1. Kekuatan nuklir besar dalam nilai absolut. Mereka adalah salah satu yang terkuat dari semua interaksi yang dikenal di alam.

Sejauh ini, kita telah mengenal empat jenis interaksi:

a) interaksi kuat (nuklir);

b) interaksi elektromagnetik;

c) interaksi lemah, terutama terlihat jelas pada partikel yang tidak memanifestasikan dirinya dalam interaksi kuat dan elektromagnetik (neutrino);

d) interaksi gravitasi.

Sebagai contoh, cukup dikatakan bahwa energi ikat inti paling sederhana, deuteron, karena gaya nuklir, adalah 2,26 MeV, sedangkan energi ikat atom paling sederhana, hidrogen, karena gaya elektromagnetik, adalah 13,6 eV.

2. kekuatan nuklir memiliki sifat tarik-menarik pada jarak di wilayah 10 -13 cm, namun, pada jarak yang jauh lebih pendek mereka berubah menjadi gaya tolak. Sifat ini dijelaskan dengan adanya inti tolak-menolak dalam gaya nuklir. Itu ditemukan dalam analisis hamburan proton-proton pada energi tinggi. Sifat tarik-menarik gaya nuklir mengikuti dari keberadaan inti atom belaka.

3. kekuatan nuklir adalah jarak dekat. Jari-jari aksi mereka adalah 10 -13 cm Sifat jarak pendek diturunkan dari perbandingan energi ikat deuteron dan partikel . Namun, itu sudah mengikuti eksperimen Rutherford tentang hamburan partikel oleh inti, di mana perkiraan jari-jari inti adalah ~10 -12 cm.

4. Kekuatan nuklir bersifat pertukaran. Pertukaran pada dasarnya adalah properti kuantum, karena nukleon yang bertumbukan dapat mentransfer muatan, putaran, dan bahkan koordinatnya satu sama lain. Adanya gaya tukar secara langsung mengikuti dari percobaan pada hamburan proton berenergi tinggi oleh proton, ketika partikel lain, neutron, ditemukan dalam aliran terbalik dari proton yang tersebar.

5. Interaksi nuklir tidak hanya bergantung pada jarak, tetapi juga pada orientasi timbal balik dari putaran partikel yang berinteraksi, serta pada orientasi putaran relatif terhadap sumbu yang menghubungkan partikel. Ketergantungan gaya nuklir pada putaran ini mengikuti eksperimen tentang hamburan neutron lambat oleh orto dan parahidrogen.

Adanya ketergantungan tersebut juga mengikuti adanya momen kuadrupol, sehingga interaksi inti bukanlah pusat, melainkan tensor, yaitu itu tergantung pada orientasi timbal balik dari putaran total dan proyeksi putaran. Misalnya, ketika spin n dan p berorientasi, energi ikat deuteron adalah 2,23 MeV.

6. Dari sifat-sifat inti cermin (inti cermin disebut inti di mana neutron digantikan oleh proton, dan proton oleh neutron) dapat disimpulkan bahwa gaya interaksi antara (p, p), (n, n) atau (n, p) adalah sama. Itu. ada sifat simetri muatan dari gaya nuklir. Sifat gaya nuklir ini mendasar dan menunjukkan simetri mendalam yang ada di antara dua partikel: proton dan neutron. Ini disebut kemandirian muatan (atau simetri) atau invarian isotop dan memungkinkan kita untuk menganggap proton dan neutron sebagai dua keadaan dari partikel yang sama - nukleon. Putaran isotop diperkenalkan untuk pertama kalinya oleh Heisenberg secara formal dan diterima secara umum bahwa itu sama dengan T=-1/2 ketika nukleon dalam keadaan neutron, dan T=+1/2 ketika nukleon dalam keadaan keadaan proton. Misalkan ada beberapa ruang tiga dimensi, yang disebut isotop, tidak terkait dengan ruang Cartesian biasa, sementara setiap partikel terletak di asal ruang ini, di mana ia tidak dapat bergerak maju, tetapi hanya berputar dan memiliki, masing-masing, di ruang ini. momentum sudut sendiri (spin). Proton dan neutron adalah partikel yang orientasinya berbeda dalam ruang isotop dan neutron menjadi proton ketika diputar 180 derajat. Invarian isotop berarti bahwa interaksi dalam dua pasang nukleon adalah sama jika pasangan ini berada dalam keadaan yang sama, yaitu interaksi nuklir adalah invarian di bawah rotasi dalam ruang isotop. Sifat gaya nuklir ini disebut invarian isotop.

7.Gaya nuklir memiliki sifat saturasi. Properti kejenuhan gaya nuklir dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa energi ikat nukleus sebanding dengan jumlah nukleon dalam nukleus - A, dan bukan A 2, mis. setiap partikel dalam nukleus tidak berinteraksi dengan semua nukleon di sekitarnya, tetapi hanya dengan jumlah yang terbatas. Fitur gaya nuklir ini juga mengikuti dari stabilitas inti ringan. Tidak mungkin, misalnya, untuk menambahkan lebih banyak partikel baru ke deuteron, hanya satu yang diketahui seperti kombinasi dengan neutron tambahan - tritium. Sebuah proton dengan demikian dapat membentuk keadaan terikat dengan tidak lebih dari dua neutron.

8. Kembali pada tahun 1935. Fisikawan Jepang Yukawa, yang mengembangkan ide Tamm, menyarankan bahwa pasti ada partikel lain yang bertanggung jawab atas gaya nuklir. Yukawa sampai pada kesimpulan bahwa pasti ada jenis medan yang berbeda, mirip dengan elektromagnetik, tetapi sifatnya berbeda, yang memprediksi keberadaan partikel, massa menengah, yaitu. meson, kemudian ditemukan secara eksperimental.

