10.3.Бета-розпад. Види Бетарозпаду. Енергетичнi спектри електронiв. Експерuментальний доказ iснування нейтрино.

В - розпадом наз. процес перетворення нестабiльного ядра в iзобару - ядро iз зарядом, який вiдмiнний вiд початкового на ΔZ = ±1. Biн супроводжується випусканням електрона (позитрона), чи захопленням електрона з оболонки атома.

Вiдомi 3 види β - розпаду:

β^- розпад, при якому iз ядра вилiтає електрон i антинейтрино i утв. ядро з тим же масовим числом, але iз збiльшенням на 1 атомний номер (ΔZ = +1 )

Χ^Α _Ζ→ Χ^Α _Ζ+1 +е⁻+ν′, приклад n→p+е⁻+ν′

β⁺ розпад, при якому iз ядра вилiтають позитрон i нейтрино, а нове ядро має атомний номер на 1 менше ( ΔZ = -1 )

Χ^Α _Ζ→ Χ^Α _Ζ−1 +е⁻+ν, приклад n→p+е⁺+ν

Електронне захоплення, при якому ядро захоплює електрони з атономної оболонки i випускає нейтрино.

е⁻+ Χ^Α _Ζ +→ Χ^Α _Ζ-1+ν

Частiше всього захоплення проходить iз К -оболонки i тому процес називають К -захоплення, але він можливий i для інших оболонок. При цьому всерединi ядра 1 протон перетворюеться в нейтрон p+e‾→ n+ν. Дослiди енергетичного розподiлу електронiв, якi народжуються при β - розпадi, показали, що в процесi β - розпаду випромiнюються електрони Bcix енергiй вiд О до Т_mах – верхньої границі β – спектру, де Т_mах ~ різниці мас ядер.

При визначенiй енергії є максимум iнтенсивностi, а потiм iз її збiльшенням число електронiв монотонно зменшується.

Якщо не допускати, що разом з електроном вилiтає ще одна частинка, яка забирае частину енергії, то це означає, що при β-розпадi не виконуеться закон збереження eнергії. Якщо,

наприклад, нейтрон розпадається на протон i електрон

(n~ р +е‾ ), то оскiльки спiни вcix частинок рівні1/2, сума спiнiв справа = цiлому числу, а злiва - половинi.

Такий тип розпаду суперечить закону збереження моменту кiлькостi руху. Паулi в 1931 р. допустив, що при β ­розпадi вилiтає ще одна нейтральна частинка з нульовою масою i спiном 1/2 :

n~p+e^‾+ ν′

Цю частинку він назвав нейтрино. Нейтрино дуже слабко взаємодiє з речовиною i фактично є невловимим для спостереження. Лише в 1956 роцi американським вченим вдалося експериментально пiдтвердити iснування нейтрино i оцiнити перерiз його взаемодiї з речовиною: σ = 10-43 см²

7.Дейтрон. Основні характеристики дейтрона. Спінова залежність ядерних сил.

Дейтрон – це ядро атома ізотопу водню – дейтерію – з масовим числом 2. Позначається , D або d. Дейтрон складається з одного нейтрона й одного протона.

а.о.м.

МеВ – енергія зв’язку нуклонів, яка визначається з реакції вимірюванням енергії γ-квантів.

- спін дейтрона.

Дейтрон є парною часткою.

Метод розсіювання релятивістських електронів на дейтерії дозволив визначити середньоквадратичний радіус розподілу електричного заряду в дейтроні:

Дейтрон має додатний електричний квадрупольний момент. Звідси отримується висновок, що він має витягнуту форму сигари.

Дейтрон, на відміну від протона, слабко поглинає нейтрони і добре їх сповільнює. Через це він широко використовується в експериментальній ядерній фізиці як бомбардуючі частинки і як мішені.

В результаті значної кількості дослідів по вивченню статистичних властивостей атомів та експериментів по розсіянню нейтронів і протонів на ядрах було встановлено наступне.

