Последствия радиоактивного распада…...……………………………… 94

А. Б. Сазонов

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА. КУРС ЛЕКЦИЙ

Утверждено Редакционным советом

университета в качестве учебного пособия

Москва

УДК 29.01.45

ББК 32.97

С63

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор Московского государственного

университета технологий и управления

А. О. Харитонов

Доктор технических наук, профессор Российского химико-

Технологического университета

М. А. Шерышев

Сазонов А. Б.

С63 Курс лекций по ядерной физике: учеб. пособие/ А. Б. Сазонов – М.:РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. – 264 с.

ISBN 978-5-7237-0562-3

Настоящее пособие предназначено для подготовки инженеров по специальности 240601 «Химическая технология материалов современной энергетики» и написано на базе курса лекций, читавшегося автором в течение 10-и лет в РХТУ им. Д.И. Менделеева. Основной задачей курса является получение студентами теоретических знаний в области ядерной физики.

Пособие знакомит с основными понятиями и терминологией ядерной физики, строением и свойствами атомного ядра, закономерностями радиоактивных превращений и ядерных реакций, способами получения ядерной энергии и искусственных радионуклидов, особенностями взаимодействия ионизирующих излучений с веществом, методами регистрации и дозиметрией ядерного излучения. В приложение вынесены вспомогательные разделы квантовой физики, механики, физики твердого тела и т.п., не относящиеся напрямую к изучаемой дисциплине.

Лекционный курс базируется на знаниях, полученных студентами при изучении общей химии, физики и высшей математики. В свою очередь, он является базой для изучения ядерно-химической технологии и других специальных курсов.

УДК 29.01.45

ББК 35.41:30,36

ISBN 978-5-7237-0562-3

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………. 7

Лекция 1. Атомное ядро……………………………………………………... 9

1.1. История открытия ядра (9) 1.2. Заряд ядра и атомный номер (11) 1.3. Масса ядра и массовое число. Изотопы (13). 1.4. Открытие нейтрона. Протонно-нейтронная теория (15).

Лекция 2. Энергия связи ядра. Ядерные силы…………………………. 17

2.1. Размеры ядра. Расстояние и энергия в ядерной физике (17) 2.2. Некоторые соотношения релятивистской механики (18). 2.3. Энергия связи ядра (20). 2.4. Ядерные силы (21). 2.5. Протонно-нейтронная диаграмма (22). 2.6. Капельная модель ядра. Формула Вайцзеккера (23).

Лекция 3. Оболочечная модель ядра…………………………………….. 27

3.1. Основные положения квантовой механики (27). 3.2. Предпосылки оболочечной модели ядра (30). 3.3. Уровни энергии нуклона в центральном поле (31). 3.4. Спин-орбитальное взаимодействие (34)

Лекция 4. Квантовые свойства ядер……………………………………... 37

4.1. Энергия симметрии в ОМО (37). 4.2. Спин и четность основных состояний ядер в ОМО. Эффект спаривания (37). 4.3. Магнитные моменты ядер (40). 4.4. Электрический квадрупольный момент. Равновесные формы ядер (42). 4.5. Возбужденные состояния ядер (43).

Лекция 5. Радиоактивный распад. Общие закономерности………….. 47

5.1. Сущность явления радиоактивности (47). 5.2. Основной закон радиоактивного распада. Активность (48). 5.3. Статистический характер радиоактивного распада (51).

Лекция 6. Радиоактивный распад. Общие закономерности

Окончание)………………………………………………………………….. 54

6.1. Сложный распад. Последовательные и параллельные превращения (54). 6.2. Радиоактивные цепочки (57). 6.3. Радиоактивные семейства. Радионуклиды в природе (58). 6.4. Ядерная геохронология (59).

Лекция 7. Альфа-распад…………………………………………………… 64

7.1. Феноменологическое рассмотрение (64). 7.2. Прохождение α-частиц через потенциальный барьер (67). 7.3. Скорость α-распада (71).

Лекция 8. Бета-распад…………………………………………………....... 74

8.1. Феноменологическое рассмотрение (74). 8.2. Замечания об электронном захвате (76). 8.3. Слабое взаимодействие. Теория Ферми (77). 8.4. Спектр β-частиц. Правило Сарджента (79). 8.5. Ядра отдачи при β-распаде (80). 8.6. Разрешенные и запрещенные β-переходы (81).

Лекция 9. Гамма-излучение ядер………………………………………… 84

9.1. Классификация фотонов (84). 9.2. Каскадное испускание γ-квантов (87). 9.3. Ядерная изомерия (87). 9.4. Внутренняя конверсия γ-квантов. Запаздывающие частицы (89). 9.5. Эффект Мёссбауэра (90).

Лекция 10. Спонтанное деление ядер. Атомно-молекулярные

последствия радиоактивного распада…...……………………………… 94

10.1. Спонтанное деление ядер. Энергия деления (94). 10.2. Механизм деления (95). 10.3. Спонтанно делящиеся изомеры (97). 10.4. Свойства осколков деления (98). 10.5. Атомно-молекулярные последствия радиоактивного распада (99).