Namun, teori meson belum mampu menjelaskan interaksi nuklir secara memuaskan. Teori meson mengasumsikan adanya kekuatan rangkap tiga, yaitu bertindak antara tiga tubuh dan menghilang ketika salah satu dari mereka bergerak menjauh hingga tak terbatas. Jari-jari aksi gaya-gaya ini adalah setengah dari gaya berpasangan biasa.

Pada tahap ini, teori meson tidak dapat menjelaskan semuanya, dan oleh karena itu kami akan mempertimbangkan

1. Pemilihan fenomenologis dari potensi yang sesuai dengan sifat-sifat gaya nuklir yang tercantum di atas adalah pendekatan pertama, dan pendekatan kedua tetap.

2. reduksi gaya nuklir ke sifat-sifat medan meson.

Dalam hal ini, kita akan mempertimbangkan teori dasar deuteron di sepanjang jalur pertama.

kekuatan nuklir(eng. Gaya nuklir) adalah gaya interaksi nukleon dalam inti atom. Mereka cepat berkurang dengan meningkatnya jarak antara nukleon dan menjadi hampir tak terlihat pada jarak di atas 10 -12 cm.

Dari sudut pandang teori medan partikel elementer, gaya nuklir terutama merupakan gaya interaksi medan magnet nukleon di zona dekat. Pada jarak yang jauh, energi potensial dari interaksi tersebut berkurang sesuai dengan hukum 1/r 3 - ini menjelaskan sifat jarak pendeknya. Pada jarak (3 10 -13 cm) gaya nuklir menjadi dominan, dan pada jarak kurang dari (9,1 10 -14 cm) mereka berubah menjadi gaya tolak yang lebih kuat. Grafik energi potensial interaksi medan listrik dan magnet dua proton, yang menunjukkan adanya gaya nuklir, ditunjukkan pada gambar.

Interaksi proton - proton, proton - neutron dan neutron - neutron akan agak berbeda karena struktur medan magnet proton dan neutron berbeda.

Ada beberapa sifat dasar gaya nuklir.

1. Gaya nuklir adalah gaya tarik-menarik.

2. Gaya nuklir berakting pendek. Tindakan mereka dimanifestasikan hanya pada jarak sekitar 10-15 m.

Dengan bertambahnya jarak antara nukleon i, gaya nuklir dengan cepat berkurang menjadi nol, dan pada jarak yang lebih kecil dari radius aksinya ((1,5 2,2) 1 0 ~15 m), gaya nuklir menjadi kira-kira 100 kali lebih besar dari Gaya Coulomb yang bekerja antara proton pada jarak yang sama.

3. Gaya nuklir menunjukkan kemandirian muatan: gaya tarik antara dua nukleon adalah konstan dan tidak bergantung pada keadaan muatan nukleon (proton atau neutron). Ini berarti bahwa gaya nuklir bersifat non-elektronik.

Independensi muatan gaya nuklir dilihat dari perbandingan energi ikat pada inti cermin. Disebut inti, di mana jumlah total nukleon sama, jumlah proton dalam satu sama dengan jumlah neutron di yang lain.

4. Gaya nuklir memiliki sifat kejenuhan, yaitu setiap nukleon dalam inti hanya berinteraksi dengan sejumlah nukleon yang terdekat dengannya. Kejenuhan memanifestasikan dirinya dalam kenyataan bahwa energi ikat spesifik nukleon dalam nukleus tetap konstan dengan peningkatan jumlah nukleon. Kejenuhan gaya nuklir yang hampir sempurna dicapai dengan partikel-a, yang sangat stabil.

5. Gaya nuklir bergantung pada orientasi timbal balik dari spin nukleon yang berinteraksi.

6. Gaya nuklir tidak sentral, yaitu tidak bekerja sepanjang garis yang menghubungkan pusat-pusat nukleon yang berinteraksi.

Kompleksitas dan sifat ambigu gaya nuklir, serta sulitnya memecahkan persamaan gerak semua nukleon inti secara akurat (nukleus dengan nomor massa A adalah sistem benda A, tidak memungkinkan kita untuk mengembangkan kesatuan teori koheren inti atom sampai hari ini.

35. Peluruhan radioaktif. Hukum transformasi radioaktif.

peluruhan radioaktif(dari lat. radius"balok" dan aktif"efektif") - perubahan spontan dalam komposisi inti atom yang tidak stabil (muatan Z, nomor massa A) dengan memancarkan partikel elementer atau fragmen nuklir. Proses peluruhan radioaktif disebut juga radioaktivitas, dan unsur-unsur yang sesuai adalah radioaktif. Zat yang mengandung inti radioaktif disebut juga radioaktif.

Telah ditetapkan bahwa semua unsur kimia dengan nomor atom lebih besar dari 82 (yaitu, dimulai dengan bismut), dan banyak unsur yang lebih ringan (promethium dan teknesium tidak memiliki isotop stabil, dan beberapa unsur, seperti indium, kalium atau kalsium, memiliki bagian dari isotop alami yang stabil, sedangkan yang lainnya bersifat radioaktif).

radioaktivitas alam- peluruhan spontan inti unsur yang ditemukan di alam.

radioaktivitas buatan- peluruhan spontan inti unsur yang diperoleh secara artifisial melalui reaksi nuklir yang sesuai.

acon peluruhan radioaktif- hukum fisika yang menjelaskan ketergantungan intensitas peluruhan radioaktif terhadap waktu dan jumlah atom radioaktif dalam sampel. Ditemukan oleh Frederick Soddy dan Ernest Rutherford

Hukum pertama kali dirumuskan sebagai :

Dalam semua kasus ketika salah satu produk radioaktif dipisahkan dan aktivitasnya dipelajari, terlepas dari radioaktivitas zat dari mana ia terbentuk, ditemukan bahwa aktivitas dalam semua studi berkurang seiring waktu sesuai dengan hukum deret geometri.

dari apa dengan Teorema Bernoulli ilmuwan menyimpulkan [ sumber tidak ditentukan 321 hari ] :

Laju transformasi selalu sebanding dengan jumlah sistem yang belum mengalami transformasi.

