Дифракция волн Естественный и поляризованный свет Строение атомного ядра Закон радиоактивного распада Дифракционная решетка Электромагнитная природа света

Физика Курс лекций и примеры решения задач

Закон радиоактивного распада

Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро дочерним. Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоактивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики. Поскольку отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, можно считать, что число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до /4-d/, пропорционально промежутку времени df и числу N не распавшихся ядер к моменту времени t:

-kN At, (256.1)

получим

где λ — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоактивных ядер в процессе распада уменьшается. Разделив переменные и интегрируя, т.е

75.Активность, период полураспада, ср. время жизни.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада Т1/2 и среднее время жизни т радиоактивного ядра. Период полураспада Т— время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Тогда, согласно

Откуда периоды полураспада для естественно-радиоактивных элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет.

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна (I (1ЛП - = 'kNI At. Проинтегрировав это выражение по всем возможным t (т. е. от 0 до ∞ ) и разделив на начальное число ядер N0, получим среднее время жизни т радиоактивного ядра: — { \NI d;=— -~- \ ЛЛГ„!е-" d« =

(учтено (256.2)). Таким образом, среднее время жизни т радиоактивного ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада λ. Активностью А нуклида в радиоактивном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца в 1 с: А=│dN/dt│= λN. Единица активности в Си – беккерель(БК): 1 Бк – активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада.

77.Частицы и античастицы

Первые гипотеза об античастице возникала в 1928 г. Электрон и позитрон не являются единственной парой частица — античастица. Выводы релятивистской квантовой теории привели к заключению, что для каждой элементарной частицы должна существовать античастица (принцип зарядового сопряжения). Эксперименты показывают, что за немногим исключением (например, фотона и 'Я -мезона), действительно, каждой частице соответствует античастица.

Из общих принципов квантовой теории следует, что частицы и античастицы должны иметь одинаковые массы, одинаковые времена жизни в вакууме, одинаковые по модулю, но противоположные по знаку электрические заряды , одинаковые спины и изотопические спины, а также одинаковые остальные квантовые числа, приписываемые элементарным частицам для описания закономерностей их взаимодействия . До 1956 г. считалось, что имеется полная симметрия между частицами и античастицами, т. е. если какой-то процесс идет между частицами, то должен существовать точно такой же (с теми же характеристиками) процесс между античастицами. Однако в 1956 г. доказано, что подобная симметрия характерна только для сильного и электромагнитного взаимодействий и нарушается для слабого. Античастицы были найдены также для л -мезона, каонов и гиперонов . Однако существуют частицы, которые античастиц не имеют,— это так называемые истинно нейтральные частицы. К ним относятся фотон, Л -мезон и η-мезон.


.Типы взаимодействий элементарных частиц

Согласно современным представлениям, в природе осуществляется четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Сильное, или ядерное, взаимодействие обусловливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает исключительную прочность этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях.

Электромагнитное взаимодействие

характеризуется как взаимодействие, в основе которого лежит связь с электромагнитным полем. Оно характерно для всех элементарных частиц, за исключением нейтрино, антинейтрино и фотона. Электромагнитное взаимодействие, в частности, ответственно за существование атомов и молекул, обусловливая взаимодействие в них положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Слабое взаимодействие — наиболее медленное из всех взаимодействий, протекающих в микромире. Оно ответственно за взаимодействие частиц, происходящих с участием нейтрино или антинейтрино (например, (β-распад, μ - распад), а также за безнейтринные процессы распада, характеризующиеся довольно большим временем жизни распадающейся частицы Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц оно пренебрежимо мало и, по-видимому, в


Истинно нейтральные частицы не способны к аннигиляции, но испытывают взаимные превращения, являющиеся фундаментальным свойством всех элементарных частиц. Можно сказать, что каждая из истинно нейтральных частиц тождественна со своей античастицей.

76. Ядерные реакции

Ядерной реакцией называется процесс сильного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер). Взаимодействие реагирующих частиц возникает при сближении их до расстояний порядка 10~13 см благодаря действию ядерных сил.

Наиболее распространенным видом ядерной реакции является взаимодействие легкой частицы а с ядром X, в результате которого образуется легкая частица b и ядро Y:

(256.2)

Л/=Л/0е" λt ,

где Nо — начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t = 0), N — число нераспавшихся ядер в момент времени t. Формула (256.2) выражает закон радиоактивного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.



Уравнение таких реакций принято записывать сокращенно в виде

X (й, Ь) Y. (71.1)

В скобках указываются участвующие в реакции легкие частицы, сначала исходная, затем конечная.

