Nuclear Physics Ryabov Vladimir

Ядерная физикаЯдерная физикаПроектная работа ученика

9 класса

ГОУ ЦО № 218 г. Москвы

Рябова Владимира

Ядерная физика — раздел физики, изучающий структуру и свойства атомных ядер, а также их столкновения (ядерные реакции).

ОГЛАВЛЕНИЕ

•Атомное ядро

•Радиоактивный распад

•Единицы измерения

•Ядерный реактор

•Термоядерный реактор

•Известные учёные

•Модель радиоактивного распада атомных ядер

•Модели α и γ-распадов

Атомное ядро — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса и структура которого определяет химический элемент, к которому относится атом.

•Нуклоны

•Зарядовое число

•Массовое число

•Обозначение атомных ядер

•Изотопы

•Изотоны

•Нуклид

•Изобары

•Самостоятельные названия ядер

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия.

Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом Z — это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом в таблице Менделеева.

N147

Полное количество нуклонов в ядре называется его массовым числом A (А = N + Z) и приблизительно равно средней массе атома, указанной в таблице Менделеева.

3Li7

Для обозначения атомных ядер используется следующая система:

1) в середине ставится знак химического элемента, что однозначно определяет зарядовое число Z ядра

2) слева сверху от этого обозначения ставится массовое число A

12Mg7

Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами.

1H11H2

Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов — называются изотонами.

19K3920Ca40

Нуклид (лат. nucleus — «ядро») — вид атомов, характеризующийся определёнными массовым числом, атомным номером и энергетическим состоянием их ядер, и имеющий время жизни, достаточное для наблюдения.

Изобары (в ед.ч. изобар; др.-греч. ισος, isos — «одинаковый» + βαρος, baros — «вес») — нуклиды, имеющие одинаковое массовое число

19K4020Ca40

Некоторые ядра имеют самостоятельные названия:

ядро 4He называется α-частицей

ядро дейтерия ²H (или D) — дейтроном

ядро трития ³H (или T) — тритоном

Радиоактивность (от лат. radio — «излучаю», radius — «луч» и activus — «действенный»), радиоактивный распад — явление спонтанного превращения атомного ядра в другое ядро или ядра.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута)

Многие более лёгкие элементы прометий и технеций не имеют стабильных изотопов

у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны

Различают три основных вида атомных распадов:

-Альфа-распад

-Бета-распад

-Гамма-распад

α

Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, называется

альфа- распадом

Правило смещения

для альфа-распада:HeYX A

ZAZ

42

42

β-

распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, был назван бета-распадом

Правило смещения

для бета-распада:eYX A

ZAZ

011

Гамма- распад- распад, сопровождающийся испусканием γ-квантов (фотонов)

Правило смещения для гамма-распада:

Фотон (от др.-греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») — элементарная частица,

переносчик электромагнитного взаимодействия

Излучённые фотоны в луче лазера

Влияние магнитного поля на излучение

Проникающие способности различных видов излучения

Период полураспада квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т. д.) — время T½, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2

В ядерной физике для расчётов используются следующие единицы измерения:

Беккерель

Кюри

Рентген

БЭР

Зиверт

Грэй

Беккерель определяется как активность такого количества вещества, в котором, в среднем, за одну секунду происходит один радиоактивный распад. Через другие единицы измерения СИ беккерель выражается следующим образом:

Бк = с−1

Беккерель (обозначение: Бк, Bq) — единица измерения радиоактивности в системе СИ.

Радиоактивность вещества равна 1 Ки, если в нём каждую секунду происходит 3,7×1010 радиоактивных

распадов, таким образом:

1 Ки = 3,7×1010 Бк

1 Бк = 2,7027×10-11 Ки

Кюриr (обозначение: Ки, Ci) — внесистемная единица измерения радиоактивности

Рентген — внесистемная единица экспозиционной дозы радиоактивного облучения рентгеновским или гамма-излучением, определяемая по их ионизирующему действию на сухой атмосферный воздух.