Ada beberapa rumusan hukum, misalnya dalam bentuk persamaan diferensial:

yang berarti bahwa jumlah peluruhan yang terjadi dalam selang waktu yang singkat sebanding dengan jumlah atom dalam sampel.

KEKUATAN NUKLIR

KEKUATAN NUKLIR

Kamus Ensiklopedis Fisik. - M.: Ensiklopedia Soviet. . 1983 .

KEKUATAN NUKLIR

Gaya interaksi antar nukleon; menyediakan sejumlah besar energi ikat nuklir dibandingkan dengan sistem lain. saya dengan. adalah yang paling contoh penting dan umum interaksi yang kuat(SV). Begitu konsep-konsep ini bersinonim, dan istilah "" itu sendiri diperkenalkan untuk menekankan besarnya besaran Ya. dibandingkan dengan gaya lain yang dikenal di alam: el.-magnet., lemah, gravitasi. Setelah membuka p -, r - dan sebagainya. meson, hiperon, dll. hadron istilah "kuat" mulai digunakan dalam arti yang lebih luas - sebagai interaksi hadron. Pada tahun 1970-an kromodinamika kuantum(QCD) telah memantapkan dirinya sebagai mikroskopis yang diakui secara universal. teori SW. Menurut teori ini, adalah partikel komposit yang terdiri dari quark dan gluon, dan di bawah NE mulai memahami interaksi dana ini. partikel.

Di sisi lain, Ya. karena gaya interaksi antar nukleon tidak hanya mencakup SW, tetapi juga el.-magnet., lemah dan gravitasi. interaksi nukleon. Dari sudut pandang modern teori, el.-mag. dan interaksi yang lemah adalah manifestasi dari satu, lebih mendasar, interaksi elektrolemah. Namun, dengan skala ruang-waktu (~10 -13 cm, ~10 -23 detik), yang biasanya digunakan untuk menangani inti atom, sifat tunggal dari el.-mag. dan kekuatan lemah praktis tidak terwujud dan mereka dapat dianggap independen. Interaksi ini, karena jauh lebih lemah daripada SW, tidak signifikan di sebagian besar proses nuklir, tetapi situasi mungkin terjadi ketika peran mereka menjadi penentu. Jadi, el.-mag. interaksi (bagian terbesarnya adalah gaya tolak Coulomb antara proton), tidak seperti SW, adalah interaksi jarak jauh. Oleh karena itu, posit dikondisikan olehnya. inti Coulomb tumbuh dengan jumlah partikel TETAPI dalam nukleus lebih cepat daripada negatif. bagian dari energi nuklir karena SW. Akibatnya, inti berat menjadi besar TETAPI tidak stabil - pertama dalam kaitannya dengan pembagian (lihat. fisi nuklir) dan kemudian benar-benar tidak stabil. Jadi interaksi lemah nukleon, fenomena seperti nonkonservasi paritas dalam hamburan nukleon-nukleon dan fenomena nuklir lainnya dikaitkan (lihat. Nonkonservasi paritas dalam inti). Gravitasi gaya yang bekerja antara nukleon sangat kecil dalam semua fenomena nuklir dan hanya signifikan dalam astrofisika. kondisi (lihat neutron).

Dasar Ya. adalah interaksi kuat nukleon. Interaksi kuat nukleon dalam inti berbeda dari interaksi nukleon bebas, tetapi interaksi nukleon bebas adalah dasar di mana seluruh teori tenaga nuklir dibangun. Interaksi ini memiliki invarian isotop. Esensinya adalah bahwa interaksi antara 2 neutron, 2 proton atau antara proton dan neutron dalam keadaan kuantum yang sama adalah sama. Oleh karena itu, kita dapat berbicara tentang interaksi antara nukleon tanpa menentukan nukleon mana yang sedang kita bicarakan (lihat juga Invarian isotop kekuatan nuklir). saya dengan. adalah jarak pendek (jari-jari aksinya ~10 -13 cm) dan memiliki sifat kejenuhan, yang terletak pada kenyataan bahwa dengan peningkatan jumlah nukleon dalam nukleus, sp. nukleon tetap kira-kira konstan (Gbr. 1). Ini mengarah pada kemungkinan keberadaan materi nuklir.

Karena nukleon-nukleon dalam inti bergerak, sebagai suatu peraturan, pada kecepatan yang relatif rendah (3-4 kali lebih kecil dari kecepatan cahaya), maka untuk membangun model nukleon SW dalam inti, seseorang dapat menggunakan teori nonrelativistik dan menggambarkannya secara kira-kira. oleh potensial, yang merupakan jarak f-tion r antar nukleon. Berbeda dengan Coulomb dan gravitasi potensial, berbanding terbalik dengan jarak, I. dengan. tergantung pada r jauh lebih sulit. Selain itu, potensi Ya. bergantung pada putaran nukleon dan momentum orbital L gerak relatif nukleon.

