Атомная и ядерная физика. Атомная физика

Специальная теория относительности (СТО) базируется на двух постулатах:

1. Принцип относительности: в любых инерциальных системах отсчета все физические явления при одних и тех же исходных условиях протекают одинаково, т.е. никакими опытами, проведенными в замкнутой системе тел, нельзя обнаружить покоится ли тело или движется равномерно и прямолинейно.
2. Принцип постоянства скорости света: во всех инерциальных системах отсчета скорость света в вакууме одинакова и не зависит от скорости движущегося источника света.

Равное с постулатами СТО имеет значение положение СТО о предельном характере скорости света в вакууме: скорость любого сигнала в природе не может превосходить скорость света в вакууме: c = 3∙10 8 м/с. При движении объектов со скоростью сопоставимой со скоростью света, наблюдаются различные эффекты, описанные далее.

1. Релятивистское сокращение длины.

Длина тела в системе отсчета, где оно покоится, называется собственной длиной L 0 . Тогда длина тела движущегося со скоростью V в инерциальной системе отсчета уменьшается в направлении движения до длины:

где: c – скорость света в вакууме, L 0 – длина тела в неподвижной системе отсчета (длина покоящегося тела), L – длина тела в системе отсчета, движущейся со скоростью V (длина тела, движущегося со скоростью V ). Таким образом, длина тела является относительной. Сокращение тел заметно, только при скоростях, сопоставимых со скоростью света.

2. Релятивистское удлинение времени события.

Длительность явления, происходящего в некоторой точке пространства, будет наименьшей в той инерциальной системе отсчета, относительно которой эта точка неподвижна. Это означает, что часы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета, идут медленнее неподвижных часов и показывают больший промежуток времени между событиями. Релятивистское замедление времени становится заметным лишь при скоростях сопоставимых со скоростью света, и выражается формулой:

Время τ 0 , замеренное по часам, покоящимся относительно тела, называется собственным временем события.

3. Релятивистский закон сложения скоростей.

Закон сложения скоростей в механике Ньютона противоречит постулатам СТО и заменяется новым релятивистским законом сложения скоростей. Если два тела движутся навстречу друг другу, то их скорость сближения выражается формулой:

где: V 1 и V 2 – скорости движения тел относительно неподвижной системы отсчета. Если же тела движутся в одном направлении, то их относительная скорость:

4. Релятивистское увеличение массы.

Масса движущегося тела m больше, чем масса покоя тела m 0:

5. Связь энергии и массы тела.

С точки зрения теории относительности масса тела и энергия тела – это практически одно и то же. Таким образом, только факт существования тела означает, что у тела есть энергия. Наименьшей энергией Е 0 тело обладает в инерциальной системе отсчета относительно которой оно покоится и называется собственной энергией тела (энергия покоя тела) :

Любое изменение энергии тела означает изменение массы тела и наоборот:

где: ∆E – изменение энергии тела, ∆m – соответствующее изменение массы. Полная энергия тела:

где: m – масса тела. Полная энергия тела Е пропорциональна релятивистской массе и зависит от скорости движущегося тела, в этом смысле важны следующие соотношения:

Кстати кинетическую энергию тела, движущегося с релятивистской скоростью, можно считать только по формуле:

С точки зрения теории относительности закон сохранения масс покоя несправедлив. Например, масса покоя атомного ядра меньше суммы масс покоя частиц, входящих в ядро. Однако, масса покоя частицы способной к самопроизвольному распаду больше суммы собственных масс составляющих ее.

Это не означает нарушения закона сохранения массы. В теории относительности справедлив закон сохранения релятивистской массы, так как в изолированной системе тел сохраняется полная энергия, а значит и релятивистская масса, что следует из формулы Эйнштейна, таким образом можно говорить о едином законе сохранения массы и энергии. Это не означает возможность перехода массы в энергию и наоборот.

Между полной энергией тела, энергией покоя и импульсом существует зависимость:

Фотон и его свойства

Свет – это поток квантов электромагнитного излучения, называемых фотонами. Фотон – это частица, переносящая энергию света. Он не может находиться в покое, а всегда движется со скоростью, равной скорости света. Фотон обладает следующими характеристиками:

1. Энергия фотонов равна:

где: h = 6,63∙10 –34 Дж∙с = 4,14∙10 –15 эВ∙с – постоянная Планка, ν – частота света, λ – длина волны света, c – скорость света в вакууме. Энергия фотона в Джоулях очень мала, поэтому для математического удобства ее часто измеряют во внесистемной единице – электрон-вольтах:

1 эВ = 1,6∙10 –19 Дж.

2. Фотон движется в вакууме со скоростью света c .

3. Фотон обладает импульсом:

4. Фотон не обладает массой в привычном для нас смысле (той массой, которую можно измерить на весах, рассчитать по второму закону Ньютона и так далее), но в соответствии с теорией относительности Эйнштейна, обладает массой как мерой энергии (E = mc 2). Действительно, любое тело, имеющее некоторую энергию, имеет и массу. Если учесть, что фотон обладает энергией, то он обладает и массой, которую можно найти как:

5. Фотон не обладает электрическим зарядом.

Свет обладает двойственной природой. При распространении света проявляются его волновые свойства (интерференция, дифракция, поляризация), а при взаимодействии с веществом – корпускулярные (фотоэффект). Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма .

