Презентация на тему: Ядерная физика

Реклама. Продолжение ниже
Ядерная физика
Список литературы
Ядерная физика
Ядерная физика
Радиоактивность – свойство нестабильных ядер
Объяснение альфа-распада
1932 год - открытие нейтрона
1932 год - открытие позитрона
1932 год – первая ядерная реакция с использованием ускорителя
Состав атомного ядра
Состав атомного ядра
Состав атомного ядра
Состав атомного ядра
1. Размеры ядер
1. Размеры ядер
1. Размеры ядер
1. Размеры ядер - пример
2. Плотность ядер
2. Плотность ядер – пример
2. Плотность ядер – нейтронная звезда
3. Форма ядра
3. Форма ядра
4. Стабильность ядер
5. Масса ядер
6. Спин ядра
6. Спин ядра
7. Пример : спектр натрия
7. Пример : спектр натрия – тонкая структура
7. Пример : спектр натрия – сверхтонкая структура
1/29
Средняя оценка: 4.6/5 (всего оценок: 54)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1319 Кб)
Реклама. Продолжение ниже
1

Первый слайд презентации: Ядерная физика

Основные разделы курса: Характеристики атомного ядра Энергия связи и устойчивость ядер Модели атомного ядра Спин и момент ядер Ядерные силы Структура ядра Ядерные реакции Радиоактивность

Изображение слайда
1/1
2

Слайд 2: Список литературы

Рекомендуемая литература: Типлер П.А., Ллуэллин Р.А. Современная физика. Т2. М.:Мир, 2007 Бейзер А. Основные представления современной физики. М.: Атомиздат, 1973 Сивухин Д.В. Т5. Атомная и ядерная физика. М.: Физматлит, 2002 Дополнительная литература: Абрамов А.И. История ядерной физики. УРСС, 2006. Ахиезер А.И. Биография элементарных частиц. Киев, 1979. Хэлперн П. Коллайдер. М.: ЭКСМО, 2010.

Изображение слайда
1/1
3

Слайд 3

3 Размеры ядра : 10 -1 4 -1 0 -15 м 1 0 -15 м = 1 ферми = 1 фм. Размеры слишком малы для непосредственного наблюдения. Важные вопросы: Структурные элементы ядра Можно ли говорить об их относительном движении ? Какие законы описывают внутренность ядер ? Требуется знать : Ядерные силы ( 2, 3 ) Структура ядра (2, 3) Элементарные частицы ( 1) Масштабные характеристики ядра

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
4

Слайд 4

4 1895 г. – открытие рентгентовских лучей 1896 г. – Антуан Анри Беккерель при изучении флуоресценции уранила калия открыл радиоактивность. Нобелевская премия по физике в 1903 г. вместе с Марией и Пьером Кюри. Предпосылки ядерной физики – открытие радиоактивности 1903 г. – Нобелевская премия по физике за открытие радиоактивности ( Беккерель, Мария и Пьер Кюри).

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
5

Слайд 5: Радиоактивность – свойство нестабильных ядер

Альфа-частицы – ядра атома гелия ( Sg – сиборгий, Rg – резерфордий) Бета-частица – электроны Гамма-частицы – высокоэнергетичные фотоны ( Dy – диспрозий) При делении ядра формируются другие ядра, которые в свою очередь тоже могут быть радиоактивными, а также нейтроны. Этот процесс – основа для создания ядерных реакторов и оружия. ( U, Xe, Sr – уран, ксенон, стронций)

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/5
6

Слайд 6: Объяснение альфа-распада

1928 г. – квантомеханическая модель альфа-распада на основе туннельного эффекта (Георгий Гамов, Рональд Герни, Эдвард Кондон) Зависимость потенциальной энергии  –частицы от расстояния до центра ядра. Закон Гейгера-Неттола. Зависимость периода полураспада от энергии  –частиц для ряда различных радиоактивных ядер.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
7

Слайд 7: 1932 год - открытие нейтрона

1932 г. – Дж. Чедвик (Нобелевская премия за 1935 г.) Последовательное превращение кислорода-16 в -17 и -18 (8 протонов и 8/9/10 нейтронов) 1) 1930 г. – Боте и Беккер обнаружили новый вид ядерного излучения при облучении бериллиевой мишени потоком альфа-частиц. 2) Фредерик и Ирен Жолио-Кюри обнаружили, что это излучение при бомбардировке парафина приводит к вылету из него протонов. 3) Дж. Чедвик предположил, что обнаружен новый тип элементарных частиц – их масса близка к массе протона, заряда не имеют 4) Вернер Гейзенберг теоретически обосновал состав ядра из протонов и нейтронов, а не из протонов и электронов. Эта модель лучше отвечает структуре периодической таблицы.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
Реклама. Продолжение ниже
8

Слайд 8: 1932 год - открытие позитрона

1932 г. – Карл Андерсон (Нобелевская премия за 1936 г.) При изучении космических лучей обнаружил необычные следы в камере Вильсона при изучении. Объяснил их как следы частицы с массой электрона, но положительным зарядом. Подтвердил теоретические предсказания о существовании позитрона Поля Дирака. Трек позитрона в камере Вильсона в магнитном поле. Тонкая изогнутая прерывистая линия, идущая снизу вверх – трек позитрона. Темная полоса, пересекающая трек – слой вещества, в нем позитрон теряет часть энергии и при выходе двигается с меньшей скоростью (трек искривлён сильнее).

