Квантовая и ядерная физика Ядерная  модель атома Квантовые генераторы Проводимость полупроводников Ядерная физика

Зонная теория твёрдых тел Физика полупроводников

Масса  и энергия связи ядра Масса ядра не является аддитивной величиной – она не равна сумме масс образующих ядро нуклонов. Причиной является сильное взаимодействие нуклонов в ядре.

 Условия для протекания управляемой цепной реакции деления (К = 1) реализуются в ядерных (атомных) реакторах. В реакторе на медленных (тепловых) нейтронах с энергией меньше 0,5 эВ управляемая цепная реакция деления может протекать в природном или в слабо обогащённом уране, что достигается введением в реактор специального вещества – замедлителя.

 Радиоактивность заключается в самопроизвольном распаде ядер с испусканием одной или нескольких частиц. Такие ядра и соответствующие им нуклиды называют радиоактивными (в отличие от стабильных ядер).

Основные  типы радиоактивности Альфа–распад – самопроизвольное испускание ядром α-частицы (4Не) .

Спектры излучения атомных ядер возникают подобно спектрам излучения атомов и молекул. Атомы наиболее интенсивно поглощают электромагнитные волны частоты, соответствующей переходу из основного состояния атома в первое возбуждённое состояние. Это явление называют резонансным поглощением.

Элементарные частицы Сначала элементарными считались частицы, из которых состоят атомы и их ядра – т.е. электроны, протоны и нейтроны.

Систематика  элементарных частиц Бозоны и фермионы

Кварковая  структура адронов Все адроны построены из частиц, названных кварками.

Взаимодействие  ионизирующих излучений с веществом В веществе быстрые заряженные частицы взаимодействуют с электронными оболочками и ядрами атомов.

Дозиметрия Поглощённая доза излучения (ПДИ) – равна отношению энергии, переданной ионизирующим излучением веществу, к массе вещества . Единицей ПДИ в СИ является грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг.

Цель нанотехнологий состоит в управлении поведением отдельных наночастиц (атомов, молекул, молекулярных систем) при создании новых наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Ядерная физика Атомное ядро

 Основная масса материи в атоме не распределена равномерно по объёму атома, а сконцентрирована в плотном ядре, размер которого (~10-15 м) составляет одну стотысячную часть размера самого атома. Плотность ядерного вещества очень велика .

 Ядро имеет положительный заряд, кратный элементарному заряду е. и соответствующие спину ядра механический и магнитный моменты.

  Взаимодействие магнитных моментов электронов атома и его ядра приводит к расщеплению спектральных линий излучения атома, равному , что обусловливает сверхтонкую структуру оптического спектра атома.

 Состав ядра – нуклоны (протоны и нейтроны).

 Протон – р – стабильная частица (время жизни - ), ядро атома водорода, обладает положительным зарядом е и массой

тр = 1,67265.10-27 кг = 1,00729 а.е.м. = 1836,15 те = 938,28 МэВ.

 Спин протона S = .

 Собственный магнитный момент  , где

 Дж/Тл - ядерный магнетон.

 Собственный магнитный момент протона приблизительно в 660 раз меньше собственного магнитного момента электрона.

 Нейтрон – п – электрически незаряженная элементарная частица с массой

тп = 1,67495.10-27 кг = 1,00898 а.е.м. = 1838,68 те = 939,55 МэВ.

  Спин нейтрона S =  .

 Собственный магнитный момент . Знак минус указывает, что механический и магнитный моменты нейтрона имеют противоположное значение.

 В свободном состоянии нейтрон нестабилен ( среднее время жизни мин) и самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон и антинейтрино

.

Характеристики атомного ядра

 Z – зарядовое число равное количеству протонов в ядре и являющееся атомным номером в таблице Менделеева.

 А – массовое число равное количеству нуклонов в ядре.

  N =(A – Z) – число нейтронов в ядре.

 Символически записывают AXZ , например,  238U92.

 Поскольку для числа Z существует только один символ химического элемента, его часто не указывают. Например, 238U.

 Конкретные атомы с данным числом протонов и нейтронов называют нуклидами.

 Нуклиды с одинаковым числом протонов называют изотопами. Атомы изотопов обладают практически очень близкими физико-химическими свойствами, за исключением некоторых случаев. Сильнее всего это различие у трёх нуклидов: 1Н1 , 2Н1 (дейтерий), 3Н1 (тритий). Ядра дейтерия и трития называют – дейтрон (d) и тритон (t) .

 В настоящее время известно около 1500 различных ядер с Z от 1 до 117 и А от 1 до 271. Примерно  часть этих ядер устойчивы. Многие ядра с Z от 93 до 115 были получены искусственным путём посредством ядерных реакций.

  Размеры ядер зависят от числа содержащихся в них нуклонов.

 В первом приближении ядро можно считать сферическим и при А > 10 эффективный радиус большинства ядер довольно точно определяется формулой

R = 1,3.А1/3 Ф, где

Ф = 1 фм = 10-15 м – ферми (название применяемой в ядерной физике единицы длины, равной одному фемтометру.

 Спин ядра – I . Он слагается из спинов нуклонов и их орбитальных моментов. Спин нуклона равен  , поэтому спин I ядра может быть как целым, так и полуцелым – в зависимости от числа нуклонов.

 В основных состояниях всех стабильных ядер . Это указывает на то, что моменты импульса большинства нуклонов в ядре взаимно компенсируют друг друга, располагаясь «антипараллельно».

  У всех ядер с чётными числами протонов и нейтронов спин основного состояния I = 0.


Элементы квантовой механики