- •«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
- •Физика, часть 3
- •1.Волновая оптика
- •1.1.Световой вектор. Уравнение плоской световой волны
- •1.2. Интерференция световых волн. Условия, необходимые для осуществления интерференции
- •1.3.Условия максимумов и минимумов при интерференции световых волн
- •1.4.Интерференция в тонких пленках
- •1.5. Кольца Ньютона
- •Контрольные вопросы
- •Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля
- •Дифракция от одной щели.
- •Дифракция на одномерной дифракционной решётке
- •Угловая дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки
- •Угловая дисперсия равна:
- •Дифракция рентгеновских лучей на пространственной решетке
- •Поглощение света
- •Поляризация света. Естественный и поляризованный свет
- •Поляризация при отражении и преломлении
- •Двойное лучепpеломление. Поляpизационные пpизмы и поляpоиды. Явление дихpоизма
- •Вpащение плоскости поляpизации. Искуственная оптическая анизотpопия. Эффект Кеppа и его пpименение
- •1.Явления квантовой оптики
- •1.1. Тепловое излучение и его характеристики. Закон Кирхгофа
- •1.2.Законы излучения абсолютно черного тела. Законы Стефана-Больцмана и Вина
- •1.3.Формула Релея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. Квантовая гипотеза и формула Планка
- •1.4.Оптическая пирометрия
- •1.5.Квантовая природа света. Фотон и его характеристики.
- •1.6. Виды фотоэффекта. Внешний фотоэффект и его законы.
- •1.7. Эффект Комптона
- •1.8. Коpпускуляpно-волновой дуализм свойств света
- •1.9. Контрольные вопросы и задачи к разделу «Явления квантовой оптики»
- •2.Элементы квантовой механики
- •2.1. Гипотеза де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц
- •Опыты Девиссона и Джермера (1927г.)
- •Опыты Тартаковского и Томсона (1928 г.)
- •2.2. Соотношение неопределенностей
- •Волновая функция
- •Уравнение Шредингера
- •2.5.Задача квантовой механики о движении свободной частицы
- •Задача квантовой механики о частице в одномерной прямоугольной потенциальной яме
- •Понятие о туннельном эффекте
- •1. Автоэлектронная (холодная) эмиссия электронов
- •1.8. Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа
- •Здесь и совпадает с формулой радиуса первой боровской орбиты; численное значение этого параметра равно;a – множитель, который можно определить из условия нормировки волновой функции:
- •2.10. Спин электрона. Принцип Паули
- •2.11. Спектр атома водорода
- •2.12. Распpеделение электpонов в атоме по энеpгетическим состояниям. Пеpиодическая система элементов д.И.Менделеева
- •2.13. Рентгеновское излучение
- •2.14. Поглощение света, спонтанное и вынужденное излучения
- •2.15. Лазеры
- •1. Инверсия населенностей
- •2. 16. Способы создания инверсии населенностей
- •2.17. Положительная обратная связь. Резонатор
- •2.18. Принципиальная схема лазера
- •2.17. Линейный гаpмонический осциллятоp
- •3.6. Понятие о квантовой теории электропроводности металлов
- •3.7. Явление сверхпроводимости. Свойства сверхпроводников
- •Критические температуры перехода для некоторых сверхпроводников
- •4.Зонная теория твёрдых тел
- •4.1. Энергетические зоны электронов в кристалле
- •4.2. Металлы, полупроводники, диэлектрики в зонной теории твёрдых тел
- •4.3.Полупроводники. Собственная проводимость полупроводников
- •4.4. Примесная проводимость полупроводников
- •4.5. Равновесные концентрации носителей заряда в полупроводнике
- •4.6. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
- •Электронно-дырочный переход
- •Внутренний фотоэффект
- •Воздействие излучения на полупроводник. Фоторезистивный эффект
- •Устройство и характеристики фоторезисторов
- •Применение фоторезисторов
- •Фотоэффект в электронно-дырочном переходе. Фото-э.Д.С.