1 рентген — доза, образующая ионы в 1 ед. заряда СГСЭ ((1/3)·10−9 кулон) на 1 см³ воздуха при нормальном

атмосферном давлении и 0 °C.

БЭР (биологический эквивалент рентгена), англ. rem (roentgen equivalent man) — устаревшая

внесистемная единица измерения эквивалентной дозы. 100 бэр равны 1 зиверту.

Зиверт (обозначение: Зв, Sv) — единица измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения в системе СИ (используется с 1979 г.).

Через другие единицы измерения СИ зиверт выражается следующим образом:

1 Зв = 1 Гр = 1 Дж / кг = 1 м² / с²

Грэй (обозначение: Гр, Gy) — единица измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения в системе СИ.

Поглощенная доза равна одному грэю, если, в результате поглощения ионизирующего излучения, вещество получило один джоуль энергии в расчёте на один

килограмм массы. Через другие единицы измерения СИ грэй выражается следующим образом:

Гр = Дж / кг = м2 / с2

Ядерный реактор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция,

сопровождающаяся выделением энергии.

Конструкция ядерного реактора

1 — управляющий стержень2 — биологическая защита3 — тепловая защита4 — замедлитель5 — ядерное топливо6 — теплоноситель

Первый Ядерный реактор построен в декабре 1942 в США под руководством Э. Ферми.

В Европе первый Ядерный реактор пущен в декабре 1946 в Москве под руководством И. В. Курчатова.

В настоящее время, по данным МАГАТЭ, в мире 438 реакторов в 30 странах. Также ведётся строительство ещё

44 реакторов.

Термоядерный реактор – это устройство, в котором протекают реакции управляемого термоядерного синтеза

с выделением энергии

Токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) —

тороидальная установка для магнитного удержания плазмы.

В настоящее время управляемый термоядерный синтез ещё не осуществлён в промышленных масштабах.

Строительство международного исследовательского реактора ITER находится в начальной стадии.

Солнце — природный термоядерный реактор

Учёные внёсшие большой вклад в развитие ядерной физики:

•Антуан Анри Беккерель

•Ханс Альбрехт Бете

•Пьер Кюри

•Мария Склодовская-Кюри

•Энрико Ферми

•Эрнест Резерфорд

•Нильс Хенрик Давид Бор

•Вильгельм Конрад Рёнтген

•Альберт Эйнштейн

•Роберт Оппенгеймер

•Ричард Эдвард Тейлор

•Яков Борисович Зельдович

•Игорь Васильевич Курчатов

•Георгий Николаевич Флёров

•Андрей Дмитриевич Сахаров

•Юлий Борисович Харитон

•Борис Лазаревич Иоффе

•Абрам Фёдорович Иоффе

•Анатолий Петрович Александров

•Исаак Константинович Кикоин

•Лев Андреевич Арцимович

•Михаил Александрович Леонтович

•Кадомцев Борис Борисович

Антуан Анри Беккерель (15 декабря 1852 — 25 августа 1908) — французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике и один из первооткрывателей радиоактивности.

Беккерель открыл «альфа», «бета» и «гамма» частицы.

Ханс Альбрехт Бете (2 июля 1906 г., Страсбург — 6 марта 2005 г., Итака, Нью-Йорк), американский астрофизик, лауреат Нобелевской премии по физике (1967).

Основные работы посвящены ядерной физике и астрофизике.

Пьер Кюри (1859—1906) — французский учёный-физик, один из первых исследователей радиоактивности, лауреат Нобелевской премии по физике за 1903 год.

Начиная с 1897 г. исследовал явление радиоактивности.

Мария Склодовская-Кюри (7 ноября 1867, Варшава — 4 июля 1934, возле Санселльмоза) — известный французский физик и химик. Дважды лауреат Нобелевской премии: по физике (1903) и химии (1911).

Совместно с мужем открыла элементы радий и полоний.

Энрико Ферми (29 сентября 1901, Рим — 28 ноября 1954, Чикаго) — выдающийся итальянский физик, один из основоположников квантовой физики.

