Kärnfysik

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 18 april 2022; kontroller kräver 8 redigeringar .

Kärnfysik  är en gren av fysiken som studerar strukturen och egenskaperna hos atomkärnor , såväl som deras kollisioner ( kärnreaktioner ).

Uppgifter

Problem som uppstår inom kärnfysiken är ett typiskt exempel på problem med flera kroppar. Kärnor består av nukleoner ( protoner och neutroner ), och typiska kärnor innehåller tiotals eller hundratals nukleoner. Detta antal är för stort för exakt lösbara problem, men fortfarande för litet för att kunna använda statistisk fysiks metoder. Detta har lett till en mängd olika modeller av atomkärnor.

Allmän information

Antalet protoner i kärnan ( laddningsnummer , även grundämnets ordningsnummer ) betecknas vanligtvis med Z , antalet neutroner  - med N. Deras summa A = Z + N kallas kärnmassatalet . Atomer med samma Z (det vill säga atomer av samma grundämne), men olika N kallas isotoper , med samma A , men olika Z  - isobarer , med samma N , men olika Z  - isotoner .

Den största skillnaden mellan en proton och en neutron är att en proton är en laddad partikel, vars laddning är e = 4,801⋅10 −10 enheter. CGSE = 1,602⋅10 −19 C. Detta är en elementär laddning , modulo lika med laddningen av en elektron . Neutronen är, som namnet redan anger, elektriskt neutral. Protonens och neutronens snurr är desamma och lika med elektronens spinn, det vill säga 1/2 (i enheter , Plancks konstant ). Proton- och neutronmassorna är nästan lika stora: 1836,15 respektive 1838,68 elektronmassor.

Protonen och neutronen är inte fundamentala partiklar . De består av två typer av kvarkar :  en d -kvark med en laddning på –1/3 och en u -kvark med en laddning på +2/3 av den elementära laddningen e . Protonen består av två u -kvarkar och en d -kvarkar (den totala laddningen är “+1”), och neutronen består av en u -kvarkar och två d -kvarkar (den totala laddningen är 0 ). En fri neutron  är en instabil partikel. 885 sekunder efter dess uppkomst sönderfaller den till en proton , en elektron och en antineutrino (se neutronbeta-sönderfall ). I kärnan befinner sig neutronen i en brunn med djup potential, så dess sönderfall kan förbjudas av bevarandelagar.

Kärnfysik är av grundläggande betydelse för många grenar av astrofysik (primär nukleosyntes , termonukleära reaktioner i stjärnor både under livet på huvudsekvensen och när de lämnar den), och, uppenbarligen, för kärnkraft och, i framtiden, termonukleär energi.

Historik

År 1896 upptäckte den franske kemisten Antoine Henri Becquerel av misstag radioaktiviteten hos uransalter , vilket visar sig i spontana utsläpp av osynliga strålar som kan orsaka luftjonisering och svärtning av fotografiska emulsioner. Två år senare upptäckte Pierre Curie och Maria Sklodowska-Curie radioaktiviteten hos torium och isolerat polonium och radium från uransalter , vars radioaktivitet visade sig vara miljontals gånger starkare än radioaktiviteten hos uran och torium.

En detaljerad experimentell studie av radioaktiv strålning utfördes av Rutherford . Han visade att radioaktiva utsläpp bildas av α-, β- respektive γ-strålar. Beta-strålar är uppbyggda av negativt laddade elektroner, alfa-strålar  är uppbyggda av positivt laddade partiklar ( alfapartiklar , som, som det visade sig lite senare, är helium-4 kärnor ), gammastrålar liknar röntgenstrålar (har utan kostnad), bara betydligt styvare.

Radioaktivitetens nukleära natur förstod Rutherford efter att han föreslog atommodellen 1911 och fastställde att radioaktiv strålning uppstår som ett resultat av processer som sker inuti atomkärnan[ betydelsen av faktum? ] .

Länge antog man att kärnan består av protoner och elektroner . Men en sådan modell var i konflikt med experimentella fakta om kärnornas snurr och magnetiska moment . År 1932 , efter upptäckten av neutronen av Chadwick , fastställdes det ( Ivanenko [1] och Heisenberg ) att kärnan består av protoner och neutroner . Dessa partiklar har fått det allmänna namnet nukleoner .

På senare år finns det en chans[ vad? ] för att beskriva egenskaperna hos åtminstone lätta kärnor.

Anteckningar

  1. ↑ Iwanenko, D.D. Neutronhypotesen (  engelska)  // Nature. - 1932. - Vol. 129 . — S. 798 .

Litteratur

Länkar

 Avsnitt av kärnfysik