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
9

Слайд 9: 1932 год – первая ядерная реакция с использованием ускорителя

1932 г. – Джон Кокрофт и Эрнст Уолтон Умножитель преобразует переменное напряжение в высокое постоянное напряжение с использованием конденсаторов и диодов. Разрушили ядро Li посредством бомбардировки ускоренными протонами и исследовали продукты реакции (гелий). Нобелевская премия 1951 г. – «За работы по трансмутации атомных ядер с помощью искусственно ускоренных частиц» Умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/4
10

Слайд 10: Состав атомного ядра

Эксперименты Генри Мозли (1913 г.) – заряд ядра + Ze, Z – атомный номер Мозли измерил длины волн для характеристических спектров более 40 элементов. В модели Бора: 1) Электрон выбивается с орбиты n =1 быстрым электроном или рентгеновским фотоном. 2) Вакантное место заполняется электроном с орбиты n =2 или более высокой. 3) Разность энергий орбит будет излучаться в виде фотона, длина волны которого для достаточного больших Z (>12) будет находиться в рентгеновской области.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
11

Слайд 11: Состав атомного ядра

График Мозли: зависимость квадратного корня из частоты от Z для характеристических рентгеновских лучей. K - серия: переходы на вакансии в оболочке n =1 ( К -оболочка) L - серия: переходы на вакансии в оболочке n =2 ( L -оболочка) A n, b – константы для каждой линии характеристического излучения Смысл работ Мозли: атомы в периодической таблице размещаются не по порядковому номеру - массе, а по зарядовому числу Z.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
12

Слайд 12: Состав атомного ядра

Ядро содержит N нейтронов и Z протонов, общее число частиц в ядре: Z – атомный номер, N – изотопическое число A – массовое число, примерно равно атомному весу Протоны и нейтроны – нуклоны. Занимают объем от 1 до 10 фм. Состоят из 3 кварков. Некоторые характеристики составных частей атома ядерный магнетон магнетон Бора (примерно в 2000 раз больше ядерного)

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
13

Слайд 13: Состав атомного ядра

Химическое обозначение: Изотопы : одинаковое Z Изотоны : одинаковое N Изобары : одинаковое A

Изображение слайда
1/1
14

Слайд 14: 1. Размеры ядер

Эмпирическая зависимость для радиусов ядер: Способы определения размеров: Рассеяние заряженных частиц (опыты Резерфорда) Свойства альфа-распада Вета-распад зеркальных нуклидов (у которых Z и N меняются местами) График: формула Резерфорда для альфа-частиц, падающих на свинцовую мишень. Оценка радиуса для алюминия:

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
Реклама. Продолжение ниже
15

Слайд 15: 1. Размеры ядер

Радиусы ядер 4 He и 238 U: Уточнение выражения для радиуса ядер:

Изображение слайда
1/1
16

Слайд 16: 1. Размеры ядер

Роберт Хофштадтер – эксперименты на Стэнфордском линейном ускорителе, с 1953 г. 1961 г. – Нобелевская премия за открытие внутренней структуры нуклонов Энергии электронов: 200-500 МэВ, длина волны около 2.5 фм График: дифракция рассеяния ускоренных электронов на ядрах 16 O и 12 C. Условие первого дифракционного минимума:

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
17

Слайд 17: 1. Размеры ядер - пример

Вычислить радиус ядра 16 O, используя данные, полученные при рассеянии на них электронов с энергией 420 МэВ. Формула для вычисления радиуса по дифракционной картине: Местоположение первого минимума: Дебройлевская длина волны электрона: Импульс электрона с энергией 420 МэВ: Длина волны электрона: Оценка радиуса ядра:

Изображение слайда
1/1
18

Слайд 18: 2. Плотность ядер

Разные методы измерения размеров ядер дают похожие, но не одинаковые результаты. Может измеряться или радиус ядерного взаимодействия (рассеяние нейтронов), или распределение заряда в ядре (рассеяние электронов). - все ядра имеют примерно одинаковую плотность Капельная модель ядра: аналогия с жидкостью – ядра рассматриваются как шарообразные капли несжимаемой ядерной жидкости. Капельная модель: Позволяет вычислять массы ядер Объясняет ряд свойств ядер, в т.ч. деление тяжелых ядер Плотность ядра: 10 17 кг/м 3 ( V = 1 мм 3 – m =200000 т) Плотность атома: 10 3 кг/м 3