Внёс большой вклад в развитие современной теоретической и экспериментальной физики.

Эрнест Резерфорд (30 августа 1871, Спринг Грув — 19 октября 1937, Кембридж) — британский физик новозеландского происхождения.

Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную модель атома. Лауреат Нобелевской премии

по химии 1908 г.

Нильс Хенрик Давид Бор (7 октября 1885 — 18 ноября 1962) — датский физик, один из создателей современной физики.

Создал первую квантовую теорию атома, а затем участвовал в разработке основ квантовой механики. Внёс

также значительный вклад в развитие теории атомного ядра и ядерных реакций.

Вильгельм Конрад Рёнтген (27 марта 1845 — 10 февраля 1923) — немецкий физик, первый лауреат Нобелевской премии по физике.

Открыл рентгеновские лучи

Альберт Эйнштейн (14 марта 1879 — 18 апреля 1955) — один из основателей современной теоретической физики

Заложил фундамент квантовой теории.

Яков Борисович Зельдович (8 марта 1914, Минск — 2 декабря 1987, Москва) — советский физик, с 1946 — член-корреспондент АН СССР, академик АН СССР (20 июня 1958).

один из создателей атомной и водородной бомб.

Игорь Васильевич Курчатов (12 января 1903 г., Симский Завод Уфимской губернии — 7 февраля 1960 г., Москва) — выдающийся советский физик.

«Отец» советской атомной бомбы

Флёров, Георгий Николаевич (1913—1990) — советский физик-ядерщик, лауреат Сталинской премии.

Основатель Объединённого института ядерных исследований в Дубне.

Андрей Дмитриевич Сахаров (21 мая 1921 — 14 декабря 1989) — советский физик, академик АН СССР

Один из создателей водородной бомбы (1953) в СССР.

Юлий Борисович Харитон (14 (27) февраля 1904, Санкт-Петербург — 18 декабря 1996, Саров), советский и российский физик и физикохимик, работавший в области атомной энергии.

Один из руководителей советского проекта атомной бомбы.

Борис Лазаревич Иоффе (р. 6 июля 1926 года) — российский физик-теоретик.

Автор научных работ в области физики элементарных частиц, физики высоких энергий, ядерной физики,

теории ядерных реакторов.

Абрам Фёдорович Иоффе (29 октября 1880, Ромны, Полтавской губернии — 14 октября 1960, Ленинград) — российский и советский физик, обыкновенно именуемый «отцом советской физики»

Вице-президент АН СССР (1942—1945), создатель научной школы.

Анатолий Петрович Александров (13 февраля (31 января) 1903, Тараща, Киевской губернии —3 февраля 1994, Москва) — советский физик, президент АН СССР (1975—86)

Основные труды в области ядерной физики, физики твёрдого тела, физики полимеров

Исаак Константинович Кикоин (наст. отчество Кушелевич, 15 марта, 1908, Малые Жагоры, Шавельский уезд, Ковенская губерния — 28 декабря 1984, Москва) — физик-экспериментатор

Награжден золотой медалью имени И. В. Курчатова

Лев Андреевич Арцимович (12 (25) февраля 1909, Москва — 1 марта 1973, Москва) — выдающийся советский физик

Под руководством Арцимовича впервые в мире получена в лабораторных условиях

термоядерная реакция.

Михаил Александрович Леонтович (22 февраля (7 марта) 1903 — 30 марта 1981) — выдающийся советский физик

Автор работ по физике плазмы, радиофизике.

Кадомцев Борис Борисович (р.1928) - советский физик.

Основные труды по физике плазмы.

Роберт Оппенгеймер (22 апреля 1904, Нью-Йорк —18 февраля 1967, Принстон, Нью-Джерси, США) — американский физик.

Руководил (1943—1945) созданием американской атомной бомбы.

Ричард Эдвард Тейлор (2 ноября 1929) — канадо-американский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1990 года

исследования глубоконеупругого рассеяния электронов на протонах и связанных нейтронах, существенно

важных для разработки кварковой модели в физике частиц

•Модели α и γ-распадов