Potensi nonrelativistik Ya. berisi beberapa komponen: pusat Vc , tensor V T , spin-orbital VLS dan potensial spin-orbit kuadrat VLL. Naib. yang paling penting - yang pusat - adalah kombinasi dari tolakan yang kuat pada jarak pendek (mis., Materi nuklir). Ada model nukleon SW dengan inti ("keras") yang tak terbatas (misalnya, potensi fenomenologis Hamada - Johnston), serta yang lebih realistis. model dengan inti terbatas ("lunak") (misalnya, potensial Reid, Gambar 2). Dari con. 1950-an upaya dilakukan untuk membangun potensi Ya. berdasarkan teori medan interaksi meson-nukleon. Kesulitan yang jelas dari teori semacam itu terkait dengan kekuatan interaksi yang besar dan tidak dapat diterapkannya teori gangguan dan metode yang didasarkan padanya. Sebuah semi-fenomenologis yang sangat populer potensi "pertukaran satu-boson", berdasarkan konsep teori medan meson-nukleon, tetapi menggunakan model pertukaran satu-meson yang paling sederhana. Ternyata untuk menggambarkan daya tarik pada jarak menengah, selain yang diketahui meson p, p, w,... juga memperkenalkan pertukaran s-meson yang tidak ada, yang ditafsirkan sebagai eff. akuntansi untuk pertukaran dua p-meson. Konstanta interaksi meson-nukleon dianggap sebagai fenomenologis. parameter, yang dipilih sehingga potensi menggambarkan percobaan. fase hamburan nukleon-nukleon. Meson w dan r ternyata bertanggung jawab atas tolakan jarak pendek, dan untuk daya tarik jarak jauh - pi meson. Istilah pertukaran satu-pion berkontribusi pada potensi pusat dan tensor:

di mana f p NN- konstanta interaksi pion-nukleon, t p - massa pion, l = Dengan/m p = 1,4 m - Panjang gelombang Compton peony, a s 1 , s 2 - berputar matriks Pauli. Seperti dapat dilihat dari ekspresi (1), (2), potensial pertukaran satu ion berkurang secara eksponensial pada jarak orde panjang Compton pion. dr. hal potensi pertukaran satu-boson memiliki tipe eksponensial yang sama. faktor, tetapi dengan panjang Compton dari boson yang sesuai, untuk rye di beberapa. kali lebih kecil dari pion. Pada jarak seperti itu, pertukaran beberapa. pion bisa sama pentingnya dengan pertukaran satu meson berat. Ini menjelaskan mengapa istilah yang sesuai dengan pertukaran meson berat dianggap semifenomenologis. Pada saat yang sama, bentuk potensi I. dengan, pada jarak yang jauh, tidak diragukan lagi, dijelaskan oleh ekspresi (1), (2). Asimtotik seperti itu semua, tanpa kecuali, memiliki bentuk fenomenologis. potensi. Saat ini, naib. disebut. Potensi Paris dan Bonn, to-rye menggabungkan fitur fenomenologis. potensi inti lunak dan potensi pertukaran satu boson.

Modern konsep sifat SW berdasarkan QCD telah menimbulkan masalah dalam menghitung potensi SW nukleon dalam kerangka QCD, tetapi belum terpecahkan, karena masalah yang lebih sederhana dalam membangun teori satu nukleon juga belum terpecahkan. . Ada beberapa model kuark hadron, yang paling banyak. model tas yang terkenal di decomp. pilihan. Ini memungkinkan seseorang untuk memahami secara kualitatif sifat inti yang menolak, untuk memperkirakan radius dan tingginya, tetapi tidak memungkinkan seseorang untuk menghitung bentuk potensi pada jarak yang jauh. Dari sudut pandang QCD, status meson (dengan pengecualian p-meson) dalam pembentukan potensi nukleon SW ternyata menjadi pertanyaan besar: pertukaran meson berat antara nukleon terjadi pada titik kecil seperti itu. jarak bahwa sifat quark-gluon mereka menjadi signifikan. Tempat khusus dalam teori SW QCD milik p meson. Menurut modern representasi, itu ditafsirkan sebagai vakum kolektif, terdiri dari sejumlah besar quark-antiquark ( batu emas, terkait dengan gangguan spontan pada QCD simetri kiral). Oleh karena itu, di sebagian besar modern model, semua hadron lain dianggap terdiri dari sejumlah kecil quark (antiquark, gluon), dan n-meson diperkenalkan sebagai partikel independen. Dari sudut pandang ini, status potensi (1), (2) yang menggambarkan "ekor" potensi interaksi nukleon dapat dipahami.

Karena lih. Karena jarak antara nukleon di dalam inti (1,8 fm) tidak jauh melebihi jari-jari kerja inti, maka di dalam inti terdapat gaya banyak partikel (terutama 3 partikel) yang timbul dari pertukaran quark dan gluon antara beberapa . nukleon hampir bersamaan. Dalam hal hadron, ini sesuai dengan proses pertukaran meson antara, misalnya, tiga nukleon, yang tidak dapat direduksi menjadi serangkaian pertukaran pasangan yang berurutan. Bab peran dalam pembentukan gaya 3-partikel dimainkan oleh pertukaran p-meson, dan makhluk. eksitasi virtual dari D-isobar, nukleon tereksitasi pertama, juga berkontribusi. Jadi, dan D-isobar adalah derajat kebebasan non-nukleon utama, yang penting dalam proses nuklir. Gaya banyak partikel dalam inti relatif kecil: kontribusinya terhadap energi ikat tidak melebihi 10-15%. Namun, ada fenomena di mana mereka bermain DOS. peran.

