Разошлите всем остальным студентам своей лабораторной подгруппы.

Книги Сивухина, Иродова, Широкова и Юдина, Ракобольской по ядерной физике

можно без проблем скачать - они широко доступны на разных сайтах либо

взять в библиотеке.

Лабораторная работа №1

1.      Понятия и определения: Радиоактивность (естественная\искусственная)

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

СОСТАВ ЯДЕР АТОМОВ

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным h/2=h/4П и связанным с ним магнитным моментом.

Атомное ядро, рассматриваемое как класс частиц с определённым числом протонов и нейтронов, принято называть нуклидом.

Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом  Z — это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом в таблицеМенделеева. Количество протонов в ядре определяет структуру электронной оболочки нейтрального атома и, таким образом, химические свойства соответствующего элемента. Количество нейтронов в ядре называется его изотопическим числом N. Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называютсяизотопами. Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов — называются изотонами. Термины изотоп и изотон используются также применительно к атомам, содержащим указанные ядра, а также для характеристики нехимических разновидностей одного химического элемента. Полное количество нуклонов в ядре называется его массовым числом A (A=N+Z) и приблизительно равно средней массе атома, указанной в таблице Менделеева. Нуклиды с одинаковым массовым числом, но разным протон-нейтронным составом принято называть изобарами.

туннельный эффект

Тунне́льный эффект, туннели́рование — преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия (остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера. Туннельный эффект — явление исключительно квантовой природы, невозможное и даже полностью противоречащее классической механике. Аналогом туннельного эффекта в волновой оптике может служить проникновение световой волны внутрь отражающей среды (на расстояния порядка длины световой волны) в условиях, когда, с точки зрения геометрической оптики, происходит полное внутреннее отражение. Явление туннелирования лежит в основе многих важных процессов в атомной и молекулярной физике, в физике атомного ядра, твёрдого тела и т. д.

Изотоп

Изото́пы (от др.-греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с разным количествомнейтронов в ядре. Название связано с тем, что изотопы находятся в одном и том же месте (в одной клетке) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят практически только от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём) и почти не зависит от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, ¹²C, ²²²Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например, дейтерий, актинон).

Пример изотопов: ¹⁶₈O, ¹⁷₈O, ¹⁸₈O — три стабильных изотопа кислорода.

Нуклон

Нукло́ны (от лат. nucleus — ядро) — общее название для протонов и нейтронов.

С точки зрения электромагнитного взаимодействия протон и нейтрон разные частицы, так как протон электрически заряжен, а нейтрон — нет. Однако с точки зрения сильного взаимодействия, которое является определяющим в масштабе атомных ядер, эти частицы неразличимы, поэтому и был введен термин «нуклон», а протон и нейтрон стали рассматриваться как два различных состояния нуклона, различающихся проекцией изотопического спина. Близость свойств изоспиновых состояний нуклона является одним из проявлений изотопической инвариантности.

Нуклоны относятся к семейству барионов (группа N-барионов). Они являются самыми лёгкими из известных барионов.

гамма-излучение (назвать диапазон энергий\длин волн, уметь находить энергию излучения, зная его длину волны (частоту) и обратно)

Альфа-частица (заряд, структура) А́льфа-части́ца (α-частица), положительно заряженная частица, образованная 2 протонами и 2 нейтронами. Идентична ядру атома гелия-4 

Смысл величин Z и А в записи.

2. Основной закон радиоактивного распада.

Связь среднего времени жизни периода полураспада, постоянной распада, их физический смысл.

Основные типы радиоактивности.

В настоящее время, кроме альфа-, бета- и гамма-распадов, обнаружены распады с эмиссией нейтрона, протона (а также двух протонов), кластерная радиоактивность, спонтанное деление. Электронный захват, позитронный распад (или -распад), а также двойной бета-распад (и его виды) обычно считаются различными типами бета-распада.

Единицы радиоактивности (Бк, Ки)

Беккере́ль (обозначение: Бк, Bq) — единица измерения активности радиоактивного источника в системе СИ.

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

Бк = с⁻¹.

Единица названа в честь французского учёного Антуана Анри Беккереля.

Удельная активность. Удельная активность — активность, приходящаяся на единицу массы вещества источника.

3.      Физический принцип работы счетчиков (детекторов) ядерного излучения (ионизационная камера, счетчик Гейгера-Мюллера, пропорциональный счетчик, сцинциляционный счетчик). Вопрос 1 - Любые учебники по атомной и ядерной физике для студентов ВУЗов Вопрос 2 - [Сивухин] стр 63-65, [Иродов] стр. 198-207 Вопрос 3 - [Сивухин] стр 187-196 (без лишних подробностей, разобраться, как работают перечисленные детекторы, знать их достоинства и недостатки) можно посмотреть видео про счетчик Гейгера: http://www.u-tube.ru/pages/video/38781 Некоторые вопросы, а также понятия и определения можно найти в книге Савельев «Курс общей физики. Том 3» Туннельный эффект: http://ru.wikipedia.org/wiki/Туннельный_эффект [Иродов] стр. 102-103 Лабораторная работа №2 1. Понятия и определения –

Спин

Спин (от англ. spin — вертеть[-ся], вращение) — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. Спином называют также собственный момент импульса атомного ядра или атома; в этом случае спин определяется как векторная сумма (вычисленная по правилам сложения моментов в квантовой механике) спинов элементарных частиц, образующих систему, и орбитальных моментов этих частиц, обусловленных их движением внутри системы.

