Сопромат
Электротехника
Курсовая
Типовой
Фото
Энергетика
Геометрия
Физика

Лекции

Математика
Искусство
Контрольная

Курс

Примеры
Архитектура
На главную

Ядерная физика начало

§1.7. Возбужденные состояния ядер

Возбуждение ядра – сообщение ядру дополнительной энергии, в результате чего увеличивается его внутренняя энергия, и ядро переходит из основного состояния в возбужденное. Ядро является квантовой системой взаимодействующих нуклонов и имеет строго определенный и дискретный набор разрешенных энергетических состояний. Уровни возбуждения бывают одночастичными и коллективными. Наименьшее количество энергии, которое может поглотить ядро, соответствует его первому возбужденному уровню. Переход на первый возбужденный уровень у легких ядер чаще всего представляет собой переход одного нуклона в ближайшее незанятое состояние. У тяжелых ядер переход на первый возбужденный уровень обычно связан с возбуждением колебаний всего ядра или вращением ядра как целого, то есть с проявлением коллективного взаимодействия нуклонов в ядре.

На рис.1.7.1изображены типичные схемы возбужденных уровней легкого и тяжелого ядер. Система энергетических уровней ядра называется энергетическим спектром ядра. Энергия каждого уровня обозначается слева, а спин и четность (см. §1.8) данного состояния справа. Совокупность значений этих величин называется характеристикой уровня. Первый возбужденный уровень E1 легких ядер (А < 50) расположен при энергии ~ 1 МэВ, у тяжелых (А > 200) ~ 0,1 МэВ. Спины ядер в возбужденных состояниях могут отличаться от спинов в основном состоянии.

Все возбужденные уровни не являются строго моноэнергетическими, а имеют конечную ширину Г, которая связана со средним временем t жизни ядра в данном возбужденном состоянии соотношением неопределенностей:

(1.7.1)

Типичная величина t ~ 10-14 с. Этому значению t соответствует Г ~ 0,1 эВ. Однако бывают величины t и Г на много отличающиеся от этих. Следует подчеркнуть, что среднее время жизни ядра в возбужден­ном состоянии велико по сравнению с характерным временем ядерного взаимодействия (~ 10-23с, см. (1.9.17)), то есть по ядерным масштабам времени возбужденное ядро живет весьма долго.

На рис. 1.7.1 (в кружке) показана в увеличенном виде структура уровней. Распределение W(E) представляет собой плотность вероятности образования возбужденного состояния ядра от энергии. Ширина уровня Г определяется на половине высоты этого распределения.

Понятие уровня, а тем самым и его характеристики, имеют смысл до тех пор, пока ширина Г уровня не превышает расстояния D между соседними уровнями, т.е. пока уровни не перекрываются. Поэтому условие существования уровня имеет следующий вид:

.

(1.7.2)

При выполнении условия (1.7.2) характеристики стабильных ядер можно вводить и для нестабильных ядер, а также для стабильных ядер, находящихся в возбужденном состоянии.

С ростом энергии возбуждения расстояние между уровнями в среднем экспоненциально уменьшается. Одновременно уменьшается среднее время жизни τ уровня и в соответствии с (1.7.1) растет ширина уровней Г . В результате при некоторых значениях энергии возбуждения ширина уровней становится сравнимой с расстоянием между соседними уровнями и при дальнейшем увеличении энергии возбуждения уровни сольются и станут, а энергетический спектр ядра в этой области энергий становится сплошным. Для тесно расположенных уровней можно говорить оплотности уровней - числе уровней, приходящихся на единичный интервал энергии.

Если энергия возбуждения ядра меньше энергии связи нуклона, то переход в основное состояние происходит с испусканием g-кванта, или последовательного каскада g-квантов, которые уносят из ядра энергию возбуждения. Так как интенсивность электромагнитных сил (см. §1.9 п.3) много меньше ядерных, то и процессы под их действием протекают существенно медленнее. Поэтому, если энергия возбуждения превышает энергию отделения нуклона, то переход в основное состояние будет происходить преимущественно с испусканием нуклона (чаще всего нейтрона, так как для него отсутствует кулоновский барьер). При этом надо помнить, что возникающее конечное ядро не имеет ничего общего с начальным ядром.

3.1. Классическая теория дисперсии. Рассеяние света.

            Модель среды с дисперсией. Классическая теория. Комплексный показатель преломления. Нормальная и аномальная  дисперсии. Волновой пакет. Групповая скорость.  Поглощение волн. Закон Бугера. Рассеяние света. Прохождение света через оптически неоднородную среду. Рэлеевское рассеяние. Рассеяние Ми. Рассеяние Мандельштама - Бриллюэна.

3.2. Электромагнитные волны на границе раздела сред. Виды поляризации света.

Поведение волн на границе раздела двух сред. Граничные условия. Закон Снеллиуса. Полное внутреннее отражение.   Формулы Френеля. Угол Брюстера.

Естественный и поляризованный свет. Линейная, эллиптическая и круговая виды поляризации. Частично поляризованный свет. Поляризаторы. Закон Малюса.

3.3. Оптические свойства  анизотропных сред. Двойное лучепреломление.

            Оптические свойства  анизотропной среды. Тензор диэлектрической проницаемости.  Структура плоской монохроматической волны  в анизотропной среде. 

Зависимость фазовой скорости от направлений распространения волны и колебаний  вектора поляризации. Уравнение Френеля. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Двойное лучепреломление. Построение Гюйгенса. Поляризационные приспособления. Обнаружение и анализ  эллиптически и циркулярно - поляризованного света. 

3.4. Интерференция поляризованных волн. Искусственная анизотропия.

Интерференция поляризованных волн. Искусственная анизотропия, возникающая при деформациях. Явление Керра. Явление Коттон - Мутона. Вращение плоскости поляризации в  оптически активных средах. Явление Фарадея. Эффект Зеемана. Элементарная теория нормального эффекта Зеемана. Обратный эффект Зеемана и его связь с явлением Фарадея. Эффект Штарка.

Раздел 4. . Квантовые свойства света

4.1. Корпускулярно-волновая двойственность свойств света.

Противоречия классической физики. Тепловое излучение. Основные  законы теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина.  Формула Рэлея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. Теория Планка. Элементарная  квантовая теория Эйнштейна теплового излучения.

            Спонтанное и  индуцированное излучение. Корпускулярно-волновая двойственность свойств света. Энергия и импульс световых квантов. Давление света. Физические принципы работы оптических квантовых генераторов. Формула Эйнштейна для фотоэлектрического эффекта. Эффект Комптона. Аннигиляция электронно-позитронной пары

 

§1.7. Возбужденные состояния ядер

Справочник