Внешний фотоэффект

Фотоэлектрический эффект – явление, заключающееся в появлении фототока в вакуумном баллоне при освещении катода монохроматическим светом некоторой длины волны λ .

Когда напряжение на аноде отрицательно, электрическое поле между катодом и анодом тормозит электроны. Измеряя данное задерживающее напряжение при котором исчезает фототок, можно определить максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов вырываемых из катода:

Многочисленными экспериментаторами были установлены следующие основные закономерности фотоэффекта :

1. Фотоэффект безынерционен. Это значит, что электроны начинают вылетать из металла сразу же после начала облучения светом.
2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с увеличением частоты света ν и не зависит от его интенсивности.
3. Для каждого вещества существует так называемая красная граница фотоэффекта , то есть наименьшая частота ν min (или наибольшая длина волны λ max) при которой еще возможен внешний фотоэффект.
4. Число фотоэлектронов, вырываемых светом из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности света.

При взаимодействии с веществом фотон целиком передает всю свою энергию E = hν одному электрону. Часть этой энергии электрон может рассеять при столкновениях с атомами вещества. Кроме того, часть энергии электрона затрачивается на преодоление потенциального барьера на границе металл–вакуум. Для этого электрон должен совершить работу выхода A вых, зависящую от свойств материала катода. Наибольшая кинетическая энергия, которую может иметь вылетевший из катода фотоэлектрон, в таком случае, определяется законом сохранения энергии:

Эту формулу принято называть уравнением Эйнштейна для внешнего фотоэффекта . С помощью уравнения Эйнштейна можно объяснить все закономерности внешнего фотоэффекта. Для красной границы фотоэффекта , согласно формуле Эйнштейна, можно получить выражение:

Постулаты Бора

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): атомная система может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная номер n и энергия E n . В стационарных состояниях атом не излучает и не поглощает энергию.

Состоянию с наименьшей энергией присваивается номер «1». Оно называется основным . Всем остальным состояниям присваиваются последовательные номера «2», «3» и так далее. Они называются возбужденными . В основном состоянии атом может находиться бесконечно долго. В возбужденном состоянии атом живет некоторое время (порядка 10 нс) и переходит в основное состояние.

Согласно первому постулату Бора, атом характеризуется системой энергетических уровней, каждый из которых соответствует определенному стационарному состоянию. Механическая энергия электрона, движущегося по замкнутой траектории вокруг положительно заряженного ядра, отрицательна. Поэтому всем стационарным состояниям соответствуют значения энергии E n < 0. При E n ≥ 0 электрон удаляется от ядра (происходит ионизация). Величина |E 1 | называется энергией ионизации . Состояние с энергией E 1 называется основным состоянием атома.

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией E n в другое стационарное состояние с энергией E m излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний:

Атом водорода

Простейший из атомов – атом водорода. Он содержит единственный электрон. Ядром атома является протон – положительно заряженная частица, заряд которой равен по модулю заряду электрона. Обычно электрон находится на первом (основном, невозбужденном) энергетическом уровне (электрон, как и любая другая система, стремится к состоянию с минимумом энергии). В этом состоянии его энергия равна E 1 = –13,6 эВ. В атоме водорода выполняются следующие соотношения, связывающие радиус траектории вращающегося вокруг ядра электрона, его скорость и энергию на первой орбите с аналогичными характеристиками на остальных орбитах:

На любой орбите в атоме водорода кинетическая (К ) и потенциальная (П ) энергии электрона связаны с полной энергией (Е ) следующими формулами:

Атомное ядро

В настоящее время твердо установлено, что атомные ядра различных элементов состоят из двух частиц – протонов и нейтронов, которые принято называть нуклонами. Для характеристики атомных ядер вводится ряд обозначений. Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом или атомным номером (это порядковый номер в периодической таблице Менделеева). Число нейтронов обозначают символом N. Общее число нуклонов (то есть протонов и нейтронов) называют массовым числом A, для которого можно записать следующую формулу:

Энергия связи. Дефект массы

Важнейшую роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра . Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. Такие измерения показывают, что масса любого ядра M я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: M я < Zm p + Nm n . При этом разность этих масс называется дефектом масс , и вычисляется по формуле:

По дефекту массы можно определить с помощью формулы Эйнштейна E = mc 2 энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, то есть энергию связи ядра E св:

Но удобнее рассчитывать энергию связи по другой формуле (здесь массы берутся в атомных единицах, а энергия связи получается в МэВ):

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада

Почти 90% из известных атомных ядер нестабильны. Нестабильное ядро самопроизвольно превращается в другие ядра с испусканием частиц. Это свойство ядер называется радиоактивностью .

Альфа-распад. Альфа-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра с числом протонов Z и нейтронов N в другое (дочернее) ядро, содержащее число протонов Z – 2 и нейтронов N – 2. При этом испускается α -частица – ядро атома гелия 4 2 He. Общая схема альфа-распада:

Бета-распад. При бета-распаде из ядра вылетает электрон (0 –1 e). Схема бета-распада:

Гамма-распад. В отличие от α - и β -радиоактивности γ -радиоактивность ядер не связана с изменением внутренней структуры ядра и не сопровождается изменением зарядового или массового чисел. Как при α -, так и при β -распаде дочернее ядро может оказаться в некотором возбужденном состоянии и иметь избыток энергии. Переход ядра из возбужденного состояния в основное сопровождается испусканием одного или нескольких γ -квантов, энергия которых может достигать нескольких МэВ.

