Модели ядер. Понятие о модели ядра. Капельная модель ядра. Магические и дважды магические числа, полумагические числа. Модель ядерных оболочек, нуклонная оболочка, протонная и нейтронная оболочки. Схема уровней нейтронных оболочек в ядрах. Обобщённая модель ядра. Модель Ферми-газа, сверхтекучая модель. Оптическая модель ядра.
Форма ядер. Неравномерное распределение заряда ядра, центральная зона ядра – сердцевина). Оболочка ядра, радиус ядра. Сферическая, сигарообразная и дисковая форма ядра и его колебательное движение.
Литература: [1,2,3]
1. Перечислите основные характеристики атомных ядер.
2. Что представляют собой стабильные и радиоактивные ядра, их основное и возбуждённое энергетическое состояние?
3. Что, согласно ядерной модели, входит в состав атомных ядер, что собой представляют нуклоны и нуклиды?
4. В чём суть принципа дефекта масс и что понимают под энергией связи ядра?
5. Изотопы, изобары, изотоны, изомеры – что понимают под этими терминами?
6. Перечислите основные свойства ядерных сил, что такое «дорожка» стабильности?
7. Как изображается современная модель ядерного взаимодействия, в чём роль p - мезонов?
8. Перечислите и дайте краткое описанное моделей ядра.
9. Какие существуют модели ядерных оболочек?
10. Какие модели форм ядер вам известны?
Тема 3. Радиоактивный распад
Природа явления радиоактивности. Причины радиоактивного распада ядер. Явление радиоактивности. Ядерные излучения.
Основной закон радиоактивного распада. Скорость распада, среднее время жизни радионуклида. Постоянная радиоактивного распада, физический смысл постоянной распада. Закон радиоактивного распада: дифференциальная и интегральная формы. Период полураспада, единицы измерения. Связь между постоянной радиоактивного распада и периодом полураспада. Экспоненциальная форма радиоактивного распада. Связь периода полураспада и времени жизни радионуклидов.
Активность. Связь активности со временем. Уменьшение активности со временем. Единицы измерения активности: беккерель и кюри. Связь между единицами активности.
Виды радиоактивного распада. Альфа-распад (на примере плутония-239 и америция-241). Условие альфа-распада, закон Гейгера-Неттола. Спектр альфа-распада, идентификация радионуклидов. Бета-распад: электронный и позитронный (на примере стронция-90, иода-131, цезия-137 и фосфора-32), К-захват (на примере калия-40). Схемы распада, правило смещения. Особенности бета-распада, энергетический спектр бета-частиц. Двойной распад (на примере калия-40). Гамма-излучение ядер как сопутствующее явление (на примере кобальта-60). Спонтанное деление. Распад с вылетом нуклонов. Внутренняя конверсия. Ядерная изомерия.
Литература: [1,2,3,4].
1. В чём причины радиоактивности и ядерных излучений?
2. Укажите основные характеристики радиоактивного распада и дайте объяснение их физического смысла.
3. Какими формами представлен закон радиоактивного распада?
4. Как период полураспада связан с постоянной распада и каковы их единицы измерения?
5. Что такое активность и в чём она измеряется?
6. По какому закону изменяется активность во времени?
7. Какие существуют виды радиоактивного распада?
8. Что определяет закон Гейгера-Неттола и что собой представляет спектр альфа-распада?
9. Укажите различия в схемах бета-распадов?
10. Что собой представляет правило смещения и энергетический спектр бета-частиц?
11. Существует ли гамма-распад и что собой представляет спонтанное деление?
Тема 4. Ядерные излучения
Свойства ядерных излучений. Природа ионизирующих излучений, корпускулярное и электромагнитное излучение. Характеристики излучений: удельная ионизация, пробег изучения в веществе, энергия излучения, проникающая способность, линейная передача энергии. Характеристика альфа-, бета-, гамма-излучения и нейтронного излучения.
Взаимодействие альфа-излучения с веществом. Ионизация и возбуждение вещества. Радиационные и ионизационные потери энергии частиц.
Взаимодействие бета-излучения с веществом. Ионизация и возбуждение вещества, рассеяние электронов. Тормозное излучение. Сравнение ионизационных и радиационных потерь энергии.
Взаимодействие гамма-излучения с веществом. Фотоэффект. Комптон-эффект на свободных и связанных электронах. Эффект образования пар. Суммарный линейный коэффициент ослабления гамма-излучения при прохождении через вещество.
Взаимодействие нейтронов с веществом. Особенности взаимодействия. Рассеяние нейтронов: упругое и неупругое Радиационный захват нейтронов. Реакции с вылетом заряженных частиц. Деление ядер.
Литература: [1,2,3,4].
Вопросы для самопроверки
1. Какова природа ионизирующих излучений?
2. Какие ионизирующие излучения известны на сегодняшний день?
3. Чем характеризуются ионизирующие излучения?
4. В чём сущность процесса ионизации?
5. Какими параметрами характеризуется степень взаимодействия излучений с веществом?
