Определения по атомной и квантовой физике

АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО - тело, которое при любой температуре полностью поглощает все падающее на него электромагнитное излучение независимо от спектрального состава. Излучение А.ч.т. определяется только его абсолютной температурой и не зависит от природы вещества.

АКТИВНОСТЬ (источника радиоактивного излучения) – физическая величина, равная отношению общего числа распадов радиоактивных ядер нуклида в источнике ко времени распада. Единица А.и. в СИ - беккерель.

АЛЬФА-ЛУЧИ - поток альфа-частиц, один из видов радиоактивного излучения атомных ядер.

АЛЬФА-РАСПАД – процесс испускания альфа-частиц при самопроизвольном радиоактивном распаде атомных ядер.

АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ - ядра атома гелия, испускаемые некоторыми нуклидами и состоящие из двух протонов и двух нейтронов.

АННИГИЛЯЦИЯ – процесс превращения частицы и соответствующей ей античастицы в фотоны – кванты электромагнитного поля или другие частицы – кванты физических полей иной природы. Существует обратное явление – рождение пар.

АТОМ - наименьшая частица химического элемента, которая является носителем его химических свойств. А. состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, движущихся в кулоновском поле ядра (описывается законами квантовой механики). Размеры А. порядка 10^-10 м, энергия связи внешних электронов в А. порядка 10 эВ.

АТОМНАЯ ЕДИНИЦА МАССЫ - единица массы, равная 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12. 1 а.е.м. = 1,6 ^.10^-27 кг. Применяется в атомной и ядерной физике.

АТОМНАЯ МАССА - масса атома, выраженная в атомных единицах массы.

БЕТА-ЛУЧИ - поток бета-частиц (электронов или позитронов), испускаемых атомными ядрами при их бета-распаде.

БЕТА-РАСПАД – процесс радиоактивного превращения атомных ядер, в котором ядра испускают электроны и антинейтрино (β-) или позитроны и нейтрино (β+) распады. Обусловлен слабым взаимодействием и связан с взаимным превращением нейтронов и протонов в атомных ядрах.

БОРА ПОСТУЛАТЫ - основные допущения, введенные без доказательства Н.Бором, и положенные в основу БОРА ТЕОРИИ: 1) Атомная система устойчива только в стационарных состояниях, которые соответствуют дискретной последовательности значений энергии атома. Каждое изменение этой энергии связано с переходом атома из одного стационарного состояния в другое. 2) Поглощение и излучение энергии атомом происходит по закону, согласно которому связанное с переходом излучение является монохроматическим и обладает частотой ν: hν=E_i-E_k, где h -Планка постоянная, а E_i и E_k - энергии атома в стационарных состояниях.

БОРА ТЕОРИЯ - первая квантовая теория атома, созданная в 1913г. Н.Бором. Основана на ядерной модели атома, Бора постулатах и предположении, что для описания электронов в стационарных состояниях применимы законы классической механики. Предшествовала квантовой механике.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ - взаимные влияния элементарных частиц, определяющие изменения их состояний и взаимопревращения. Виды: сильное, электрослабое (электромагнитное и  слабое),  гравитационное.

ВИЛЬСОНА КАМЕРА - прибор для наблюдения движущихся с большой скоростью электрически заряженных микрочастиц, основанный на конденсации перенасыщенных паров. Изобретена в 1912 г. Ч.Т.Р.Вильсоном.

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ - коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны менее 0,1 нм, возникающее при распаде радиоактивных ядер и элементарных частиц, взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, а также при аннигиляции электронно-позитронных пар.

ГАММА-ЛУЧИ, γ-лучи - то же, что гамма-излучение.

ГЛАВНОЕ КВАНТОВОЕ ЧИСЛО (n – номер орбиты) - квантовое число, определяющее возможные значения  энергии атома водорода в стационарных состояниях: , где h -Планка постоянная; R -Ридберга постоянная. Г.к.ч. n принимает целые положительные значения 1,2,3,...

ДЕФЕКТ МАСС - разность между массой атома и массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии. Обычно измеряют в атомных единицах массы (а.е.м.) Иногда Д.м. называют величину, где E -энергия связи; с - скорость света.

ДОЗА ИЗЛУЧЕНИЯ – физическая величина, равная отношению энергии ионизирующего излучения, поглощаемой веществом, к массе этого вещества: Позволяет оценить радиационную опасность. Единица Д.и. в СИ - грэй.

ЗАРЯДОВОЕ ЧИСЛО – физическая величина, равная числу протонов в атомном ядре и числу электронов в нейтральном атоме. Совпадает с атомным номером химического элемента. При этом электрический заряд ядра равен Ze, где Z– З.ч., а e - элементарный электрический заряд. Обычно указывается слева внизу у символа химического элемента (напр., ) Cр.массовое число.