Изображение слайда
1/1
19

Слайд 19: 2. Плотность ядер – пример

Радиус нейтронной звезды. При возникновении сверхновой оболочка звезды взрывается и остается ядро, содержащее только нейтроны – нейтронная звезда. Ее плотность примерно равна плотности ядер. Вычислить радиус звезды с массой, равной массе Солнца 1.99·10 30 кг. Масса нейтронной звезды с ядерной плотностью 10 17 кг/м 3 :

Изображение слайда
1/1
20

Слайд 20: 2. Плотность ядер – нейтронная звезда

Схема образования миллисекундного пульсара: 1) Имеется тесная пара звезд, состоящая из сверхгиганта и солнцеподобной звезды 2) Массивная звезда быстро эволюционирует, взрывается как сверхновая и образует пульсар 3) Спустя миллиарды лет вторая звезда становится красным гигантом, и ее вещество начинает перетекать на нейтронную звезду 4) Скорость вращения нейтронной звезды увеличивается, ее излучение разогревает и развеивает в пространстве внешние слои звезды-гиганта

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
21

Слайд 21: 3. Форма ядра

Большинство – почти сферические Некоторые редкоземельные – эллипсоидальные ( 57<= Z <=71) (a): < z 2 > > <x 2 >, < z 2 > > <y 2 > ( б ): < z 2 > < <x 2 >, < z 2 > < <y 2 > Электрический квадрупольный момент – характеристика несферичности ядра (несферичности распределения его электрического заряда) :

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
22

Слайд 22: 3. Форма ядра

График: зависимость квадрупольного момента Q от числа нуклонов в ядре.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
23

Слайд 23: 4. Стабильность ядер

Из > 3000 известных ядер стабильны – 266 На один химический элемент в среднем приходится 2.6 стабильных изотопа. При Z=20, 28, 50, 82 изотопов больше. Олово Z=50 – имеет 10 устойчивых изотопов «Магические Z » - проявление оболочечной структуры ядра. Пояснение формы кривой стабильности на основе принципа Паули и электростатического отталкивания протонов.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
24

Слайд 24: 5. Масса ядер

Масс-спектрометр: измеряет отношение массы ионов q / M по их отклонению в магнитном поле. Масса атома меньше суммы масс ядра и электронов на энергию связи электронов: Энергия связи ядра E св.ядра >> Е св.ат. Зависимость удельной энергии связи E св.ядра / A от массового числа A

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/3
25

Слайд 25: 6. Спин ядра

Спины протона и нейтрона: ½ Результирующий спин ядра: вектор I Результирующий магнитный момент ядра: сумма моментов нуклонов Полный момент импульса атома: где - момент импульса электронов Классическая модель магнитного дипольного момента: осевое вращение заряженной частицы Круговой ток порождает магнитный момент, перпендикулярный плоскости тока Классическая модель орбитального момента: вращение частицы по круговой орбите

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
Изображение для работы со слайдом
1/4
26

Слайд 26: 6. Спин ядра

Полный момент импульса ядра может принимать следующие значения: – ядерный магнетон Правило отбора: F = ( I + J ), ( I + J -1), …, | I - J | Число возможных значений F : Результат – каждая спектральная линия атома расщепляется на N F компонент – сверхтонкая структура спектральных линий. Величина расщепления (примерно в 2000 раз меньше тонкого расщепления): g N – фактор (множитель) Ланде, обычно от 1 до 5 m I – магнитное квантовое число ( I z ), max(| m I |)= I B e – магнитное поле в области ядра, создаваемое электронами – магнитный момент ядра

Изображение слайда
1/1
27

Слайд 27: 7. Пример : спектр натрия

Энергетические уровни натрия (в сравнении с уровнями водорода). Стрелками показаны разрешенные переходы между уровнями.

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
28

Слайд 28: 7. Пример : спектр натрия – тонкая структура

Энергетические уровни натрия – уточненная диаграмма Для переходов указаны длины волн. Пример обозначения: 2 P 3/2 : состояние с l =1/2 и j =3/2 j – квантовое число момента импульса атома : j = l + s Тонкая структура линий: расщепление за счет учета движения электронов вокруг движения ядра (спин-орбитальное взаимодействие) Пример: дублетные состояния 2 P 3/2 и 2 P 1/2 c разностью энергий около 0.002 эВ. Дают наиболее интенсивные линии D 1 и D 2 :

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
29

Последний слайд презентации: Ядерная физика: 7. Пример : спектр натрия – сверхтонкая структура

Сверхтонкое расщепление дублетных уровней 2 P 3/2 и 2 P 1/2 Каждому уровню соответствует свое значение полного момента импульса атома: Правило отбора: Линия D 2 – 6 компонент Линия D 1 – 4 компоненты

Изображение слайда
Изображение для работы со слайдом
1/2
Реклама. Продолжение ниже