- •Энергия и импульс фотона. Формула Планка для спектра излучения черного тела.
- •Квантовая теория фотоэффекта. Эффект Комптона.
- •Давление света. Опыты, подтверждающие давление света. Корпускулярно-волновой дуализм излучения.
- •Свойства волн де Бройля и их статистическая интерпретация. Опыты, подтверждающие волновые свойства микрочастиц.
- •Волновой пакет микрочастицы. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц. Формула Резерфорда. Модель атома Резерфорда-Бора.
- •З акономерности в спектрах атома водорода. Серии Лаймана, Бальмера, Пашена. Комбинационный принцип Ритца.
- •Дискретность квантовых состояний атома. Постулаты Бора. Опыты Франка-Герца.
- •Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Спектральная плотность излучения.
- •Волновая функция микрочастицы и ее свойства. Стационарное и нестационарное уравнение Шредингера.
- •Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме: уравнение Шредингера, его решение, уровни энергии частицы.
- •Прохождение микрочастицы через потенциальный барьер. Туннельный эффект.
- •14. Туннельный эффект. Коэффициент прозрачности барьера
- •Гармонический осциллятор. Квантовомеханическое описание атома водорода.
- •Уровни энергии и схема термов щелочных металлов. Дублетная структура спектров щелочных металлов.
- •Магнитный и механический моменты электронов. Спин. Опыты Штерна и Герлаха.
- •Результирующий механический момент многоэлектронного атома. J-j и l-s связь.
- •Нормальный и аномальный эффекты Зеемана. Фактор Ланде.
- •Нормальный эффект Зеемана
- •Аномальный эффект Зеемана
- •Электронные оболочки атома и их заполнение. Принцип Паули. Правила Хунда.
- •Количество электронов в каждой оболочке
- •Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли.
- •Физические особенности в молекулярных спектрах. Энергия и спектр двухатомной молекулы. P-, q- и r-ветви.
- •Одномерный кристалл Кронига-Пенни. Понятие о зонной теории твердых тел. Фермионы и бозоны.
- •Расщепление энергетических уровней и образование зон. Различие между металлами, полупроводниками и диэлектриками в зонной теории.
- •Свойства и характеристика ядер. Нейтрон и протон, их свойства. Энергия связи ядра.
- •Свойства и модель ядерных сил. Капельная модель ядра. Формула Вейцзеккера для энергии связи. Оболочечная модель ядра.
- •Искусственная и естественная радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Активность. Правила смещения.
- •Основные закономерности -распада. Туннельный эффект. Свойства -излучения.
- •Основные закономерности -распада и его свойства. Нейтрино. Электронный захват. (см 27)
- •Получение трансурановых элементов. Основные закономерности реакций деления ядер.
- •Цепная реакция деления. Управляемая цепная реакция. Ядерный реактор.
- •Термоядерный синтез. Энергия звезд. Управляемый термоядерный синтез.
- •Источники и методы регистрации элементарных частиц. Типы взаимодействий и классы элементарных частиц. Античастицы.
- •Законы сохранения при превращениях элементарных частиц. Понятие о кварках.
- •Физическое, химическое и биологическое воздействие ионизирующего излучения.
- •Физические свойства ионизирующих излучений
- •Биологическое действие ионизирующих излучений
- •Дозы ионизирующих излучений и единицы их измерений. Радиационная безопасность.
- •Основные принципы обеспечения радиационной безопасности
- •Закономерности излучения черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формула Рэлея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.
Термоядерный синтез. Энергия звезд. Управляемый термоядерный синтез.
Термоядерная реакция — это реакция синтеза легких ядер в более тяжелые.
Для ее осуществления необходимо, чтобы исходные нуклоны или легкие ядра сблизились до расстояний, равных или меньших радиуса сферы действия ядерных сил притяжения (т.е. до расстояний 10-15 м). Такому взаимному сближению ядер препятствуют кулоновские силы отталкивания, действующие между положительно заряженными ядрами. Для возникновения реакции синтеза необходимо нагреть вещество большой плотности до сверхвысоких температур (порядка сотен миллионов Кельвин), чтобы кинетическая энергия теплового движения ядер оказалась достаточной для преодоления кулоновских сил отталкивания. При таких температурах вещество существует в виде плазмы. Поскольку синтез может происходить только при очень высоких температурах, ядерные реакции синтеза и получили название термоядерных реакций (от греч. therme"тепло, жар").