ИЗЛУЧЕНИЕ – 1) И. волн и частиц – процесс испускания звуковых волн источниками звука, радиоволн - антеннами, света и рентгеновских лучей – атомами и молекулами, α-, β-частиц и γ-лучей атомными ядрами. 2) Сами эти волны и частицы как движущиеся объекты. (См. Альфа-лучи, Бета-лучи и т.д.)

ИЗОБАРЫ – атомы различных химических элементов, имеющие одинаковые массовые числа. Ядра И. содержат разные числа протонов, но общее количество нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре у них одинаковое. Ср.Изотопы.

ИЗОТОПЫ – разновидности атомов одного химического элемента, отличающиеся массой. Содержат одинаковое число протонов, но различаются числом нейтронов и занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Ср. изобары.

ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ - потоки элементарных частиц и квантовэлектромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул этого вещества.

КВАНТ ЭНЕРГИИ - конечное количество энергии, которое может излучить или поглотить микросистема (атом, молекула, атомное ядро и т.д.) в отдельном акте изменения ее состояния, т.е. приквантовом переходе.

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА - физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (электронов, атомов, молекул и т.д.) в заданных внешних полях (напр., электронов в кулоновском поле атомного ядра). Законы К.м. имеют вероятностный характер.

КВАНТОВЫЕ ЧИСЛА - целые или полуцелые (т.е. отличающиеся от целого на 1/2) числа, определяющие возможные дискретные числовые значения энергии, импульса и момента импульса системы (атома, молекулы), которая описывается законам квантовой механики.

КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР - источник монохроматического когерентного электромагнитного излучения, действие которого основано на использовании явления вынужденного излучения. Излучение К.г. характеризуется высокой монохроматичностью, когерентностью, узкой направленностью и значительной мощностью. В зависимости от диапазона электромагнитного излучения различают два вида К.г.: лазер и мазер.

КВАНТОВЫЙ ПЕРЕХОД - скачкообразный переход квантовой системы (атома, молекулы и т.д.) с одного уровня энергии на другой. При переходе с более высокого уровня на более низкий система излучает энергию, а при обратном переходе ее поглощает. Излучение и поглощение энергии происходит квантами (порциями) энергии. См.Бора постулаты.

КРИТИЧЕСКАЯ МАССА - наименьшая масса ядерного горючего (урана, плутония), при которой происходит ядерная цепная реакция.

МАССОВОЕ ЧИСЛО - общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре; одна из основных характеристик атомного ядра. Обычно указывается слева вверху у символа химического элемента (напр. ⁴He,). Ср.зарядовое число.

НЕЙТРИНО - электрически нейтральная элементарная частица с весьма малой массой покоя, нулевым магнитным моментом и спином 1/2. Участвует только в слабом взаимодействии и имеет очень большую проникающую способность.

НЕЙТРОН - электрически нейтральная элементарная частица. Вместе с протоном входит в состав атомных ядер. В свободном состоянии н. неустойчив: распадается на протон, электрон и антинейтрино (период полураспада примерно 1000с). См.нуклон, ядерные силы.

НУКЛОН - общее название протона и нейтрона, т.е. частиц, из которых состоят атомные ядра. Протоны и нейтроны схожи по своим свойствам (см. ядерные силы) и поэтому могут рассматриваться как два различных зарядовых состояния одной и той же частицы - нуклона.

ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА - время, в течение которого количество нестабильных частиц уменьшается вдвое. Одна из основных величин, позволяющих описать поведение радиоактивных веществ.

ПЛАНКА ПОСТОЯННАЯ, квант действия (h) - одна из основных физических постоянных, отражающая специфику физических законов микромира и играющая фундаментальную роль в квантовой механике. h=6,63^.10^-34 Дж^.с. Часто п.п. называют величину 1,05^.10^-34 Дж^.с.

ПОЗИТРОН - элементарная частица с массой, равной массе электрона, положительным элементарным электрическим зарядом и спином, равным 1/2. Античастица электрона.

ПРОТОН - стабильная элементарная частица с положительным элементарным электрическим зарядом и спином 1/2. Вместе с нейтронами входит в состав атомных ядер всех химических элементов. В нейтральном атоме количество протонов равно количеству электронов. Количество протонов определяет атомный номер элемента в таблице Менделеева.

РАДИОАКТИВНОСТЬ – явление самопроизвольного превращения неустойчивых изотопов химического элемента в другие изотопы (обычно другого элемента), сопровождающееся испусканием элементарных частиц, атомных ядер и жесткого электромагнитного излучения. Различают естественную р. (изотопов, существующих в природе) и искусственную р. (изотопов, получаемых при ядерных реакциях).

РЕАКТОР ЯДЕРНЫЙ - устройство, в котором происходит управляемая цепная реакция деления ядер. См. ядерный реактор.

СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - один из видов взаимодействия элементарных частиц, характеризующийся наибольшей интенсивностью и присущий всем адронам. С.в. обусловлены ядерные силы и др. Ср. гравитационное, слабое и электромагнитное взаимодействия.

СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - один из видов взаимодействия элементарных частиц, характеризующийся минимальной (не считая гравитационного) интенсивностью. Присуще нейтрино и всем элементарным частицам, кроме фотона. С.в. ответственно за α-распад, за многие распады элементарных частиц и др., а также за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Ср. гравитационное, сильное, электромагнитное взаимодействия.

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ - реакции слияния легких атомных ядер, в результате которых образуются более тяжелые (реакция синтеза ядер), происходящие  при сверхвысоких температурах (порядка 10⁷К и более). Сопровождаются выделением огромного количества энергии. Напр., при полном превращении 1 кг водорода в гелий выделяется 8^.10¹⁴ Дж, т.е. примерно в 10 раз больше, чем при делении 1 кг ²³⁵U и в 2^.10⁷ раз больше, чем при сгорании 1 кг бензина. В естественных условиях т.р. происходят на солнце и звездах, исскуственная т.р. получена пока лишь в форме неуправляемой реакции при взрыве водородной бомбы. См. управляемый термоядерный синтез.

УРОВНИ ЭНЕРГИИ - возможные значения энергии атома, молекулы или др. квантовой системы. Образуют энергетический спектр системы (непрерывный, дискретный или смешанный). Предположения о существовании у.э. для атомов впервые сделаны в 1913 г. Н. Бором (см.Бора постулаты) и затем подтверждены экспериментально в Опытах Д.Франка и Г.Герца.

УСКОРИТЕЛИ ЗАРЯЖЕНЫХ ЧАСТИЦ - установки для получения направленных пучков электронов, протонов, легких атомных ядер и др. с энергией от сотен кэВ до сотен ГэВ. Используются в ядерной физике и физике высоких энергий для исследования характера различных взаимодействий и структуры микрочастиц, а также в промышленности (получение изотопов, дефектоскопия, стерилизация пищевых продуктов) и медицине.

ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ - см. ядерная цепная реакция.

ЭЛЕМЕНТ ХИМИЧЕСКИЙ - совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и, следовательно, с одинаковым числом электронов. Основные характеристики - атомный  номер и атомная масса. Известно 113 элементов, 25 из них получены искусственно. Взаимосвязь Э.х. отражена в периодической системе элементов Менделеева.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ - простейшие структурные элементы материи, о которых на современном уровне нельзя сказать, что они являются простым соединением других частиц. Каждой э.ч. (за исключением “истинно нейтральных” фотона и некоторых мезонов) соответствует своя античастица. Взаимодействие пары частица - античастица приводит к аннигиляции. При изучении взаимодействия э.ч. особую роль играют сохранения законы.

ЭНЕРГИЯ ПОКОЯ - энергия тела (частицы) в системе, относительно которой тело (частица) покоится. Е₀=m₀c², где m₀ - масса покоя частицы.

ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ - разность между энергией связанной системы частиц и суммарной энергией этих частиц в свободном состоянии. Для устойчивых систем отрицательна.

ЯДЕРНАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ - реакция деления тяжелых атомных ядер под действием нейтронов, в каждом акте которой число нейтронов возрастает, так что может возникнуть самоподдерживающийся процесс деления. Сопровождается выделением огромного количества энергии (200 МэВ на каждое делящееся ядро урана или плутония).

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА  - отрасль энергетики, занимающаяся преобразованием  ядерной энергии в другие виды энергии с целью практического применения.

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ, атомная энергия - внутренняя энергия атомного ядра, связанная с движением и взаимодействием образующих ядро нуклонов. Возможны два способа получения я.э.: осуществление ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер или термоядерной реакции синтеза легких ядер.

ЯДЕРНОЕ ГОРЮЧЕЕ - 1) природное я.г. - изотоп  ²³⁵U(урана-235). 2) вторичное я.г. - искусственно получаемый в ядерном реакторе изотоп ²³⁹Pu (плутоний-239) и изотоп урана ²³³U(уран-233).

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ - превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействием с элементарными частицами или между собой. Я.р. обычно происходят при бомбардировке тяжелых атомных  ядер более легкими ядрами или частицами. Используются для изучения строения и свойств атомных ядер, получения ядерной энергии и радиоактивных изотопов.

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ - взаимодействия между нуклонами в атомных ядрах определяющие (вместе с электромагнитными силами) строение и свойства ядер. Проявляются только на расстояниях порядка 10^-15м и не зависят от заряда нуклонов. См.сильное взаимодействие.

ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ - чрезвычайно быстрое выделение огромного количества энергии в результате цепной ядерной реакции или термоядерной реакции.

ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР, атомный реактор - устройство для осуществления и поддержания управляемой цепной ядерной реакции деления ядер тяжелых элементов.

ЯДРО АТОМНОЕ - положительно заряженная центральная часть атома, в которой сосредоточена почти вся его масса. Заряд  ядра  и атомный номер определяются числом протонов, а атомная масса - суммарным числом нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Размеры  тяжелых ядер достигают  10^-14 м, плотность ядерного в-ва 10¹⁷ кг/м³.