6. Какие физические эффекты вызывает альфа-излучение при взаимодействии с веществом?
7. Какие физические эффекты вызывает бета-излучение при взаимодействии с веществом?
8. Что представляет собой тормозное излучение?
9. Что понимают под радиационными и ионизационными потерями энергии частиц?
10. Что представляют собой комптон-эффект и фотоэффект?
11. Какие особенности имеют место при взаимодействии нейтронов с веществом?
Тема 5. Радиоактивное равновесие
Радиоактивные семейства. Материнское и дочернее ядра. Родоначальник радиоактивного ряда, радиоактивное семейство. Семейство урана-238. Семейство урана-235 (актиноурана). Семейство тория-232. Семейство нептуния-237. Распространённость радиоактивных семейств.
Радиоактивное равновесие. Распад и накопление радионуклидов в радиоактивном семействе, скорость накопления материнского вещества и скорость распада дочернего вещества. Вековое (секулярное) уравнение. Подвижное равновесие.
Литература: [1,2,3].
Вопросы для самопроверки
1. Что понимают под терминами материнские и дочерние ядра?
2. Что называется радиоактивным семейством?
3. Сколько радиоактивных семейств существуют в настоящее время?
4. Как происходит распад и накопление изотопов в радиоактивном семействе?
5. Что представляет собой вековое (секулярное) уравнение?
6. Что представляет собой подвижное равновесие?
Тема 6. Использование ядерной энергии
Ядерные реакторы и ядерная энергетика. Метод меченых атомов. Стерилизация лекарственных препаратов и медикаментов, пищевых продуктов. Радиотерапия.
Литература: [1,2,3].
Вопросы для самопроверки
1. Что представляет собой ядерный реактор?
2. В чём суть метода меченых атомов?
3. В чём заключается роль радиоактивного метода при стерилизации лекарственных препаратов и медикаментов, пищевых продуктов?
4. Что такое радиотерапия?
5. Каковы задачи и перспективы ядерной энергетики?
Экзаменационные вопросы
1. Масса атомов, атомная единица массы, число Авогадро.
2. Размеры атома, линейные размеры атома, площадь поперечного сечения.
3. Уравнение Эйнштейна, связь между атомной единицей массы и энергией.
4. Единица измерения энергии электрон-вольт.
5. Строение атома.
6. Основное и возбуждённое состояния атома. Ионизация атомов, ионизационный потенциал.
7. Атомные спектры и уровни энергии.
8. Волновые свойства частиц вещества.
9. Заряд ядра, масса ядра, размеры ядра, массовое число. Стабильные и радиоактивные ядра.
10. Основное и возбуждённое энергетические состояния ядра, стационарное энергетическое состояние ядра.
11. Элементарные частицы, состав ядра.
12. Дефект масс.
13. Энергия связи ядра, удельная энергия связи ядра, ядерная энергия.
14. Ядерные силы.
15. Связь между проявлением ядерных сил и стабильностью ядра. «Дорожка» стабильности.
16. Модели ядер.
17. Форма ядер.
18. Явление радиоактивности. Единицы измерения активности.
19. Причины радиоактивного распада ядер.
20. Основной закон радиоактивного распада.
21. Постоянная радиоактивного распада, физический смысл постоянной распада.
22. Период полураспада, единицы измерения.
23. Альфа-распад.
24. Бета-распад (электронный).
25. Бета-распад (позитронный).
26. К-захват.
27. Схемы радиоактивного распада, правило смещения.
28. Спектр альфа-распада, идентификация радионуклидов.
29. Особенности бета-распада, энергетический спектр бета-частиц.
30. Гамма-излучение ядер.
31. Спонтанное деление. Распад с вылетом нуклонов. Внутренняя конверсия. Ядерная изомерия.
32. Характеристики альфа-излучения: удельная ионизация, пробег излучения в веществе, энергия излучения, проникающая способность, линейная передача энергии.
33. Характеристики бета-излучения: удельная ионизация, пробег излучения в веществе, энергия излучения, проникающая способность, линейная передача энергии.
34. Характеристики гамма-излучения: удельная ионизация, пробег излучения в веществе, энергия излучения, проникающая способность, линейная передача энергии.
35. Взаимодействие альфа-излучения с веществом.
36. Взаимодействие бета-излучения с веществом.
37. Взаимодействие гамма-излучения с веществом.
38. Радиоактивные семейства.
39. Радиоактивное равновесие.
40. Использование ядерной энергии.
3. ВЫПОЛНЕНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
По дисциплине «Атомная и ядерная физика» студенты-заочники выполняют одну контрольную работу. К выполнению контрольной работы приступают после изучения соответствующей литературы по всем программным вопросам. Контрольная работа должна быть выполнена последовательно, аккуратно оформлена. Небрежно оформленные работы к проверке не допускаются. В контрольной работе студент обязан указать свой личный шифр. В тексте необходимо сохранить нумерацию заданий, принятую в методических указаниях.