Сопромат
Электротехника
Курсовая
Типовой
Фото
Энергетика
Геометрия
Физика

Лекции

Математика
Искусство
Контрольная

Курс

Примеры
Архитектура
На главную

Ядерная физика начало

§4.1.Основные понятия и классификация

Ядерной реакцией называют процесс образования новых ядер и частиц при сближении ядер и частиц до расстояний ~ 10-13см, когда вступают в действие ядерные силы. Образование новых ядер и частиц может происходить и под действием γ-квантов, т.е. под действием электромагнитных, а не ядерных сил. Этот процесс следует также отнести к ядерным реакциям, поскольку взаимодействие происходит в области ядра и приводит к его преобразованию. Если после столкновения сохраняются исходные ядра и частицы и не рождаются новые, то процесс называется рассеянием. При рассеянии происходит только перераспределение энергии и импульса между взаимодействующими объектами.

Наиболее распространенным видом реакции является взаимодействие легкой частицы а с ядром А, в результате чего образуется также легкая частица b и ядро В:

.

(4.1.1)

Здесь частица а – бомбардирующая частица, ядро А – ядро-мишень. Обычно частицы а и bпредставляют: нейтрон (n), протон (p), дейтон (d), α-частицу (α-), γ-квант (γ-). Существует сокращенная запись процесса (4.1.1): A(a,b)B. Используется также запись (a,b), когда речь идет только о типе ядерной реакции безотносительно к ядру-мишени и образующемуся ядру. Например, (p,n), (α,n), (γ,p) и т.д. Первой в скобках указывают бомбардирующую частицу, а второй – частицу, возникшую в результате реакции. Начальный этап реакции а+А называют входным каналом, а конечный b+B - выходным. Реакция может протекать неоднозначно и иметь несколько конкурирующих между собой выходных каналов:

Каждый выходной канал характеризуется своей относительной вероятностью ηi,причем , где η - относительная вероятность открытия входного канала. Величины ηiиη зависят от кинетической энергии частицы а. Два последних канала представляют собой рассеяние.

Рассеяние представляет частный случай ядерного взаимодействия и может быть упругим и неупругим. При упругом рассеянии (столкновении) не изменяются структура ядра и его внутренняя энергия. В случае неупругого рассеяния изменяется структура ядра и происходит изменение его внутренней энергии.

Впервые ядерную реакцию наблюдал Резерфорд (1919 г.), бомбардируя α-частицами атомы газообразного азота:

(4.1.3)

Реакция была обнаружена по возникновению вторичных ионизирующих частиц, длина пробега которых  в газообразном азоте была больше, чем у α-частиц. Впоследствии эти частицы были идентифицированы как протоны.

В настоящее время известно много различных ядерных реакций, которые условно можно разделить на три большие группы (класса), и каждая из которых обладает своими характерными особенностями: реакции, идущие под действием заряженных частиц; реакции под действием g-квантов(фотоядерные реакции); реакции под действием нейтронов.

№ 1.3.3.

В медицине для диагностики ряда заболеваний получил распространение метод, называемый термографией. Он основан на регистрации различия теплового излучения здоровых и больных органов, обусловленного небольшим различием их температур. Вычислите, во сколько раз различаются термодинамические температуры и энергетические светимости участков поверхности тела человека, имеющих температуры 30,5 и 30,0°С соответственно.

Решение

Учитывая связь между температурами поверхности по шкалам Кельвина и Цельсия, можно записать:

; (1)

. (2)

Отсюда

  (3) 

В соответствии с законом Стефана-Больцмана энергия, излучаемая с единицы площади абсолютно черного тела за единицу времени определяется выражением

, (4)

где σ – постоянная Стефана Больцмана, Т – абсолютная температура излучающей поверхности. Запишем это выражение для температур Т1 и Т2:

, (5)

 (6)

Деля (5) на (6) и подставляя численные значения температур, получим:

№ 1.3.4.

На какую длину волны приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости тела человека с температурой 30°С?

Решение

В соответствии с законом смещения Вина длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре:

,

где λ – длина волны излучения поверхности тела человека, T – его абсолютная температура, b – постоянная Вина. Подставляя численные значения, получим:

 

№ 1.3.5.

Площадь поверхности тела человека в 80 раз больше, чем у морской свинки. Сравните потоки теплового излучения и интенсивность теплового излучения человека и животного, принимая равными коэффициенты поглощения их тел. Считать температуру тела человека равной 37° С, а морской свинки 39° С.

Решение

Интенсивность теплового излучения I прямо пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры излучающей поверхности, поэтому

.

Поток же теплового излучения R пропорционален площади излучающей поверхности, поэтому

 

§4.1.Основные понятия и классификация

Справочник