Закон радиоактивного распада. В любом образце радиоактивного вещества содержится огромное число радиоактивных атомов. Так как радиоактивный распад имеет случайный характер и не зависит от внешних условий, то закон убывания количества N (t ) нераспавшихся к данному моменту времени t ядер может служить важной статистической характеристикой процесса радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада имеет вид:

Величина T называется периодом полураспада , N 0 – начальное число радиоактивных ядер при t = 0. Период полураспада – основная величина, характеризующая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада, тем интенсивнее протекает распад.

При α - и β -радиоактивном распаде дочернее ядро также может оказаться нестабильным. Поэтому возможны серии последовательных радиоактивных распадов, которые заканчиваются образованием стабильных ядер.

Ядерные реакции

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ -квантов. В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях.

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам сохранения при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (то есть числа нуклонов – протонов и нейтронов). Например, в реакции общего вида:

Выполняются следующие условия (общее число нуклонов до и после реакции остается неизменным):

Энергетический выход ядерной реакции

Ядерные реакции сопровождаются энергетическими превращениями. Энергетическим выходом ядерной реакции называется величина:

где: M A и M B – массы исходных продуктов, M C и M D – массы конечных продуктов реакции. Величина ΔM называется дефектом масс . Ядерные реакции могут протекать с выделением (Q > 0) или с поглощением энергии (Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q |, которая называется порогом реакции .

Для того чтобы ядерная реакция имела положительный энергетический выход, удельная энергия связи нуклонов в ядрах исходных продуктов должна быть меньше удельной энергии связи нуклонов в ядрах конечных продуктов. Это означает, что величина ΔM

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на почту. Написать об ошибке можно также в социальной сети (). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

Атомная физика возникла на рубеже XIX и XX столетий на основе исследований оптических спектров газов, открытия электрона и радиоактивности. На первом этапе своего развития (первая четверть XX в.) атомная физика занималась главным образом выявлением строения атома и изучением его свойств. Опыты Э. Резерфорда по рассеянию а-частиц тонкой металлической фольгой (1908-1911) привели к созданию планетарной модели атома; используя эту модель, Н. Бор (1913) и А. Зоммерфельд (1915) разработали первую количественную теорию атома (см. Атом). Последующие исследования свойств электрона и атомов завершились созданием в середине 20-х гг. квантовой механики - физической теории, описывающей законы микромира и позволяющей количественно рассматривать явления, в которых участвуют микрочастицы (см. Квантовая механика).

Квантовая механика является теоретическим фундаментом атомной физики. В то же время атомная физика играет роль своеобразного «испытательного полигона» для квантовой механики. Представления и выводы квантовой механики, часто не согласующиеся с нашим повседневным опытом, проходят экспериментальную проверку в атомной физике. Ярким примером могут служить знаменитые опыты Франка - Герца (1913) и Штерна - Герлаха (1922); ниже остановимся на них подробнее.

К началу XX в. был накоплен богатый материал по оптическим спектрам атомов. Было установлено, что каждому химическому элементу соответствует свой линейчатый спектр, характеризующийся закономерным, упорядоченным расположением спектральных линий. Квантовая механика связывает наблюдаемые закономерности в спектре с системой энергетических уровней данного атома. В 1913 г. немецкие физики Дж. Франк и Г. Герц выполнили опыт, давший прямое экспериментальное подтверждение тому, что внутренняя энергия атома квантуется и поэтому может изменяться лишь дискретно, т. е. определенными порциями. Они измерили энергию свободных электронов, затрачиваемую на возбуждение атомов ртути. Основной элемент установки - стеклянный откачанный баллон с тремя впаянными электродами: катодом, анодом, сеткой (прообраз современного вакуумного триода). В баллоне находились пары ртути под давлением 1 мм рт. ст. Электроны, покинувшие катод, ускорялись в поле между катодом и сеткой (ускоряющее напряжение U) и затем тормозились в поле между сеткой и анодом (тормозящее напряжение U 1). На пути от катода к аноду электроны сталкивались с атомами ртути. Напряжение U 1 выбиралось значительно меньше, чем U\ поэтому от анода отталкивались только достаточно медленные электроны - те, которые потеряли энергий) в результате неупругих столкновений с атомами ртути. В опыте измерялась сила анодного тока в зависимости от ускоряющего напряжения U. Экспериментальная кривая имеет ряд четких максимумов, отстоящих друг от друга на 4,9 В. Вид этой кривой объясняется так. При U< 4,9 В столкновения электронов с атомами ртути являются упругими (возбуждение атомов не происходит), поэтому сила тока плавно нарастает с увеличением U. По достижении значения U = 4,9 В начинаются неупругие столкновения, связанные с возбуждением атомов ртути; в результате сила тока резко падает. При дальнейшем повышении U ток снова нарастает до тех пор, пока напряжение не достигнет 9,8 В, когда электрон оказывается в состоянии возбудить два атома. При достижении 14,7 В электроны способны испытать три неупругих столкновения с атомами ртути и т. д. При напряжении 4,9 В электрон приобретает энергию 4,9 эВ. Таким образом вид кривой 1(10 показывает, что для возбуждения атома ртути необходима энергия, равная 4,9 эВ. Это и есть, очевидно, та самая порция энергии, которой атом ртути обменивается с электроном.

