Атомная физика

Открытие атома. Мысль о том, что все разнообразие веществ в природе состоит из мельчайших и невидимых глазу частиц, не поддающихся дальнейшему дроблению, приходила ещё в голову мудрецам Древнего Востока, Индии, Китая, Греции. «Атом»(греч.)- неделимый. ( Демокрит, 4 в. до н. э.)

Электрон. Открывателем электрона считают английского физика Дж. Дж. Томсона (1897г.; нобелевская премия 1906г). Точные первые измерения электрического заряда электрона провел в 1909 г. американский физик Роберт Милликен.

Первооткрыватель электрона. - английский физик, основатель научной школы, член и президент Лондонского Королевского общества, иностранный член-корреспондент Петербургской АН и иностранный почетный член АН СССР. Директор Кавендишской лаборатории. Исследовал прохождение электрического тока через разреженные газы. Открыл (1897) электрон и определил (1898) его заряд. Предложил (1903) одну из первых моделей атома. Один из создателей электронной теории металлов. Нобелевская премия (1906).

Первыми изучали внутреннюю структуру атома английский физик Э.Резерфорд и его студенты Э. Марсден и X. Гейгер. — великий английский физик, уроженец Новой Зеландии. Своими экспериментальными открытиями Резерфорд заложил основы современного учения о строении атома и радиоактивности. Он первым исследовал состав излучения радиоактивных веществ. Резерфорд открыл атомное ядро и впервые осуществил искусственное превращение атомных ядер. Все поставленные им опыты носили фундаментальный характер, отличались исключительной простотой и ясностью.

Опыт Резерфорда (осуществленный в 1910—1911гг ): а) принципиальная схема установки; б) рассеяние -частиц атомными ядрами.

Объяснение результатов опыта: Т.к. большинство - частиц не изменяли траекторию своего движения, то это говорит о том, что атомы не сплошные, большой объём атомов представляет собой пустоту. Т.к. часть - частиц меняли траекторию своего движения, то это говорит о том, что в центре атома находится «нечто», имеющее массу, сравнимую с массой - частиц, и положительно заряженное – только при этих условиях это «нечто» могло изменить траекторию движения - частиц. Это «нечто» было названо ядром атома.

Квантовые постулаты Бора. — великий датский физик. Создал первую квантовую теорию атома и затем принял самое активное участие в разработке основ квантовой механики. Наряду с этим Бор внес большой вклад в теорию атомного ядра и ядерных реакций. Он, в частности, развил теорию деления атомных ядер, в процессе которого выделяется огромная энергия. В Копенгагене Бор создал большую интернациональную школу физиков и много сделал для развития сотрудничества между физиками всего мира. Бор активно участвовал в борьбе против атомной угрозы человечеству.

Постулаты: Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Еn; в стационарном состоянии атом не излучает. Согласно второму постулату Бора (правило частот) излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ek в стационарное состояние с меньшей энергией Еn. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний: Третий постулат Бора (правило квантования орбит) гласит: электроны могут двигаться вокруг ядра только по строго определенным орбитам, радиус которых определяется по формуле:

Обозначение ядер химического элемента.

Изотопы. В 1911г. Ф. Садди предположил, что ядра с одинаковым числом протонов, но различным числом нейтронов, являются ядрами одного и того же химического элемента. Такие ядра он назвал ИЗОТОПАМИ.

Изотопы водорода. Легкий водород (в ядре 1 протон). При соединении с кислородом образуют обыкновенную воду, которая при нормальном атмосферном давлении кипит при 1000С и замерзает при 00С. Тяжелый водород (в ядре 1 протон и 1 нейтрон). При соединении с кислородом образуют тяжелую воду, которая при нормальном атмосферном давлении кипит при 101,20С и замерзает при 3,80С. Сверхтяжелый водород (в ядре 1 протон и 2 нейтрона). Радиоактивен, излучает быстродвижущиеся - частицы. Период полураспада 12 лет.

Дефект масс. Дефектом масс называют разность между суммарной массой всех нуклонов в свободном состоянии и массой ядра.

Радиоактивность. Явление радиоактивности было случайно открыто в 1896г. французским ученым Беккрелем, обнаружившим самопроизвольное излучение ураном невидимых глазу лучей, действующие на фотопленку. Этим явлением заинтересовались французские ученые Пьер и Мария Кюри. Они обнаружили самопроизвольное излучение Тория, Полония и Радия. Радий давал очень сильное излучение, поэтому в честь него явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри РАДИОАКТИВНОСТЬЮ или РАДИАЦИОННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ.

В Первую мировую войну Мария и Ирен вместе работали над реализацией проекта — создания мобильной рентгенологической службы — бригады машин, которые перевозили по фронтам рентгеновские установки. В 1935 г. Ирен вместе с мужем Фредериком Жолио была удостоена Нобелевской премии в области физики, так же как когда-то ее родители. На многих фотографиях Мария Кюри запечатлена со своей старшей дочерью Ирен. Их объединял интерес к науке, и особенно к явлению радиоактивности. Мать и дочь и внешне были похожи: скромное платье, утомленное лицо и непослушные волосы. Эти женщины, подчинившие свою жизнь служению науке, были почти уничтожены ею — они обе умерли от тяжелой формы лейкемии, вызванной частым облучением.

Виды радиоактивного излучения. - лучи – поток положительно заряженных ядер гелия движущихся со скоростью . - лучи – поток быстродвижущихся электронов со скоростью . - лучи – электромагнитные волны с очень маленькой длиной волны

Виды радиоактивности. Устойчивыми, стабильными являются лишь атомные ядра с энергией связи нуклонов, большей суммарной энергии связи нуклонов в продуктах распада. Различают естественную и искусственную радиоактивность. Естественная радиоактивность — радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых изотопов, существующих в природе. Искусственная радиоактивность — радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях. Нестабильными радиоактивными являются тяжелые ядра с зарядовым числом Z > 83 или массовым числом А > 209, которые могут спонтанно распадаться.

Закон радиоактивного распада. Число не распавшихся ядер при радиоактивном распаде убывает с течением времени по экспоненте.

Процесс деления ядра: а)взаимодействие нейтрона с ядром; б)захват нейтрона ядром; в)колебание возбужденного ядра; г)образование осколков деления

Ценная реакция деления ядер урана

Ядерный реактор. Для стабильной цепной ядерной реакции, необходимо создать условия, в которых при делении ядра, поглотившего один нейтрон, будет выделяться частица, необходимая для деления следующего ядра. Устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер, называется ядерным реактором.

Вклад источников ионизирующего излучения в радиационной фон.

Ядерной бомбой

ФАКТЫ: Для создания ядерных бомб применяются изотопы урана и плутония. В настоящее время в основном используется взрывная имплозией. Эта схема заключается в подрыве ядра атома при помощи зарядов взрывчатки располагающихся вокруг него. Первая ядерная бомба была применена в самом конце Второй мировой войны. 6 августа 1945 года американский бомбардировщик «В-29» сбросил первую атомную бомбу на город Хиросима расположенный на острове Хонсю, а 9 августа вторая была сброшена на город Нагасаки. В результате этих двух взрывов погибло несколько сот тысяч человек. Через 4 года появилась ядерная бомба в СССР. В настоящее время официально ядерное оружие имеют: США (1945), Россия (1949), Великобритания (1952), Франция (1960), Китай (1964), Индия (1974), Пакистан (1998) и КНДР (2006).