Bab bagian dari el.-mag. interaksi nukleon adalah tolakan Coulomb antara proton. Pada jarak yang jauh, itu hanya ditentukan oleh muatan proton. SV mengarah pada fakta bahwa listrik. Proton bukanlah sebuah titik, tetapi terdistribusi pada jarak 1 fm (jari-jari proton rms adalah 0,8 fm; lihat Gambar. "Ukuran" partikel elementer). Listrik interaksi pada jarak pendek juga tergantung pada distribusi muatan di dalam proton. Ini modern. Teori SW tidak dapat menghitung dengan andal, tetapi cukup terkenal dari eksperimen. data tentang hamburan elektron oleh proton. Neutron secara elektrik netral pada umumnya, tetapi karena muatan CB di dalam neutron juga ada, sehingga menghasilkan muatan listrik. interaksi antara dua neutron dan antara neutron dan proton. Mag. interaksi antara neutron dengan urutan yang sama seperti antara proton, karena nilai yang besar momen magnet anomali, SW berkondisi Situasi dengan interaksi lemah nukleon kurang jelas. Meskipun interaksi lemah sudah diketahui dengan baik, SW mengarah ke renormalisasi konstanta interaksi yang sesuai (analog dengan momen magnetik anomali) dan penampilan faktor bentuk. Seperti dalam kasus el.-mag. interaksi, efek interaksi yang lemah tidak dapat dihitung secara andal, tetapi dalam hal ini efek interaksi tersebut juga tidak diketahui secara eksperimental. Data yang tersedia tentang besarnya efek nonkonservasi paritas dalam sistem 2-nukleon memungkinkan untuk menetapkan intensitas interaksi ini, tetapi bukan strukturnya. Ada beberapa model alternatif dari interaksi nukleon yang lemah, to-rye sama-sama menggambarkan eksperimen 2-nukleon, tetapi mengarah pada penguraian. konsekuensi untuk inti atom.

Lit.: Bohr O., Mottelson B., Struktur inti atom, trans. dari bahasa Inggris, jilid 1-2, M., 1971-77; Calogero F., Simonov Yu. A., Gaya nuklir, saturasi dan struktur inti, dalam: The Future of Science, v. 9, M., 1976. E. E. Saperstein.

Ensiklopedia fisik. Dalam 5 volume. - M.: Ensiklopedia Soviet. Pemimpin Redaksi A. M. Prokhorov. 1988 .

Lihat apa "GAYA NUKLIR" di kamus lain:

Ensiklopedia Modern

Gaya yang menahan nukleon (proton dan neutron) di dalam inti. Gaya nuklir hanya bekerja pada jarak tidak lebih dari 10 13 cm dan mencapai nilai 100 1000 kali lebih besar dari gaya interaksi muatan listrik. Gaya nuklir tidak bergantung pada muatan ... ... Kamus Ensiklopedis Besar

kekuatan nuklir- GAYA NUKLIR, gaya yang menahan nukleon (proton dan neutron) di dalam inti. Gaya nuklir hanya bekerja pada jarak tidak lebih dari 10 13 cm, melebihi gaya interaksi muatan listrik sebanyak 100 1000 kali dan tidak bergantung pada muatan nukleon. Kekuatan nuklir... Kamus Ensiklopedis Bergambar

Nama kolektif unit, formasi, dan asosiasi yang dimaksudkan untuk melakukan tugas militer dengan menggunakan senjata nuklir. Konsep "Angkatan Nuklir" meliputi: formasi militer yang dipersenjatai dengan berbagai kapal induk ... ... Marine Dictionary

KEKUATAN NUKLIR- cm… Ensiklopedia Politeknik Hebat

Gaya yang menahan nukleon (proton dan neutron) di dalam inti. Mereka menyebabkan interaksi paling intens yang dikenal dalam fisika (lihat Interaksi kuat). saya dengan. adalah jarak pendek (jari-jari aksinya adalah Gaya nuklir 10 13 cm, ... ... Ensiklopedia Besar Soviet

kekuatan nuklir- Gaya jarak pendek yang mengikat proton dan neutron dalam inti atom; memiliki muatan kemerdekaan properti. [AS Goldberg. Kamus Energi Bahasa Inggris Rusia. 2006] Topik energi secara umum EN kekuatan nuklir ... Buku Pegangan Penerjemah Teknis

Tugas kami: untuk mengetahui sifat-sifat dasar gaya nuklir yang timbul dari data eksperimen yang tersedia.

Mari kita mulai dengan mendaftar sifat-sifat gaya nuklir yang diketahui, sehingga nanti kita dapat melanjutkan ke pembenarannya:

• Ini adalah kekuatan tarik-menarik.
• Mereka berumur pendek.
• Ini adalah kekuatan yang sangat besar (dibandingkan dengan elektromagnetik, lemah dan gravitasi).
• Mereka memiliki properti saturasi.
• Gaya nuklir bergantung pada orientasi timbal balik dari nukleon yang berinteraksi.
• Mereka tidak sentral.
• Gaya nuklir tidak bergantung pada muatan partikel yang berinteraksi.
• Mereka bergantung pada orientasi timbal balik dari putaran dan momentum orbital.
• Kekuatan nuklir bersifat pertukaran.
• Pada jarak pendek ( r m) adalah gaya tolak menolak.

Tidak ada keraguan bahwa gaya nuklir adalah gaya tarik-menarik. Jika tidak, gaya tolak Coulomb dari proton akan membuat keberadaan inti menjadi tidak mungkin.

Sifat kejenuhan gaya nuklir mengikuti dari perilaku ketergantungan energi ikat spesifik pada nomor massa (lihat kuliah).

Ketergantungan energi ikat per nukleon pada nomor massa

Jika nukleon dalam inti berinteraksi dengan semua nukleon lainnya, energi interaksi akan sebanding dengan jumlah kombinasi SEBUAH 2, yaitu A(A-1)/2~A2. Maka energi ikat per nukleon sebanding dengan SEBUAH. Faktanya, seperti yang dapat dilihat dari gambar, kira-kira konstan ~8 MeV. Ini adalah bukti terbatasnya jumlah ikatan nukleon dalam nukleus.

Properti yang dihasilkan dari studi keadaan terikat - deuteron

Deuteron 2 1 H adalah satu-satunya keadaan terikat dari dua nukleon - proton dan neutron. Tidak ada keadaan terikat proton - proton dan neutron - neutron. Mari kita daftar sifat-sifat deuteron yang diketahui dari percobaan.

• Energi ikat nukleon dalam deuteron Gd = 2,22 saya
• Tidak memiliki keadaan tereksitasi.
• Putaran deuteron j = 1, paritasnya positif.
• Momen magnetik deuteron d = 0,86 i, di sini i = 5,051 10 -27 J/T - magneton nuklir.
• Momen listrik kuadrupol positif dan sama dengan Q = 2,86 10 -31 m 2.