При более тщательной постановке опытов этого типа удалось обнаружить возбуждение следующих энергетических уровней атомов: для ртути это 6,7; 8,3 эВ и т. д. (10,4 эВ - потенциал ионизации). Наблюдение свечения газа показывает при этом появление полного спектра для атомов ртути.

Движущийся вокруг атомного ядра электрон можно уподобить элементарному электрическому току; он порождает магнитное поле. Магнитные поля различных электронов, складываясь, образуют магнитное поле атома. Для его характеристики вводится векторная величина, называемая магнитным моментом. Если электроны полностью заполняют ту или иную оболочку (1s, 2s, 2р и т. д.), то их магнитные поля взаимно компенсируются; магнитные моменты соответствующих атомов равны нулю.

В 1922 г. в Германии О. Штерн и В. Герлах выполнили опыт, показавший, что магнитный момент атома пространственно квантуется. Они посылали пучок атомов, имеющих магнитный момент, сквозь неоднородное магнитное поле и исследовали отклонения атомов под действием этого поля. Степень и характер отклонения зависят от ориентации магнитного момента атома по отношению к направлению поля. Если бы в пучке находились атомы со всевозможными ориентациями магнитных моментов, то наблюдалось бы непрерывное угловое «размытие» первоначального пучка. На опыте же наблюдалось четкое расщепление пучка атомов на несколько пучков; это и означало, что магнитный момент атома пространственно квантуется - его проекция на направление магнитного поля может иметь лишь некоторые определенные (дискретные) значения.

Обратимся к распределению отклонений атомов натрия в неоднородном магнитном поле (оно получено в 1930 г.). Это распределение имеет два четких максимума. У атома натрия три заполненные оболочки (1s, 2s, 2р) и один 3s-электрон. Электронное облако s-электронов сферически симметрично (см. Атом), поэтому их движение в поле ядра не приводит к появлению магнитного момента. Чтобы объяснить наблюдаемое расщепление пучка атомов натрия на две составляющие, необходимо принять, что у электрона есть собственный магнитный момент, не связанный с движением электрона вокруг ядра. Этот магнитный момент условно связывают с вращением электрона вокруг собственной оси и называют спиновым моментом (см. Спин). Магнитный же момент электрона, связанный с его движением вокруг ядра, называют орбитальным моментом. Итак, в случае атома натрия взаимно скомпенсированы как орбитальные, так и спиновые моменты электронов заполненных оболочек; орбитальный момент 3s-электрона равен нулю, а спиновый момент этого электрона обусловливает расщепление пучка атомов натрия в неоднородном магнитном поле. Тот факт, что наблюдается расщепление на два пучка, означает, что спиновый момент электрона имеет две проекции на направление магнитного поля.

В 30-х гг. нашего столетия начался новый этап в развитии атомной физики. В эти годы выяснилось, что природа взаимодействий, ответственных за процессы внутри атомного ядра и объясняющих стабильность либо радиоактивность ядер, является совершенно иной по сравнению с взаимодействиями, обусловливающими процессы, происходящие в электронных оболочках атома (см. Единство сил природы). В связи с этим из атомной физики выделилось отдельное научное направление, связанное с исследованиями физики атомных ядер; в 40-х гг. это направление оформилось в самостоятельную физическую науку - ядерную физику. Наконец, в 50-х гг. от ядерной физики отпочковалось направление, связанное с изучением систематики и взаимопревращений элементарных частиЦ, - физика элементарных частиц.

В итоге выявился вполне определенный круг вопросов, составляющих содержание современной атомной физики. Ее не интересуют процессы, происходящие в атомном ядре, равно как и взаимопревращения элементарных частиц. Атомная физика изучает процессы с участием атомов или ионов, притом только такие процессы, которые не приводят к каким-либо изменениям в атомных ядрах. Следовательно, речь идет о процессах, затрагивающих лишь электронные оболочки атомов. К подобным

процессам относятся: изменения состояний электронов в атоме под действием внешних электрических или магнитных полей (так, под действием внешних полей происходит расщепление энергетических уровней атомов); поглощение и испускание атомами электромагнитного излучения (см. Спектроскопия, Рентгеновские лучи, Фотоэффект, Лазеры); столкновения атомов со свободными электронами, а также с другими атомами, ионами, молекулами (в результате столкновений с электронами или другими микрообъектами атомы могут возбуждаться, переходить из возбужденного состояния в менее возбужденное, превращаться в ионы, см. Электрический разряд в газах); взаимодействия электронных оболочек различных атомов, приводящие к образованию молекул и кристаллов. Все эти процессы обусловлены электромагнитным взаимодействием. Вероятности указанных процессов вычисляют, используя аппарат квантовой механики.

Современная атомная физика исследует также специальный тип атомов, называемых мезоатомами. Мезоатом возникает из обычного атома в результате замены одного из электронов мюоном (μ-), антимезоном (π-, К-), антипротоном либо отрицательно заряженным гипероном (см. Адроны, Лептоны). Существуют и аномальные «водородные» атомы - позитроний, мюоний, у которых роль протона играют позитроны или положительно заряженные антимюоны (μ+). Все эти атомы нестабильны; их время жизни ограничено временем жизни указанных выше частиц или процессами е+ е- и рр-аннигиляции. Мезоатомы образуются в процессе торможения частиц - в результате захвата отрицательно заряженных частиц кулоновским полем атомных ядер или при захвате позитронами и антимюонами атомных электронов. Опыты с различными аномальными атомами представляют большой интерес как для исследования свойств вещества, так и для изучения ядер и элементарных частиц.

