Материал: Пустынский Л.Н. Конспект лекций по Ядерной физике
Обнинский государственный технический университет
атомной энергетики
Кафедра ядерной физики
Л.Н. Пустынский
Конспект лекций по ядерной физике
Учебное пособие по курсу «Ядерная и нейтронная физика».
Электронная версия.
Обнинск, 2003
Пустынский Л.Н. Конспект лекций по ядерной физике. Учебное пособие по курсу «Ядерная и нейтронная физика».
Электронная версия. –Обнинск, ИАТЭ, 2003. –215с.
Пособие представляет электронную версию конспекта лекций, которые автор читал по курсам «Ядерная физика» и «Ядерная и нейтронная физика» в 1999 – 2003 учебных годах для различных специальностей университета. Пособие написано в полном соответствии с рабочими программами и может быть рекомендовано как основное пособие при подготовке к сдаче экзамена по читаемым курсам. Автор выражает признательность проф. В.С. Ставинскому за ценные и полезные замечания и чтит его память.
Автор заранее выражает признательность всем прочитавшим данное пособие и сделавшим замечания автору.
© Л.Н. Пустынский, 2003
Содержание
ГЛАВА 1. СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
АТОМНЫХ ЯДЕР .................................................................................. |
5 |
§1.1. Протонно-нейтронная структура ядра. ............................... |
6 |
§1.2. Электрический заряд ядра.................................................. |
10 |
§1.3. Масса ядра и масса атома .................................................. |
12 |
§1.4. Энергетические характеристики ядра ............................... |
16 |
§1.5. Размер ядра ......................................................................... |
25 |
§1.6. Спин, магнитный и электрический моменты ядер ........... |
28 |
1. Спин ядра ............................................................................. |
28 |
2. Магнитный момент ядра ..................................................... |
33 |
3. Электрический момент ядра ............................................... |
39 |
§1.7. Возбужденные состояния ядер .......................................... |
42 |
§1.8. Четность .............................................................................. |
45 |
§1.9. Ядерные силы ..................................................................... |
48 |
§1.10. Изотопический спин ......................................................... |
58 |
§1.11. Статистика......................................................................... |
61 |
ГЛАВА 2. МОДЕЛИ АТОМНЫХ ЯДЕР....................................... |
67 |
§2.1. Необходимость и классификация моделей ....................... |
67 |
§2.2. Капельная модель ............................................................... |
68 |
§2.3. Оболочечная модель........................................................... |
75 |
ГЛАВА 3. РАДИОАКТИВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЯДЕР ........... |
83 |
§3.1. Определение, виды радиоактивности, радиоактивные |
|
семейства........................................................................................... |
83 |
§3.2. Основные законы радиоактивного распада ...................... |
87 |
§3.3. Активация ........................................................................... |
94 |
§3.4. Альфа – распад.................................................................... |
95 |
§3.5. Бета – распад ..................................................................... |
105 |
3 |
|
§3.6. Гамма–излучение ядер ..................................................... |
123 |
|
ГЛАВА 4. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ ................................................ |
134 |
|
§4.1.Основные понятия и классификация ............................... |
134 |
|
§4.2. Механизм ядерных реакций............................................. |
136 |
|
§4.3. Сечения ядерных реакций................................................ |
139 |
|
§4.4. Законы сохранения в ядерных реакциях......................... |
145 |
|
§4.5. Кинематика ядерных реакций. Импульсная диаграмма 150 |
||
§4.6. Реакции под действием заряженных частиц................... |
158 |
|
1. |
Общие свойства ................................................................. |
158 |
2. |
Реакции под действием α-частиц ..................................... |
161 |
3. |
Реакции под действием протонов..................................... |
163 |
4. |
Реакции под действием дейтонов ..................................... |
165 |
§4.7. Термоядерный синтез ....................................................... |
167 |
|
§4.8. Фотоядерные реакции ...................................................... |
172 |
|
§4.9. Реакции под действием нейтронов.................................. |
176 |
|
1. |
Основные свойства нейтронов ......................................... |
176 |
2. |
Источники нейтронов........................................................ |
180 |
3. |
Энергетические группы .................................................... |
182 |
4. |
Взаимодействие нейтронов с ядрами............................... |
186 |
5. |
Резонансные процессы ...................................................... |
191 |
ГЛАВА 5. ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР ......................................................... |
197 |
|
§5.1. Открытие и капельная модель ......................................... |
197 |
|
§5.2. Основные свойства вынужденного деления................... |
202 |
|
§5.3. Цепная реакция деления .................................................. |
210 |
|
4
ГЛАВА 1. СТРОЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТОМНЫХ ЯДЕР
В настоящее время твердо установлено и нет сомнений в том, что атом состоит из электронов (Дж. Томсон, 1897), и ядра (Э. Резерфорд, 1911). Атомные ядра обладают целым рядом индивидуальных свойств, которые позволяют отличать ядра отдельных химических элементов друг от друга, и в то же время являются общими характеристиками для всех ядер.
Атомные ядра могут быть стабильными, т.е. живущими неограниченно долго, и нестабильными, испытывающие спонтанные (самопроизвольные) радиоактивные превращения.
Все атомные ядра имеют следующие характеристики: число нуклонов в ядре; электрический заряд ядра; масса ядра; энергия связи ядра; размер ядра; спин ядра; магнитный и электрический моменты ядра; четность волновой функции; изотопический спин; статистику.
Нестабильные ядра имеют ряд дополнительных характеристик, таких как тип радиоактивного превращения, среднее время жизни, энергия, выделяемая при распаде.
Ядра могут находиться в различных энергетических состояниях и как любая квантовая система имеют свою индивидуальную, присущую только ядру данного нуклида, систему энергетических уровней. Состояние ядра с наименьшей энергией называется основным, остальные – возбужденными. Ядра в возбужденных состояниях неустойчивы и, в отличие от основных состояний, могут находиться в возбужденных состояниях ограниченное время, испытывая спонтанные переходы в состояния с меньшей энергией.
Ниже будет показано (см. §1.7), что разделение на стабильные, нестабильные и возбужденные ядра является до некоторой степени условным, так как они могут характеризоваться рядом общих свойств.
5