Pada pendekatan pertama, interaksi nukleon dalam deuteron dapat digambarkan dengan sumur potensial persegi panjang.

Di Sini μ - massa berkurang, sama dengan = m p m n /(m p +m n).

Persamaan ini dapat disederhanakan dengan memperkenalkan fungsi = r*Ψ(r). Mendapatkan

Kami memecahkan secara terpisah untuk area r dan r > a(kami memperhitungkan bahwa E untuk keadaan terikat yang kita cari)

Koefisien B harus disetel sama dengan nol, jika tidak r → 0 fungsi gelombang = /r berubah menjadi tak terbatas; dan koefisien B1=0, jika tidak, solusinya divergen pada r →.

Solusi harus saling terkait di r =, yaitu menyamakan nilai fungsi dan turunan pertamanya. Ini memberi

Gbr.1 Solusi grafis dari persamaan (1)

Substitusi ke persamaan terakhir nilainya k, k 1 dan asumsi E=-Gd kita memperoleh persamaan yang menghubungkan energi ikat Tuhan, kedalaman sumur kamu 0 dan lebarnya sebuah

Sisi kanan, dengan mempertimbangkan kecilnya energi ikat, adalah angka negatif yang kecil. Oleh karena itu, argumen kotangen dekat dengan /2 dan sedikit melebihinya.

Jika kita mengambil nilai eksperimental dari energi ikat deuteron Gd = 2,23 MeV, lalu untuk produk sebuah 2 U 0 kita mendapatkan ~2,1 10 -41 m 2 J (sayangnya, secara terpisah nilainya kamu 0 dan sebuah tidak dapat diperoleh). bertanya-tanya masuk akal a = 2 10 -15 m (berikut dari percobaan hamburan neutron, lebih lanjut tentang itu nanti), untuk kedalaman sumur potensial kita mendapatkan sekitar 33 MeV.

Kami mengalikan ruas kiri dan kanan persamaan (1) dengan sebuah dan perkenalkan variabel bantu x = kan dan y = k 1 a. Persamaan (1) mengambil bentuk

Properti dasar. Sifat gaya yang menahan nukleon dalam inti belum sepenuhnya dijelaskan. Pada saat yang sama, banyak data telah diperoleh tentang sifat fisik inti, serta interaksi nukleon bebas dalam tumbukan dalam rentang energi kinetik yang sangat luas dari 10 -4 hingga 10 11 eV. Analisis fenomena yang diamati memungkinkan untuk menarik beberapa kesimpulan tentang gaya yang bekerja antara nukleon, yang bermuara pada hal berikut. Gaya nuklir adalah gaya tarik menarik yang kuat yang bekerja hanya pada jarak pendek. Mereka memiliki sifat saturasi, sehubungan dengan itu gaya nuklir dikaitkan bertukar karakter, gaya nuklir bergantung pada putaran, tidak bergantung pada muatan listrik, dan bukan gaya pusat.

Coulomb dan potensial nuklir inti. Gaya nuklir dikatakan sebagai gaya kuat dalam arti bahwa mereka setidaknya 100 kali lebih besar daripada gaya Coulomb ketika yang terakhir dianggap pada jarak nuklir ~10 -13 cm, di mana mereka juga sangat besar. Interaksi yang erat dari gaya nuklir mengarah pada delimitasi yang tajam dari daerah di mana hanya gaya Coulomb jarak jauh atau hanya gaya nuklir yang dimanifestasikan, karena yang terakhir menekan gaya Coulomb pada jarak pendek. Dalam hal ini, keberadaan salah satu benda yang berinteraksi diekspresikan melalui potensial sebagai fungsi jarak dari pusat benda, dan gaya yang bekerja dari sisi benda pertama di sisi lain pada titik r, ditemukan sebagai turunan dari potensi sehubungan dengan koordinat spasial pada titik ini. Potensial listrik φ mengenakan biaya Ze(kernel dengan Z proton) adalah:

di mana ε 0 adalah konstanta listrik, dan energi potensial dari interaksi muatan Ze dan e(inti dan proton) sama dengan:

, (2.13)

itu. berbeda dari potensi hanya dengan konstanta, dan oleh karena itu ketergantungan spasial U(r) dan (r) cocok. Dalam hal ini, energi potensial biasanya digunakan sebagai pengganti potensial. Kemudian, dalam koordinat yang sama, seseorang dapat mewakili kekuatan yang berbeda, dalam hal ini Coulomb dan nuklir. Bertambah dengan menurunnya koordinat r potensi menggambarkan tolakan, sedangkan yang menurun menggambarkan daya tarik. Dengan memilih nol di tak terhingga, energi potensial masing-masing positif untuk tolakan dan negatif untuk tarik-menarik. Interaksi proton dengan inti dapat direpresentasikan seperti pada Gambar. 2.5. Pada jarak radius aksi gaya nuklir, mis. di tepi nukleus R, tolakan Coulomb segera berubah menjadi tarik-menarik. Mungkin di wilayah koordinat spasial R transisi dari tolakan ke tarik terjadi, meskipun cepat, tetapi terus menerus. Namun, perubahan energi yang tiba-tiba dari kamu sebelum -U 0 mendekati kebenaran, dan dengan tingkat pendekatan tertentu, potensi nuklir digambarkan sebagai sumur potensial persegi panjang.

Tinggi penghalang Coulomb untuk proton U k dapat dihitung karena radius inti memiliki nilai tertentu. Ini sama dengan nilai potensial (2,12) di r=R, dikalikan dengan muatan dasar proton e:

(MeV), (2.14)

itu. Tinggi penghalang Coulomb kamu untuk proton kira-kira 1 MeV untuk inti paling ringan dan mencapai 15 MeV untuk inti uranium. Penghalang Coulomb untuk α -partikel bermuatan ke-2 2 kali lebih tinggi.