> Атомная и ядерная физика

Атомная и ядерная физика

• Абрагам А. Ядерный магнетизм. М.: ИЛ, 1963 (djvu)
• Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. Том 1. М.: Мир, 1972 (djvu)
• Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. Том 2. М.: Мир, 1973 (djvu)
• Адлер С., Дашен Р. Алгебры токов и их применение в физике частиц. М.: Мир, 1970 (djvu)
• Ахиезер А.И., Рекало М.П. Биография элементарных частиц. Киев: Наук. думка, 1979 (djvu)
• Ахиезер А., Померанчук И. Некоторые вопросы теории ядра (2-е изд.) М.-Л.: ГИТТЛ, 1950 (djvu)
• Байер В.Н., Катков В.М., Фадин В.С. Излучение релятивистских электронов. М.: Атомиздат, 1973 (djvu)
• Балдин A.M., Гольданский В.И., Розенталь И.Л. Кинематика ядерных реакций. М.: ГИФМЛ, 1959 (djvu)
• Бартон Г. Дисперсионные методы в теории поля. М.: Атомиздат, 1968 (djvu)
• Бейзер А. Основные представления современной физики. М.: Атомиздат, 1973 (djvu)
• Бернстейн Дж. Элементарные частицы и их токи. М.: Мир, 1970 (djvu)
• Бете Г., Швебер С., Гофман Ф. Мезоны и поля. Том 1. Поля. М.: Ин. лит., 1957 (djvu)
• Бете Г., Гофман Ф. Мезоны и поля. Том 2. Мезоны. М.: Ин. лит., 1957 (djvu)
• Бете Г., Моррисон Ф. Элементарная теория ядра. М.: Ин. лит., 1958 (djvu)
• Биленький С.М. Введение в диаграммную технику Фейнмана. М.: Атомиздат, 1971 (djvu)
• Бор Н. Избранные научные труды. Том I. Статьи 1909-1925. М.: Наука, 1970 (djvu)
• Бор Н. Избранные научные труды. Том II. Статьи 1925 -1961. М.: Наука, 1971 (djvu)
• Бор Н. Прохождение атомных частиц через вещество. М.: ИЛ, 1950 (djvu)
• Боргман И.И. (ред.) Новые идеи в физике. Вып. 1. Строение вещества. СПб.: Образование, 1911 (djvu)
• Борн М. Лекции по атомной механике. Харьков-Киев: НТИУ, 1934 (djvu)
• Борн M. Атомная физика. М.: Мир, 1965 (djvu)
• Браун Дж.Е., Джексон А.Д. Нуклон-нуклонные взаимодействия. М.: Атомиздат, 1979 (djvu)
• Бюклинг Е., Каянти К. Кинематика элементарных частиц. М.: Мир, 1975 (djvu)
• Вайтман А.С. Проблемы в релятивистской динамике квантованных полей. М.: Наука, 1967 (djvu)
• Васильев А.Н. Функциональные методы в квантовой теории поля и статистике. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1976 (djvu)
• Вентцель Г. Введение в квантовую теорию волновых полей. М.: Гостехиздат, 1947 (djvu)
• Вильсон Дж. Камера Вильсона. М.: ИЛ, 1954 (djvu)
• Волков М.К., Первушин В.Н. Существенно нелинейные квантовые теории, динамические симметрии и физика мезонов. М.: Атомиздат, 1978 (djvu)
• Гайтлер В. Квантовая теория излучения. М.: ИЛ, 1956 (djvu)
• Гейзенберг В. Введение в единую полевую теорию элементарных частиц. М.: Мир, 1968 (djvu)
• Горбунова О.И., Зайцева А.М., Красников С.Н. Задачник-практикум по общей физике. Оптика. Атомная физика. М.: Просвещение, 1977 (djvu)
• Гриб А.А. Проблема неинвариантности вакуума в квантовой теории поля. М.: Атомиздат, 1978 (djvu)
• Давыдов А.С. Теория атомного ядра. М.: Физматгиз, 1958 (djvu)
• Де Альфаро B., Фубини C., Фурлан Г., Росетти К. Токи в физике адронов. М.: Мир, 1976 (djvu)
• Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Том 3. Волновые процессы. Оптика. Атомная и ядерная физика (3-е издание). М.: Высшая школа, 1979 (djvu)
• Джеффрис К. Динамическая ориентация ядер. М.: Мир, 1965 (djvu)
• Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс обшей физики. Том 3. Оптика, физика атомов и молекул, физика атомного ядра и микрочастиц (4-е издание). М.: Наука, 1970 (djvu)
• Иваненко Д., Соколов А. Классическая теория поля (2-е изд.) М.-Л.: ГИТТЛ, 1951 (djvu)
