздығы төмен және жоғары температура және жоғары тығыздықтағы ядролық материя.
Күй тығыздығы жоғары ядролық материяның қарқынды зерттеледі қақтығыста релятивистских ядролардың. Саласында зерттеулер жүргізуде мультифрагментации және толық ыдырау ядро нейтрондар және протоны.
. Зерттеу нысаны мен қасиеттерін атом ядролардың супердеформированных жағдайларда және жағдайларда өзін үлкен олардан кейін тұрады.
. Зерттеу атом ядроларының алыс жазығының тұрақтылық, жақын шекарасын нейтрондық және протондық тұрақтылық.
. Зерттеу жаңа үлгідегі радиоактивті ыдырау. Іздеу жаңа ұзақ мерзімдік изомерных жағдайлар
. Ашық және одан әрі зерттеуді талап ететін мәселе болып табылады рөлі туралы кварковых еркіндік дәрежелер және олардың әсері короткодействующую құрайтын ядролық өзара.
. Кварк-глюонная құрылымы нуклона және өзгерту оның қасиеттерін ядролық материя.
Қазіргі уақытта, әдістері айыру және анықтау қол жеткіздік мұндай жетілдіру, негізгі сипаттамалары атом ядроларының: масса, жартылай ыдырау кезеңі, негізгі сән ыдырау — алынуы мүмкін талдау негізінде шамалы олардың санының.
Сепарация әдісі ауыр иондардың жазға алуға мүмкіндік береді моноизотопные түйіндер жеделдетілген ядролардың дейін уран. Жаңа эксперименттік әдістерін қасиеттерін зерттеу атом ядроларының — комбинациясы жылдамдатқыштар беттерінің иондық екендігі анықталды ловушками үшін низкоэнергетических иондар мен жинақтаушы сақина иондары үшін төмен және орташа энергия. Елеулі прогресс зерттеуге ядролардың бастап ерекше қатынасымен N/Z — экзотикалық ядролардың — мүмкіндігімен байланысты жинақтау высокоэнергетических қайталама пучков радиоактивті ядролардың зерттеу және реакциялардың осы шоқтарда.
Детекторлар. Үдеткіші
Бүгін, меніңше, дерлік неправдоподобным қанша жаңалықтарды физикадағы атом ядросының жасалған пайдалана отырып, табиғи көздерінің радиоактивті сәулелену энергиясы бірнеше МэВ және қарапайым детектирующих құрылғылар. Ашық атом ядросы алынды, оның мөлшері, алғаш рет байқалды ядролық реакция табылған құбылыс радиоактивтілік ашылды нейтрон және протон, предсказано болуы нейтрино және т. б.
Негізгі детектормен бөлшектердің ұзақ уақыт пластинка, жағылған оған қабатымен күкіртті мырыш. Бөлшектер регистрировались көзбен бойынша өндірілетін, олар сернистом цинке вспышкам жарық. Черенковское сәуле алғаш рет байқалды көзбен. Бірінші пузырьковая камера, Глезер бақылады треки [pic]-бөлшектердің байланысты, оймақ. Көзі бөлшектердің жоғары энергиялар ол кезде ғарыштық сәулелер бөлшектері, пайда болған әлемдік кеңістікте.
Ғарыш сәулесі аясында алғаш рет байқалды жаңа элементар бөлшектер. 1932 жылы позитрон ашылды (К. Андерсон), 1937 жылы ашылған мюон (К. Андерсон,
С. Недермейер), 1947 жылы ашылды [pic]-мезон (Пауэл), 1947 жылы табылған оғаш бөлшектер (Дж. Рочестер, К. Батлер).
Уақыт өте келе, эксперименттік орнату ойынының барлық қиынға соғады.
Дамыды, техника мен үдеуді анықтау бөлшектер, ядролық электроника.
Жетістіктері физика, ядро және элементар бөлшектер барлық үлкен дәрежеде анықталады прогресс осы салаларда. Нобель сыйлығының физика бойынша жиі беріледі үшін жұмыс техника физикалық эксперимент.