Beras. 2.5. Representasi grafis dari potensi nuklir dan Coulomb

Harus ditunjukkan bahwa penghalang Coulomb yang dihitung dengan rumus (2.14) mengacu pada titik partikel dengan muatan proton. Saat menghitung penghalang untuk inti nyata, harus diperhitungkan bahwa setiap inti memiliki jari-jari yang terbatas R. Jadi penghalang Coulomb dari inti deuterium dan tritium adalah sekitar 1/3 MeV.

Penghalang potensial Coulomb mencegah partikel bermuatan positif mendekati inti atom dan menghambat jalannya reaksi nuklir. Jika energi kinetik mereka berada di bawah penghalang, maka pada saat tumbukan dengan inti, baik hamburan Coulomb mereka terjadi, atau reaksi terjadi karena mekanisme sub-penghalang.

Neutron tidak memiliki muatan listrik, bebas dari interaksi Coulomb dan bebas mendekati inti. Potensi inti neutron sama dengan proton. Oleh karena itu, energi interaksi neutron dengan inti sama dengan:

U=-U 0 pada 0< r < R

U=0 untuk r > R

Nilai kamu 0 pengukuran tidak tersedia dan didefinisikan sebagai atribut teori. Ini dihitung dari energi potensial yang diberikan. Faktanya, perhitungan seperti itu dilakukan untuk deuteron, inti paling sederhana yang terdiri dari satu proton dan satu neutron, dan memberikan hasil U 0 = 35 MeV. Nilai yang sama memastikan kesepakatan dengan pengalaman menghitung penampang untuk hamburan neutron oleh inti. Akhirnya, energi kinetik nukleon di dalam inti ditentukan dengan menurunkan ambang batas untuk produksi partikel dalam tumbukan proton, pertama, dengan proton istirahat bebas, dan kedua, dengan nukleon bergerak di dalam inti. Ternyata kira-kira sama dengan 25 MeV, yang, dengan energi ikat 8 MeV, juga memberikan potensi sekitar 35 MeV (lihat Gambar 2.5).

Semua nukleon inti memiliki energi ikat yang sangat dekat, yang secara langsung menunjukkan kemandirian potensi nuklir dari koordinat spasial. Lagi pula, jika potensi berkurang dan, oleh karena itu, daya tarik meningkat ketika mendekati pusat nukleus, maka akan ada keadaan dengan energi total yang jauh lebih rendah, yaitu. dengan energi ikat yang lebih tinggi daripada nukleon perifer. Hal ini akan segera mempengaruhi nilai energi ikat rata-rata nukleon dalam nukleus dengan ukuran yang berbeda.

Model kernel. Data eksperimen membuktikan keteguhan potensi di dalam nukleus. Dan potensi seperti itu adalah potensi tetesan cairan: turunan sehubungan dengan koordinat spasial (yaitu gaya) sama dengan nol di dalam inti dan sangat penting di permukaan. Akibatnya, partikel di dalam drop nukleus harus berperilaku sebagai partikel bebas.

Namun, deskripsi model tidak komprehensif. Setiap model, seperti model tetesan, dirancang untuk menggambarkan hanya beberapa fitur inti dan mengarah ke kesalahpahaman di luar penerapan model. Pada saat yang sama, pendekatan model tidak dapat dihindari tanpa adanya teori gaya nuklir yang konsisten, dan setiap masalah yang diajukan hanya dapat diselesaikan dalam kerangka modelnya sendiri.

Dalam nukleus, sebagai sistem mekanika kuantum, semua nukleon berinteraksi dengan energi dan momen mekanis tertentu, dan tidak ada kekacauan setetes cairan di sini. Ini terutama ditunjukkan angka ajaib inti:

2, 8, 20, 50, 82, 126

Jika jumlah proton atau neutron nukleus bertepatan dengan salah satu bilangan ajaib, maka nukleus memiliki sifat-sifat sistem dengan kulit tertutup. Setiap kulit mewakili sekelompok keadaan dengan energi yang sama atau serupa, dan tertutup jika semua tingkat kulit ditempati oleh partikel. Kerang tertutup memiliki struktur yang sempurna dan karena itu sangat stabil. Inti sihir yang sesuai juga memiliki sifat khusus. Energi ikat mereka lebih tinggi dari HH inti. Inti seperti itu sangat enggan untuk menyerap proton atau neutron, masing-masing, dan proton atau neutron yang melebihi bilangan ajaib selalu memiliki energi ikat yang sangat rendah. Situasinya menyerupai kombinasi elektronik ideal dari gas inert.

Deret bilangan ajaib inti berbeda dari deret atom yang sesuai. Ternyata, perbedaan mereka disebabkan oleh interaksi spin-orbit, yang dalam kasus nukleon menghasilkan perbedaan besar dalam energi dua keadaan yang berbeda dalam orientasi spin partikel relatif terhadap momentum orbitalnya sendiri, dan tidak signifikan untuk elektron. Perhitungan untuk interaksi ini memungkinkan untuk memperoleh sejumlah angka ajaib dengan perhitungan, dan ini adalah konfirmasi dari struktur cangkang nukleus.

Adanya gerakan teratur di dalam nukleus dan distribusi nukleon dalam kulit tidak bertentangan dengan potensial pada Gambar. 2.5. Dalam setetes cairan biasa, partikel benar-benar bebas dan bertukar energi dalam tumbukan. Di dalam nukleus, nukleon berada pada tingkat energi terendah, dan oleh karena itu tumbukan dengan pertukaran energi tidak mungkin terjadi hanya karena tidak ada energi berlebih. Inti adalah penurunan yang benar-benar beku, di mana hanya ada gerakan teratur yang melekat pada keadaan energi yang lebih rendah.