В термоядерных реакциях выделяется огромная энергия. Например, в реакции синтеза дейтерия с образованием гелия
выделяется 3,2 МэВ энергии. В реакции синтеза дейтерия с образованием трития
выделяется 4,0 МэВ энергии, а в реакции
выделяется 17,6 МэВ энергии.
Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применятьсядейтерий(2H) и тритий (3H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).
Источники и методы регистрации элементарных частиц. Типы взаимодействий и классы элементарных частиц. Античастицы.
Счетчик Гейгера - служит для подсчета количества радиоактивных частиц ( в основном электронов). Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном), с двумя электродами внутри (катод и анод). При пролете частицы возникает ударная ионизация газа и возникает импульс электрического тока.
Достоинства: - компактность - эффективность - быстродействие - высокая точность (10ООО частиц/с). Где используется: - регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д. - на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами - при поиске залежей радиоактивной руды (U, Th)
Камера Вильсона - служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков). Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии: при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуется перенасыщенный пар. По следу пролета частицы конденсируются капельки влаги и образуется трек – видимый след. При помещении камеры в магнитное поле по треку можно определить энергию, скорость, массу и заряд частицы.
По длине и толщине трека, по его искривлению в магнитном поле определяют характеристики пролетевшей радиоактивной частицы. Например, альфа-частица дает сплошной толстый трек, протон - тонкий трек, электрон - пунктирный трек. Пузырьковая камера - вариант камеры Вильсона
При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давление, переходит в перегретое состояние. При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара , т.е. жидкость закипает, виден трек. Преимущества перед камерой Вильсона: - большая плотность среды, следовательно короткие треки - частицы застревают в камере и можно проводить дальнейшее наблюдение частиц - большее быстродействие. Метод толстослойных фотоэмульсий - служит для регистрации частиц - позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции. Фотоэмульсия содержит большое количество микрокристаллов бромида серебра. Влетающие частицы ионизируют поверхность фотоэмульсий. Кристаллики AgВr распадаются под действием заряженных частиц и при проявлении выявляется след от пролета частицы - трек. По длине и толщине трека можно определить энергию и массу частиц.
Классы частиц и типы взаимодействий
В настоящее время существует твердое убеждение, что все в природе построено из элементарных частиц, а все природные процессы обусловлены взаимодействием этих частиц. Под элементарными частицами сегодня понимают кварки, лептоны, калибровочные бозоны и хиггсовские скалярные частицы. Под фундаментальными взаимодействиями- сильное, электро-слабое и гравитационное. Таким образом, условно можно выделить четыре класса элементарных частиц и три типа фундаментальных взаимодействий.
Первый класс содержит на сегодня фотон , - бозоны, восемь глюонов и предполагает существование гравитона. Все эти частицы являются переносчиками взаимодействий. За излучение - бозонов ответственно электро-слабое взаимодействие, глюоны переносят сильное взаимодействие, гравитоны- это предполагаемые кванты гравитационного поля.
Второй класс содержит лептоны. Их в настоящее время шесть: электрон , мюон , тау-лептон и соответствующие нейтрино . Удобно представить шесть лептонов в виде трех семейств
Нейтрино электрически нейтральны; электрон, мюон и тау-лептон обладают электрическими зарядами. Лептоны участвуют в электро- слабом и гравитационном взаимодействии.
Третий класс- это кварки. Сегодня известно шесть кварков- каждый из которых может быть "окрашен" в один из трех цветов. Как и лептоны их удобно расположить в виде трех семейств
Кварки в свободном виде не наблюдаются. Вместе с глюонами они являются составляющими адронов, которых несколько сотен. Адроны, как и составляющие их кварки, участвуют во всех типах взаимодействий.
Четвертый класс- хиггсовские частицы, экспериментально пока необнаруженные. В минимальной схеме достаточно одного хиггсовского скаляра. Их роль в природе на сегодня-в основном "теоретическая" и состоит в том, чтобы сделать электро-слабое взаимодействие перенормируемым. В частности, массы всех элементарных частиц- это "дело рук" хиггсовского конденсата. Возможно, введение хиггсовских полей необходимо для разрешения фундаментальных проблем космологии, таких как однородность и причинная связность Вселенной.
Последующие лекции по теории кварковой структуры адронов посвящены адронам и кваркам. Основное внимание будет уделяться классификации частиц, симметриям и законам сохранения.