Введение. Ядерная физика- это наука о строении, свойствах и превращениях атомного ядра

Ядерная физика - это наука о строении, свойствах и превращениях атомного ядра. В 1904 году англ. Физик Дж. Томсон предложил первую модель атома, в которой атом представлял собой нейтральную систему, состоящую из заряженного шара с зарядом +Ze и размером ~10^-8см, внутри которого в определенных равновесных положениях находятся Z отрицательно заряженных электронов. В 1909 году оказалось, что такая модель находится в противоречии с экспериментальными данными и в основном с результатами опытов по рассеянию α- частиц при прохождении через тонкую фольгу.

В опытах было получено, что наряду с рассеянием на малые углы наблюдается отклонение на очень большие углы. Это никак не вписывалось в модель Томсона. В 1911 году Э. Резерфорд предлагает новую модель атома, согласно которой атом имеет положительно заряженный центр радиусом 10^-12см с распределенными вокруг него на расстоянии ~10^-8см электронами, при этом вся масса сосредоточена в ядре. Такая модель атома объясняла аномально рассеяние частиц, и этот год считается годом ядерной физики. Однако условием всякой модели должна быть ее устойчивость. По законам электродинамики электрон, движущийся равномерно по окружности должен терять энергию на излучение. Результатом является постепенное приближение электронов к ядру. При этом частота обращения электронов постепенно меняется и дает непрерывный спектр излучения. Т. о. появилось 2 противоречия с экспериментом:

1. устойчивость атома;

2. дискретный характер атомных спектров.

Для устранения этих противоречий датский физик Н. Бор в 1913 году предложил квантовую теорию рассмотрения атомных спектров. Самые простые расчеты на основе этих предложений и позволили оценить постоянную Ридберга.

Постулаты Бора предполагали отказ от классической физики и все это вызвало массу недоверия физиков. Этот период недоверия завершился в 1926 году, когда Гейзенберг и Шредингер предложили для описания микромира совершенно новую механику – квантовую, согласно которой нельзя одновременно с достаточной точностью определить положение и скорость частицы. Позднее с помощью квантовой механики стали описывать атомные процессы, иногда и ядерные. В 1927 году Гамов и К⁰ определили квантовые основы - распада.

В 1919 году было сделано 2 крупных открытия: Астон построил масспектрограф и Резерфорд открыл расщепление атомного ядра азота – что сопровождалось рождением новой частицы с электрическим зарядом равным положительному заряду электрона – т.е. протона. Т. о. пришли к модели ядра, которое состоит из протонов и электронов. В ядре содержится Z протонов и (A-Z) электронов, а вокруг ядра вращаются Z электронов. Однако, допущение наличия электронов внутри ядра наталкивалось на целый ряд трудностей, не совместимых с экспериментальными данными. Поэтому было очевидно, что не электроны, а другие частицы наряду с протонами входят в ядро.

В 1930 году Боте и Бэккер обнаружили, что при облучении α – частицами ядер бериллия и лития испускается новое излучение, очень слабо поглощаемое свинцом. Может это жесткие γ – лучи? В 1932 году Чедвик нашел выход из этих сомнений и, проанализировав, полученное излучение, пришел к выводу, что это нейтральный поток частиц с массой примерно равный массе протона. Эту частицу назвали нейтроном, которая может превращаться в протон, электрон и антинейтрино: ; период полураспада равен 11,7 мин., т.е. это нестабильная частица.

В это же время Д.Д. Иваненко высказал гипотезу о протонно-нейтронном строении ядра.

Итак, все ядра состоят из протонов и нейтронов (нуклонов) и отличаются только их числом.

В 1928 году П. Дирак получил релятивистское квантовое уравнение для электрона и предсказал существование позитрона. В 1932 г. Андерсен в космических лучах обнаружил позитрон.

В 1931 г. В Паули предсказал существование нейтральной частицы – нейтрино, и необходимость такого предсказания вытекала из рассмотрения β- распада. Он предположил существование нейтрино, но ввиду, отсутствия электрического заряда и почти нулевой массы нейтрино трудно было обнаружить и только в 1956 г. Рейнес и Коуэн обнаружили экспериментально нейтрино. Открытие нейтрино дало начало развитию нейтринной астрофизики.

Открытие нейтрона позволило сделать одно из величайщих достижений ядерной физики – в 1939 г. Хан, Штрасмен обнаружили, что при облучении урана нейтронами его ядро делится примерно на 2 равные части: в процессе деления появлялся еще 1 нейтрон, который приводил к возможности цепной реакции.

В 1942 г. в США на территории Чикагского стадиона Э. Ферми был построен первый в мире реактор. В СССР работы по использованию атомной энергии проводились под руководством И.В.Курчатова.

В этот же год был построен первый ускоритель - мощное средство преобразования ядра. С этого времени история физики ядра так быстро набирала скорость, что последующие открытия и фактыдолжны превратиться в таблицу год – физик – открытия. Работы последних лет показали, что во время взрыва водородной бомбы в мгновенном процессе высвобождается огромная термоядерная энергия, которая получена в результате синтеза легких ядер. Получение такой энергии значительно выгоднее, чем деление тяжелых ядер и получение ядерной энергии.