1) Ядерні сили не залежать від електричного заряду нуклонів, що взаємодіють.

2) Радіус дії ядерних сил складає 1,5-2 фм. На відстанях менших за 0,6 фм потенціал взаємодії має вигляд потенціалу Юкави:

- радіус дії сили.

На відстанях менших за 0,2 фм потенціал є додатним (відштовхування нуклонів).

Для спрощення розрахунків в ядерній фізиці користуються не потенціалом Юкави, а прямокутною потенціальною ямою, в якій знаходиться кожен з нуклонів.

3) Інтенсивність ядерної взаємодії залежить від взаємної орієнтації спінів двох нуклонів дейтрону. Повний спін дейтрона є векторною сумою спінів обох його складових та їх відносного орбітального моменту кількості руху:

Оскільки парність дейтрона позитивна, то L повинно бути парним числом. Тоді, якщо J=1, то L=0 або L=2. Більш ймовірним є стан з L=0.

L=0 L=2

Дейтрон відповідає триплетному стану (спіни орієнтовані в одному напрямку). Якби ядерні сили не залежали від спінів, то протон і нейтрон могли б утворювати синглетний стан (зв’язаний стан із нульовим спіном). Синглетний стан є нестійким, що і є прямим доказом спінової залежності ядерних сил.

4) Дипольний магнітний момент дейтрона не рівний сумі магнітних моментів двох нуклонів. Різниця 2,5% набагато перевищує похибки експерименту, що є доказом того, що кожен нуклон володіє орбітальним моментом.

Щоб врахувати третю і четверту властивості, у потенціал взаємодії додають тензорну складову, що залежить від взаємної орієнтації спінів нуклонів та відстані між ними:

- центральносиметрична частина потенціалу;

8.Космічні промені. Первинне космічне випромінювання. Проходження космічного випромінювання крізь атмосферу. Гіпотези про походження космічних променів.

Космічні променіюПервинне космічне випромінювання. Проходження космічного випромінювання крізь атмосферу. Гіпотези про походження косміних промені.

Космічними променями прийнято називати сукупність потоку атомних ядер високої енергії, в основному протонів, які падають на Землю із світового простору, які утворюють у земній атмосфері вторинне випромінювання, в якому зустрічаються всі відомі зараз елементарні частки.

Основною гіпотезою про походження космічних променів є спалахи „наднових” зірок, світимість, яких перевищує 10⁷-10¹⁰ разсвітимість Сонця. Враховуючи між зіркове поглинання , можна допустити, що частота спалахів наднових зірок на порядок більша ніж спостерігають, але ці спалахи мають менше енерговиділення ніж наднові зірки. Можливо, що джерелам таких швидких електронів є зіткнення швидких тяжких частинок (протонів) з ядроми речовини туманності. В результаті цих зіткненя утворюється π-мезони, розпад яких і приводить до появи електронів.

Первинне космічне випромінювання – це високоенергетичні мікрочастинки космічного простору.

На шляху до поверхні речовини Землі космічні промені мають пройти товстий шар речовини –атмосфери, в якій відбуваєтьс низка перетворень. Внаслідок цього на поверхню Землі падає випромінювання, що не має нічого спільного з існуючим в космосі. Це випромінювання часто називають вторинним випомінюванням, називаючи первинним високоенергетичні мікрочастнки космічного простору.

Хімічний склад первинного космічного випромінюванння поділений на групи і представляються наступним чином: р –групамістить протони, дейтрони і тритони; α-група – α-частинки, і ядра ізотопу гелію; L-група (легкі ядра) – ядра літію(Z=3-5), берилія, М-група (середні ядра) – ядра вуглецю, кисню, фтору(Z=6-9), Н-група (тяжкі ядра) – ядра із Z≥10.

Склад космічного випромінювання і його продуктів змінюється по мірі „занурення ” в атмосферу. В її верхньому шарі потоку часток переважають нуклони, в середньому (від 17-5км. над рівнем моря) переважають електрони, позитрони і фотони - в ніжніх слоях атмосфери.