процессах микромира несущественно. Сильное взаимодействие примерно в 100 раз превосходит электромагнитное и в 10'4 раз — слабое. Чем сильнее взаимодействие, тем с большей интенсивностью протекают процессы. Как сильное, так и слабое взаимодействия — короткодействующие. Радиус действия сильного взаимодействия составляет примерно 10~'°м, слабого—не превышает 10~'9м. Радиус действия электромагнитного взаимодействия практически не ограничен. Элементарные частицы принято делить на три группы:

1)фотоны — эта группа состоит всего лишь из одной частицы — фотона — кванта электромагнитного излучения; 2) лептоны участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. К лептонам относятся электронное и мюонное нейтрино, электрон, мюон и открытый в 1975 г. тяжелый лептон — т-лептон, или таон, с массой примерно 3487 т., а также соответствующие им античастицы. Название лептонов связано с тем, что массы первых известных лептонов были меньше масс всех других частиц (кроме фотона). К лептонам относится также таонное нейтрино, существование которого в последнее время также установлено;

I 3) адроны. Адроны обладают сильным взаимодействием наряду с электромагнитным и слабым. Из рассмотренных выше частиц к ним относятся протон, нейтрон, пионы и каоны.

Билет №1.

2) Многолучевая интерференция света. Практическое применение явления интерференции. Интерферометры. Интерферометр Майкельсона.

Многолучевая интерференция – участие в интерференции более 2 когерентных лучей.

В случае многолучевой интерференции по сравнению с двухлучевой происходит резкое увеличение яркости светлых интерференционных полос с одновременным уменьшением их ширины. Многолучевую интерференцию можно осуществить в многослойной системе чередующихся пленок с разными показателями преломления, нанесенных на отражающую поверхность.

Явление интерференции света используется в спектральном анализе, для точного измерения расстояний и углов, в задачах контроля качества поверхности, для создания светофильтров, зеркал, просветляющих покрытий. На явлении интерференции основана голография.

Интерферометры – оптические приборы, основанные на явлении интерференции световых http://koriolan404.narod.ru/fe3s/01.files/image003.jpgволн. Они получили наибольшее распространение как приборы для измерения длин волн спектральных линий и их структуры; для измерения показателя преломления прозрачных сред; в метрологии для  абсолютных и относительных измерений длин и перемещений объектов; измерения угловых размеров звезд; для контроля формы и деформации оптических деталей и чистоты металлических поверхностей. Принцип действия основан на пространственном разделении пучка света с целью получения нескольких когерентных лучей, которые проходят различные оптические пути, а затем сводятся вместе и наблюдается результат их интерференции.

                                        Параллельный пучок света от источника L падает на полупрозрачную пластину P1, разделяется на два когерентных пучка 1 и 2. После отражения от зеркал M1 и M2 и                  повторного прохождения луча 2 через пластину P1 оба луча проходят в направлении АО через объектив О2 и интерферируют в его фокальной плоскости. Пластина P2 компенсирует разность хода

между лучами 1 и 2, возникающую из-за того, что луч 2 дважды  проходит через пластину P1, а луч 1 ни одного.

3) Длина волны де Бройля. Опытное обоснование корпускулярно-волнового дуализма. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

Де Бройль предположил, что длина волны, отвечающая материальной частице, связана с ее импульсом так же, как в случае фотона p = h / λ.

Любой частице с массой m, которая движется со скоростью V, соответствует волна, для которой длина волны λ = h / p = 2πћ / p = h /mV

Гипотеза Де Бройля была подтверждена экспериментально. Пучок электронов, рассеивающийся от естественной дифракционной решетки, дает отчетливую дифракционную картину. В дальнейшем формула Де Бройля была подтверждена опытами, в которых наблюдалась дифракционная картина при прохождении пучка быстрых электронов через металлическую фольгу. Было доказано что в случае столь слабого электронного пучка, когда каждый электрон проходит через прибор независимо от других, возникающая дифракционная картина не отличается от картин для потоков электронов в миллионы раз более интенсивных. => волновые свойства частиц не являются свойством их коллектива, а присущи каждой частице.

Для описания микрочастиц используются то волновые, то корпускулярные представления. Поэтому им нельзя приписывать все свойства частиц и волн. Согласно соотношению неопределенностей Гейзенберга микрочастица е может иметь одновременно и определенную координату (x,y,z) и определенную соответствующую проекцию импульса (px,py,pz), причем неопределенности этих величин удовлетворяют условиям, т.е. произведение координаты и соответствующей ей проекции импульса не может быть меньше величины порядка h. Из соотношения следует, что, например, если частица находится в состоянии с точным значением координаты, то в этом состоянии проекция ее импульса оказывается совершенно неопределенной, и наоборот.

№ 1.1.5.

Вычислить электроемкость тела человека, считая ее равной емкости электропроводящего шара такого же объема. Среднюю плотность тела принять равной 1000 кг/м3, масса человека m = 60 кг.

Решение

Электроемкость шара определяется выражением:

, (1)

где r – радиус шара, ε0 = 8,85∙10-12 Ф/м – электрическая постоянная. Радиус шара можно найти, используя соотношение между массой и объемом:

, (2)

где ρ – плотность тела человека, V – его объем, который для шара составляет

. (3)

C учетом (2) и (3), (1) можно записать:

.


Дифракция ренгеновских лучей на пространственной решетке