• Иваненко Д. Элементарные частицы и компенсирующие поля. Сборник статей. М.: Мир, 1964 (djvu)
• Камал А. Задачи по физике элементарных частиц. М.: Наука, 1968 (djvu)
• Коккедэ Я. Теория кварков. М.: Мир, 1971 (djvu)
• Коллинз П. Введение в реджевскую теорию и физику высоких энергий. М.: Атомиздат, 1980 (djvu)
• Коллинз П., Сквайрс Ю. Полюса Редже в физике частиц. М.: Мир, 1971 (djvu)
• Ли Ц., Ву Ц. Слабые взаимодействия. М.: Мир, 1968 (djvu)
• Ломсадзе Ю.М. Теоретико-групповое введение в теорию элементарных частиц. М.: Высш. школа, 1962 (djvu)
• Лорентц Г.А. Теория электронов и ее применение к явлениям света и теплового излучения (2-е изд.). М.: ГИТТЛ, 1953 (djvu)
• Лоудон Р. Квантовая теория света. М.: Мир, 1976 (djvu)
• Марков М.А. Гипероны K-мезоны. М.: ГИФМЛ, 1958 (djvu)
• Маршак Р., Судершан Э. Введение в физику элементарных частиц. М.: ИЛ, 1962 (djvu)
• Матвеев А.Н. Квантовая механика и строение атома. М.: Высш. школа, 1965 (djvu)
• Менский М.Б. Метод индуцированных представлении: пространство-время и концепция частиц. М.: Наука, 1976 (djvu)
• Мигдал А.Б. Фермионы и бозоны в сильных полях. М.: Наука, 1978 (djvu)
• Минлос Р.А. (ред.) Математика. Новое в зарубежной науке-12. Евклидова квантовая теория поля. Марковский подход. Сборник статей. М.: Мир, 1978 (djvu)
• Мотт Н., Месси Г. Теория атомных столкновений. М.: ИЛ, 1951 (djvu)
• Мошинский М. Гармонический осциллятор в современной физике: от атомов до кварков. М.: Мир, 1972 (djvu)
• Мэтьюс П. Релятивистская квантовая теория взаимодействий элементарных частиц. М.: ИЛ, 1959 (djvu)
• Нгуен Ван Хьеу Лекции по теории унитарной симметрии элементарных частиц. М.: Атомиздат, 1967 (djvu)
• Нелипа Н.Ф. Введение в теорию сильновзаимодействующих элементарных частиц. М.: Атомиздат, 1970 (djvu)
• Нишиджима К. Фундаментальные частицы. М.: Мир, 1965 (djvu)
• Новожилов Ю.В. Введение в теорию элементарных частиц. М.: Наука, 1972 (djvu)
• Ньютон Р. Теория рассеяния волн и частиц. М.: Мир, 1969 (djvu)
• Окунь Б. Слабое взаимодействие элементарных частиц. М.: Физматгиз, 1963 (djvu)
• Очелков Ю.П., Прилуцкий О.Ф., Розенталь И.Л., Усов В.В. Релятивистская кинетика и гидродинамика. М.: Атомиздат, 1979 (djvu)
• Паули В. Релятивистские полевые теории элементарных частиц. М.: 1947 (djvu)
• Петрина Д.Я., Иванов С.С., Ребенко А.Л. Уравнения для коэффициентных функций матриц рассеяния. М.: Наука, 1979 (djvu)
• Поль Р.В. Оптика и Атомная физика. М.: Наука, 1966 (djvu)
• Попов В.Н. Континуальные интегралы в квантовой теории поля и статистической физике. М.: Атомиздат, 1976 (djvu)
• Путилов К.А., Фабрикант В.А. Курс физики. Том 3. Оптика. Атомная физика. Ядерная физика (2-е издание). М.: ГИФМЛ, 1963 (djvu)
• Ракобольская И.В. Ядерная физика. М.: Изд-во МГУ, 1971 (djvu)
• Романцов Ю.А. Исследование динамики релятивистских частиц в поле резонансных систем с распределенным взаимодействием. Препринт № 47. Харьков: РИ АН УССР, 1990 (djvu)
• Румер Ю.Б., Фет А.И. Теория групп и квантованные поля. М.: Наука, 1977 (djvu)
• Савельев И.В. Курс общей физики. Том З. Оптика. Атомная физика. М.: Наука, 1971 (djvu)
• Сакураи Дж. Токи и мезоны. М.: Атомиздат, 1972 (djvu)
• Синаноглу О. Многоэлектронная теория атомов, молекул и их взаимодействий. М.: Мир, 1966 (djvu)
• Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: ГИФМЛ, 1963 (djvu)
• Соколов А.А. Элементарные частицы (Расширенная публичная лекция, прочитанная в лектории МГУ 10 января 1962 г.) М.: МГУ, 1963 (djvu)
• Соколов А.А., Тернов И.М. Квантовая механика и атомная физика. М.: Просвещение, 1970