Model cangkang memungkinkan untuk menjelaskan banyak fakta yang terkait dengan inti dalam keadaan energi dasar. Jadi α - peluruhan inti berat berakhir di inti Pb dan Dua, karena ini adalah inti ajaib, dan salah satunya adalah 2 08 Pb- inti sihir ganda. Jumlah isotop terbesar dalam suatu unsur sn, karena dia punya sihir Z = 50, dan jumlah isoton terbesar sesuai dengan jumlah ajaib neutron 82. Model cangkang memungkinkan untuk memahami kelimpahan isomer nuklir dan untuk melakukan beberapa perhitungan untuk keadaan dasar inti.

kekuatan pertukaran. Keteguhan energi ikat spesifik menerima penjelasan alami dalam pendekatan mekanika kuantum terhadap interaksi partikel. Interaksi tersebut dapat dijelaskan bukan melalui potensial, tetapi melalui pertukaran partikel virtual, yang untuk nukleon adalah π -meson. Dalam hal ini, setiap tindakan interaksi diwujudkan ketika nukleon pertama memancarkan π -meson dan penyerapannya oleh nukleon kedua. Probabilitas pertukaran seperti itu dengan dua mitra sekaligus tidak mungkin dan tidak pernah direalisasikan dengan semua partikel yang berada dalam radius aksi gaya. Oleh karena itu, kejenuhan mengikuti dengan semua konsekuensi: keteguhan energi ikat spesifik, pertumbuhan volume sebanding dengan jumlah partikel, independensi potensi dari koordinat. Oleh karena itu, mereka mengatakan bahwa jika kekuatan secara inheren jenuh, maka mereka memiliki karakter pertukaran. Pertukaran tidak berarti kekuatan baru, itu adalah fitur dari manifestasi kekuatan - listrik atau nuklir.

Pertukaran partikel virtual bukanlah mekanisme yang diasumsikan, bukan cara deskripsi abstrak dari interaksi, tetapi proses nyata. Dimungkinkan untuk mengamatinya dalam percobaan selama tumbukan nukleon, karena nukleon disajikan dalam dua keadaan berbeda: proton dan neutron. Ketika akselerator dibangun pada energi orde 100 MeV, yang jauh lebih besar daripada energi interaksi nukleon (35 MeV), menjadi mungkin untuk membedakan massa yang dipercepat dari massa target saat diam, menggunakan kinematika ekspansi partikel yang bertabrakan, terlepas dari partikel mana yang diwakili oleh massa. Ternyata hampir setengah dari neutron berenergi tinggi, setelah bertabrakan dengan proton, berubah menjadi proton, dan proton target, masing-masing, menjadi neutron. Ini hanya mungkin karena pertukaran nukleon oleh keadaan kuantum, yaitu. melalui interaksi pertukaran.

Ketergantungan putaran. Daya tarik nukleon tergantung pada orientasi putarannya. Jika nukleon memiliki nama yang sama, maka daya tarik terbesar diamati dalam kasus orientasi antiparalel spinnya, ketika total spinnya sama dengan nol. Hanya fitur interaksi nukleon seperti itu yang menjelaskan efek pasangan energi ikat. Sebaliknya, daya tarik untuk nukleon yang berbeda lebih efektif dengan spin paralel, yang, khususnya, ditunjukkan oleh keadaan dasar deuteron, yang spinnya sama dengan satu.

Energi ikat deuteron sangat rendah sehingga tidak ada tingkat eksitasi tunggal di dalam sumur potensial. Tetapi seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan, tingkat eksitasi pertama terletak tepat di atas tepi sumur potensial pada energi 0,07 MeV. Tingkat ini sesuai dengan orientasi antiparalel dari putaran proton dan neutron dan, karena energinya positif, tidak dapat direalisasikan. Inilah yang disebut tingkat virtual. Namun, dalam tumbukan neutron bebas dan proton dengan energi yang mendekati nilai yang ditunjukkan, potensi keadaan terikat menyebabkan peningkatan penampang interaksi, tentu saja hanya untuk putaran total nol.

Gaya nuklir juga bergantung pada besarnya putaran, ilustrasi terbaiknya adalah hamburan neutron berenergi rendah molekuler hidrogen. Penampang hamburan neutron oleh molekul ortohidrogen, yang spin nuklirnya sama dengan satu, ternyata 30 kali lebih besar dari penampang hamburan oleh molekul hidrogen uap, yang spinnya sama dengan nol.

Mengisi kemerdekaan. Sebuah studi menyeluruh tentang interaksi nukleon, baik dalam keadaan bebas selama tumbukan, dan dalam keadaan terikat, yaitu. dalam komposisi inti, menunjukkan bahwa melalui gaya nuklir interaksi pasangan nukleon (pp), (pn), (nn) benar-benar identik. Oleh karena itu, gaya nuklir tidak bergantung pada muatan listrik.

kekuatan tensor. Momen kuadrupol listrik inti menunjukkan bahwa gaya nuklir tidak harus simetris bola. Gaya bergantung pada orientasi vektor radius nukleon relatif terhadap vektor spin nukleus. Potensi pada gambar. 2.5 adalah pusat, dan, akibatnya, fitur gaya nuklir ini tidak diperhitungkan di sana, sama seperti ketergantungan gaya pada putaran tidak diperhitungkan. Potensi non-bola diwakili oleh tensor, itulah sebabnya gaya nuklir juga disebut gaya tensor.

Tema 3

Transformasi nuklir. Radioaktivitas. Hukum pembusukan. Karakteristik pembusukan. peluruhan alfa. peluruhan beta. Konsep dasar dan karakteristik. Reaksi nuklir. Hukum kekekalan energi. Hukum kekekalan momentum. Hukum kekekalan momen mekanik. Reaksi nuklir yang melibatkan neutron.