- •Применение вентильного фотоэффекта
- •Биполярный транзистор
- •Состав и характеристики атомного ядра
- •Характеристики атомного ядра
- •Ядерные силы
- •Понятие об обменном характере ядерных сил. Кванты ядерного поля
- •Радиоактивность
- •Ядерные реакции
- •Деление атомных ядер
- •Элементарные частицы
- •2 Кристаллические решетки твердых тел представляют собой периодические структуры и являются естественными трехмерными дифракционными решетками.
Ядерные реакции
Ядерной реакцией называется процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром.
Наиболее распространенный вид ядерной реакции – взаимодействие легкой частицы aс ядромX. В результате образуется легкая частицаbи ядроY. Уравнение реакции можно записать сокращенно в видеX(a,b)Y. В качестве легких частиц могут быть нейтрон (n), протон (p), дейтрон (d),α-частица (α),γ-фотон (γ).
В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения: электрических зарядов и массовых чисел; энергии, импульса и момента импульса. Энергия, выделяемая или поглощаемая при ядерной реакции, определяется разностью масс исходных и конечных продуктов:
.
Реакция называется экзотермической(если энергия выделяется) иэндотермической (если энергия поглощается)
Нильс Бор установил, что реакции, вызываемые не слишком быстрыми частицами, протекают в две стадии по схеме:
.
Первая стадия – захват ядром Xчастицыaи образование промежуточного ядраΠ.ЯдроΠназываетсясоставнымиликомпаунд-ядром.
Энергия влетевшей в ядро частицы aраспределяется между нуклонами составного ядра. В результате ядроΠоказывается в возбужденном состоянии.
Вторая стадия – испускание составным ядром частицы bс образованием ядраY.
Промежуток времени, необходимый нуклону с энергией 1 МэВ для прохождения расстояния ~ 10-15м (порядка диаметра ядра) называется ядерным временем или временем пролета. Ядерное время составляет величину порядкаτяд≈ 10-21÷ 10-22с.
Среднее время жизни составного ядра достаточно велико и составляет 10-14÷ 10-12с. Следовательно, распад составного ядра – процесс, независящий от первой стадии реакции (составное ядро как бы «забывает» способ своего образования). То есть вторая стадия реакции не зависит от способа образования составного ядра.
Реакции, вызываемые быстрыми нуклонами и дейтронами, без образования составного ядра называются прямыми ядерными взаимодействиями. К ним относятсяреакция срываиреакция подхвата.
Реакция срыва имеет место при нецентральных соударениях дейтрона с ядром. При этом один из нуклонов дейтрона может попасть в зону действия ядерных сил и будет захвачен ядром. Второй нуклон останется вне зоны действия ядерных сил и пролетит мимо.
Реакция подхватазаключается в том, что налетевший нуклон «откалывает» от ядра один из нуклонов, превращаясь в дейтон.
Примеры ядерных реакций:
превращение азота в кислород под действием α-частиц:
.
реакции под действием дейтронов, приводящие к синтезу более тяжелых ядер:
,
.
Большое значение имеют ядерные реакции под действием нейтронов. Нейтроны – электрически нейтральные частицы, они не испытывают кулоновского отталкивания и поэтому легко проникают в ядра. Характер взаимодействия нейтронов с ядрами различен для быстрых и медленных нейтронов. Быстрыми называются нейтроны с энергиями 0,1 ÷ 50 МэВ, медленными – с энергиями < 100 кэВ. Медленные нейтроны с энергиями 0,005 ÷ 0,5эВ называются тепловыми нейтронами. Взаимодействие нейтронов с ядрами состоит главным образом либо в рассеянии нейтронов на ядрах либо в захвате нейтронов ядрами. В веществах-«замедлителях» быстрые нейтроны рассеиваются на ядрах, теряют свою энергию и становятся тепловыми. Если энергия тепловых нейтронов совпадает с энергией составного ядра, то наблюдается резонансное поглощение нейтронов. Пример:
.