Из химии и предыдущих разделов физики мы знаем, что все тела построены из отдельных, очень малых частиц - атомов и молекул. Под атомами понимают мельчайшую частицу химического элемента. Молекулой называют более сложную частицу, состоящую из нескольких ато...

§ 195. Постоянная Авогадро. Размеры и массы атомов

Одной из важных постоянных атомной физики является постоянная Авогадро (см. том I, § 242) - число структурных элементов (атомов, молекул, ионов и т. п.) в моле вещества. Зная постоянную Авогадро, можно найти величины, характеризующие отдельный атом: массу...

§ 196. Элементарный электрический заряд

Законы электролиза, открытые Фарадеем, свидетельствуют в пользу существования мельчайших, неделимых количеств электричества. При электролизе один моль любого - валентного элемента переносит заряд кулонов (- постоянная Фарадея). На один атом (точнее, ио...

§ 197. Единицы заряда, массы и энергии в атомной физике

Итак, заряд любой частицы содержит всегда целое число элементарных зарядов. Для частицы атомных размеров это целое число будет к тому же и небольшим. Ввиду этого в атомной физике удобно за единицу электрического заряда принять элементарный заряд. За един...

§ 198. Измерение массы заряженных частиц. Масс-спектрограф

Из курса электричества мы знаем, что на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила, называемая силой Лоренца. Сила Лоренца перпендикулярна к магнитному полю и к скорости частицы, и ее направление определяется правилом левой руки (рис....

§ 199. Масса электрона. Зависимость массы от скорости

В опыте по измерению массы электрона с помощью масс-спектрографа на фотопластинке обнаруживается только одна полоска. Так как заряд каждого электрона равен одному элементарному заряду, мы приходим к заключению, что все электроны обладают одной и той же ма...

§ 200. Закон Эйнштейна

В предыдущем параграфе мы установили связь между кинетической энергией тела и его массой: если телу сообщается кинетическая энергия, то его масса возрастает на величину. Эта связь носит общий характер: она относится к любым телам - большим и малым, заря...

§ 201. Массы атомов, изотопы

Рассмотрим результаты опытов по измерению массы положительных ионов. На рис. 352 представлена масс-спектрограмма положительных ионов неона. На спектрограмме четко видны три полоски различной интенсивности. Сравнивая расстояния от полосок до щели, можно по...

§ 202. Разделение изотопов. Тяжелая вода

Все изотопы данного элемента вступают в одни и те же химические реакции и образуют химические соединения, почти неотличимые по растворимости, летучести и подобным свойствам, используемым в химии для разделения элементов. Поэтому обычные химические методы...

§ 203. Ядерная модель атома

В предыдущих параграфах мы познакомились с данными о размерах и массах атомов. Перейдем теперь к вопросу о внутреннем строении атома. Изучению строения атома способствовало открытие явлений радиоактивности. Мы подробно остановимся на этих явлениях в гл. X...

§ 204. Энергетические уровни атомов

Опыты по рассеянию - частиц обнаружили существование в атомах тяжелого положительного ядра и электронной оболочки. Дальнейшие сведения о свойствах атомов дало изучение таких атомных процессов, которые сопровождаются изменением внутренней энергии атома. С...

§ 205. Вынужденное излучение света. Квантовые генераторы

Представление о квантовых энергетических уровнях атомов было введено в физику Н. Бором в 1913 г. Оно очень естественно объяснило линейчатые атомные спектры как результат процессов спонтанного (самопроизвольного) излучения и резонансного (избирательного) п...

§ 206. Атом водорода. Своеобразие законов движения электрона в атоме

Существование дискретных энергетических уровней является фундаментальным свойством атомов (так же как и молекул, и атомных ядер). Попробуем применить известные нам законы физики, чтобы представить себе устройство атома, объясняющее дискретность его энерге...

§ 207. Многоэлектронные атомы. Происхождение оптических и рентгеновских спектров атомов

Точно так же, как и в атоме водорода, в более сложных атомах электроны могут двигаться вокруг ядра только по определенным избранным орбитам. Различные экспериментальные данные указывают, что возможные орбиты электронов в атоме группируются в систему оболо...

§ 208. Периодическая система элементов Менделеева

Периодический закон изменения химических свойств элементов, открытый Д. И. Менделеевым, является отражением глубоких закономерностей строения атомов; он имеет поэтому первостепенное значение не только для химии, но и для физики. Правильная теория строения...

§ 209. Квантовые и волновые свойства фотонов

Как отмечалось в § 184, законы фотоэффекта были объяснены в 1905 г. А. Эйнштейном с помощью представления о световых квантах (фотонах). Согласно этим представлениям энергия электромагнитного поля не может делиться на произвольные части, а излучается и пог...

§ 210. Понятие о квантовой (волновой) механике

Изучение строения атома привело к выводу, что поведение электронов в атоме, так же как поведение фотонов, противоречит привычным законам классической физики, т. е. законам, установленным в опытах с телами макроскопических размеров. Существование дискретны...

§ 211. Открытие радиоактивности. Радиоактивные элементы

Уран, торий и некоторые другие элементы обладают свойством непрерывно и без каких-либо внешних воздействий (т. е. под влиянием внутренних причин) испускать невидимое излучение, которое подобно рентгеновскому излучению способно проникать сквозь непрозрачны...

§ 212. a-, b- и y-излучение. Камера Вильсона.

Как мы видели, радиоактивные излучения обладают ионизационным и фотографическим действием. Оба эти действия свойственны как быстрым заряженным частицам, так и рентгеновскому излучению, представляющим собой электромагнитные волны. Чтобы выяснить, обладает...

§ 213. Способы регистрации заряженных частиц

В развитии знаний о «микромире», в частности в изучении явлений радиоактивности, исключительную роль сыграли приборы, позволяющие регистрировать ничтожное действие одной-единственной частицы атомных размеров. Одним из таких замечательных приборов является...