стационарное уравнение Шредингера

Стационарное уравнение Шрёдингера

Пусть   амплитуда вероятности нахождения частицы в точке М. Стационарное уравнение Шрёдингера позволяет ее определить. Функция   удовлетворяет уравнению:

где  —оператор Лапласа, а   — потенциальная энергия частицы как функция  .

временное уравнение Шредингера

Периода полураспада

Пери́од полураспа́да квантовомеханической системы (частицы, ядра, атома, энергетического уровня и т. д.) — время T_½, в течение которого система распадается с вероятностью 1/2. Если рассматривается ансамбль независимых частиц, то в течение одного периода полураспада количество выживших частиц уменьшится в среднем в 2 раза. Термин применим только к экспоненциально распадающимся системам.

Постоянная распада

ПОСТОЯННАЯ РАСПАДА (λ) — статистическая вероятность распада атома за единицу времени; П. р. обратно пропорциональна средней продолжительности жизни (τ) атома изотопа λ=  Связана с периодом полураспада Т_½ соотношением λ=  П. р. — величина постоянная для каждого радиоактивного изотопа и одна из основных его характеристик (константа распада).

Энергия связи

Энергия связи (для данного состояния системы) — разность между полной энергией связанного состояния системы тел или частиц и энергией состояния, в котором эти тела или частицы бесконечно удалены друг от друга и находятся в состоянии покоя:

где   — энергия связи компонентов в системе из i компонент (частиц),   — полная энергия i-го компонента в несвязанном состоянии (бесконечно удалённой покоящейся частицы) и   — полная энергия связанной системы.

Удельная энергия связи.

2. Основные свойства, законы и механизм α-распада: Определение альфа-распада.

Особенности альфа-распада.

А́льфа-распа́д, вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание альфа-частицы. При этом массовое число уменьшается на 4, аатомный номер — на 2. Альфа-распад наблюдается только у тяжёлых ядер (Атомный номер должен быть больше 82, массовое число должно быть больше 200 ). Альфа-частица испытывает туннельный переход через кулоновский барьер в ядре, поэтому альфа-распад является существенно квантовым процессом. Поскольку вероятность туннельного эффекта зависит от высоты барьера экспоненциально, период полураспада альфа-активных ядер экспоненциально растёт с уменьшением энергии альфа-частицы (этот факт составляет содержание закона Гейгера-Неттола). При энергии альфа-частицы меньше 2 МэВ время жизни альфа-активных ядер существенно превышает время существования Вселенной. Поэтому, хотя большинство природных изотопов тяжелее церия в принципе способны распадаться по этому каналу, лишь для немногих из них такой распад действительно зафиксирован.

Правило смещения для альфа-распада,

энергия и энергетический спектр α-излучения,

необходимое условие альфа-распада.

Закон Гейгера-Неттола.

Роль туннельного эффекта в процессе альфа-распада. Вопрос 1 - Любые учебники по атомной и ядерной физике для студентов ВУЗов Вопрос 2 -[Сивухин] §73 и [Широков] Глава VI §3 Лабораторная работа №3 1. Понятия и определения. Виды фундаментальных взаимодействий (сравнить интенсивности взаимодействий, привести примеры процессов, обусловленных каждым типом взаимодействий). Электронные слои и оболочки (или оболочки и подоболочки). Квантовые числа n, l : физический смысл и возможные значения. 2. Что означают записи E(4+) E(2+) E(0-)? 3. Основные свойства, закономерности и основы теории b-распада. Особенности энергетических спектров b-частиц. Нейтрино и антинейтрино. Поляризация и спиральность. Несохранение четности в слабых взаимодействиях. Опыт Ву. Вопрос 1 - Любые учебники по атомной и ядерной физике для студентов ВУЗов Электронные слои и оболочки, а также про квантовые числа см. книгу [Иродов]  стр.152-154 (§6.5). Про квантовые числа n, l написано в [Иродов]  стр. 134. Про виды фундаментальных взаимодействий – [Сивухин] §63 п9 Вопрос 2 - [Сивухин] §74 (кроме п.5, пункты 10-14 – ознакомительное чтение). Опыт Ву и понятие четности - [Широков] Глава VI §4 п.10 (стр. 248) Лабораторная работа №4 1. Понятия и определения: четно-четно\нечетно-четные\четно-нечетные\нечетно-нечетные ядра. Какие из них наиболее\наименее стабильны?