Процессы в микромире. Элементы ядерной физики

Если свойства и квантовая физика атомов раскрывались путем изучения испускания и поглощения ими фотонов, а также линейчатых спектров атомов, то свойства ядер путем изучения радиоактивных излучений при естественной и искусственной радиоактивности, открытой соответственно А. Беккерелем (1896 г.) и супругами Фредериком и Ирен Жолио-Кюри (1934 г.). Радиоактивность – явление самопроизвольного (спонтанного) превращения атомных ядер в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений.

Искусственная радиоактивность наблюдается у изотопов, полученных в ядерных реакциях.

Естественная радиоактивность наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе.

Радиоактивный распад – естественное радиоактивное превращение ядер, происходящее произвольно.

Закон радиоактивного распада:

; ,

где - число нераспавшихся ядер в момент времени ; - начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени ); - постоянная радиоактивного распада; - основание натурального логарифма; - период полураспада – время, за которое исходное число ядер в среднем уменьшается вдвое.

Закон радиоактивного распада – статистический закон, имеющий явный квантовый характер, т.е. вероятность распада ядра связывается с превышением полученного им кванта энергии над энергией, необходимой для его радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада справедлив при наличии очень большого числа радиоактивных ядер.

Очевидно, что статистический закон радиоактивного распада, как и квантовый характер электромагнитного излучения, опирается на соотношение неопределенностей для энергии и времени: , что и обуславливает достаточно медленный радиоактивный распад ядер (период полураспада может принимать значения, например, для – 12,5 часов и для – 7,1×10⁸ лет.

Как писал Х. Лоренц: «Не будет преувеличением сказать, что в нашей картине мира квантовые условия есть то, что сдерживает материю и предохраняет ее от потери всей своей энергии путем излучения» (и (или) своего изотопно-радиоактивного распада – вставка наша).

Среди процессов радиоактивных превращений различают:

v -распад, при котором ядро испускает -частицы – ядра гелия ;

v -распад, связанный с испусканием или поглощением электронов и позитронов;

v -излучение ядер – испускание ядром -квантов;

v спонтанное деление тяжелых ядер;

v протонную радиоактивность.

Экспериментально установлено, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы называют нуклонами. Некоторые характеристики протонов и нейтронов приведены в схеме 37.