§ 214. Природа радиоактивного излучения

1. излучение. По своим свойствам излучение подобно рентгеновскому излучению. Как и рентгеновское излучение, оно ионизует воздух, действует на фотопластинку и не отклоняется магнитным полем. При прохождении через кристаллы излучение, подобно рентгеновскому...

§ 215. Радиоактивный распад и радиоактивные превращения

Изучение радиоактивности убеждает нас в том, что радиоактивные излучения испускаются атомными ядрами радиоактивных элементов. Это очевидно в отношении частиц, так как в электронной оболочке их просто нет. Ядерное происхождение частиц доказывается химическ...

§ 216. Применения радиоактивности

1. Биологические действия. Радиоактивные излучения гибельно действуют на живые клетки. Механизм этого действия связан с ионизацией атомов и разложением молекул внутри клеток при прохождении быстрых заряженных частиц. Особенно чувствительны к воздействию и...

Слайд 2

Слайд 3

Слайд 4

А -18. 1.На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Под названием элемента приведены массовые числа его основных стабильных изотопов, нижний индекс около массового числа указывает (в процентах) распростра- ненностьизотопа в природе. Число протонов и число нейтронов в ядре самого распространенного изотопа бора соответственно равно 1) 6 протонов, 5 нейтронов 2) 10 протонов, 5 нейтронов 3) 6 протонов, 11 нейтронов 4) 5 протонов, 6 нейтронов

Слайд 5

2. На рисунке приведены спектр поглощения разреженных атомарных паров неизвестного вещества (в середине) и спектры поглощения паров известных элементов (вверху и внизу). По анализу спектров можно утверждать, что неизвестное вещество содержит 1) только кальций (Са) 2) только стронций (Sr) 3) кальций и еще какое-то неизвестное вещество 4) стронций и еще какое-то неизвестное вещество

Слайд 6

3. Гамма-излучение - это 1) поток ядер гелия 2) поток протонов 3) поток электронов 4) электромагнитные волны

Слайд 7

4. Атом натрия 2311Na содержит 11 протонов, 23 нейтрона и 34 электрона 2) 23 протона, 11 нейтронов и 11 электронов 3) 12 протонов, 11 нейтронов и 12 электронов 4) 11 протонов, 12 нейтронов и 11 электронов

Слайд 8

5. Какие заряд Z и массовое число А будет иметь ядро элемента, получившегося из ядра изотопа после одного α-распада и одного электронного β-распада? 1) A=213, Z=82 2) A=211, Z=83 3) A=219, Z=86 4) A=212, Z=83

Слайд 9

6. Ядро атома содержит 10 нейтронов и 9 протонов, вокруг него обращаются 8 электронов. Эта система частиц ион фтора 2) ион неона 3) атом фтора 4) атом неона

Слайд 10

7. В камере Вильсона, помещенной во внешнее магнитное поле таким образом, что вектор магнитного поля направлен перпендикулярно плоскости рисунка на нас, были сфотографированы треки 2-х частиц.Какой из треков может принадлежать α-частице 1) только 1-й 2) только 2-й 3) 1-й и 2-й 4) ни один из приведенных

Слайд 11

8. В камере Вильсона, помещенной во внешнее магнитное поле таким образом, что вектор магнитного поля направлен перпендикулярно плоскости рисунка на нас, были сфотографированы треки 2-х частиц. Какой из треков может принадлежать электрону? 1) только 1-й 2) только 2-й 3) 1-й и 2-й 4) ни один из приведенных

Слайд 12

9. α-излучение - это 1) поток ядер гелия 2) поток протонов 3) поток электронов 4) электромагнитные волны

Слайд 13

10. Детектор радиоактивных излучений помещен в закрытую картонную коробку с толщиной стенок ≈ 1 мм. Какие излучения он может зарегистрировать? 1) α и β 2) α и Ƴ 3) β и Ƴ 4) α, β,Ƴ

Слайд 14

11. Какой вид ионизирующих излучений из перечисленных ниже наиболее опасен при внешнем облучении человека? 1) альфа-излучение 2) бета-излучение 3) гамма-излучение 4) все одинаково опасны

Слайд 15

12. В результате электронного β-распада ядра атома элемента с зарядовым числом Z получается ядро атома элемента с зарядовым числом 1) Z – 2 2) Z + 1 3) Z – 1 4) Z + 2

Слайд 16

13. В каком из перечисленных ниже приборов для регистрации ядерных излучений прохождение быстрой заряженной частицы вызывает появление импульса электрического тока в газе? 1) в счетчике Гейгера 2) в камере Вильсона 3) в фотоэмульсии 4) в сцинтилляционном счетчике

Слайд 17

14. Как изменится число нуклонов в ядре атома радиоактивного элемента, если ядро испустит -квант? 1) увеличится на 2 2) не изменится 3) уменьшится на 2 4) уменьшится на 4

Слайд 18

15. На основании исследования явления рассеяния альфа-частиц при прохождении через тонкие слои вещества Резерфорд сделал вывод, что альфа-частицы являются ядрами атомов гелия 2) альфа-распад является процессом самопроизвольного превращения ядра одного химического элемента в ядро другого элемента 3) внутри атомов имеются положительно заряженные ядра очень малых размеров, вокруг ядер обращаются электроны 4) при альфа-распаде атомных ядер выделяется ядерная энергия, значительно большая, чем в любых химических реакциях