Февраль 26th, 2009 by admin Posted in Ядерная энергия
Почему человек ничего не знал о выделении столь значительной
энергии? (Ведь человек всегда знал о выделении относительно
небольшой энергии, скажем при горении свечи.) Ответ
очень прост. При распаде урана действительно выделяется
огромное количество энергии, однако процесс ее выделения
растянут во времени. Для выделения половины этой энергии,
или 2 500 000 килокалорий, урану необходимо 4 500 000 000 лет.
За одну же секунду уран выделяет намного меньше энергии,
чем пламя свечи.
Существуют изотопы, радиоактивность которых интенсивнее
радиоактивности урана-238. Рассмотрим полоний-212, дочерний
нуклид тория-232, всегда присутствующий в его рудах. Испуская
альфа-частицу, 1 грамм полония-212 распадется до свинца-208,
теряя в результате 0,046 миллиграмма массы, то есть шестую часть
массы, теряемой ураном. Значит, при распаде полония-212 выде-ляется лишь одна шестая часть энергии, выделяемой при распаде
урана-238. При распаде полония-212 высвобождается менее
1 ООО ООО килокалорий. Столько же энергии выделяется при взрыве
1000 тонн тротила. Однако период полураспада полония-212
менее половины секунды, и вся эта энергия освобождается за
один миг. Однако набрать целый грамм естественного полония-
212 невозможно, даже если собрать весь полоний-212, содержащийся
в земной коре.
В 1919 году необходимость поиска естественных источников
высокорадиоактивных изотопов отпала, так как появилась возможность
их синтезировать. Образно говоря, путем бомбардировки
альфа-частицами и ускоренными протонами стало возможно
заставить стабильные изотопы лезть вверх по «энергетической
горке» и превращаться в радиоизотопы, после чего радиоизотопы
рано или поздно съезжали обратно к подножию горы. Можно
ли использовать выделяющуюся при этом энергию?
Конечно можно; она и используется каждый раз, когда счетчик
фиксирует радиоизотоп или радиоизотоп выступает в роли
источника бомбардирующих частиц. Однако это невыгодно: для
того чтобы заставить изотопы взобраться по «энергетической
горке», нужно гораздо больше энергии, чем та, что выделяется
в результате его спускания вниз.
Но возможно ли сделать так, чтобы получаемая энергия была
выше затрачиваемой? С одной стороны, можно уменьшить количество
потребляемой энергии, если заставить образующийся радиоизотоп
образовывать другие радиоизотопы самостоятельно.
Так, в случае попадания нейтрона в ядро углерода-12 при
определенных условиях ядро может поглотить нейтрон и испустить
два нейтрона. Реакцию можно записать следующим образом:
6С12 + „л1
т 6С” + „я1 + 0л1 (Уравнение 11.2)
или
С12(л, 2л)С”.
Февраль 25th, 2009 by admin Posted in ЭЛЕКТРОНЫ И КВАНТЫ
Электроны могут находиться лишь на описанных квантовыми
числами орбитах. Когда электронов несколько (а у всех элементов,
кроме водорода, их по два и более), они распределяются
по орбитам, причем первой заполняется ближняя к ядру
орбита.
Но сколько электронов могут находиться на одной и той же
орбите одновременно? В 1925 году австрийский физик Вольфганг
Паули (1900—1958) предположил, что, раз спектр каждого
элемента уникален, значит, внутри каждого атома не могут
существовать электроны с идентичными квантовыми числами,
хотя бы одно из четырех должно отличаться. То есть на произвольной
орбите, будь то круговая, эллиптическая или накрененная,
могут вращаться максимум 2 электрона, причем один
из них по часовой стрелке, а второй — против. Этот принцип
существования двух электронов с противоположными спинами
называется принцип исключения Паули.
Теперь мы можем определить количество электронов на каждой
представленной соответствующим квантовым числом группе
орбит.
Пусть п = 1, тогда L - 0 и т = 0, т. е. характеристики единственной
орбиты — 1/0/0. На такой орбите могут находиться
два электрона с противоположными спинами. Общим числом
электронов первой группы орбит (п = 1) является 2.
Теперь предположим, что п = 2, тогда L = 0 или 1, а т = 0,1
или — 1; при L = 0 и т = 0. Тогда для п = 2 существуют 4 возможные
орбиты: 2/0/0; 2/1/0; 2/1/1 и 2/1/—1. На каждой из этих
орбит могут находиться по два электрона с противоположными
спинами, следовательно, общее число электронов второй
группы орбит — 8.
Таким же образом можно определить, что общее число
электронов следующей группы орбит (и = 3) равняется 18. То
есть максимальное количество электронов группы орбит п
можно вычислить по формуле 2л2. Отсюда для группы орбит 4
(и = 4) общим числом электронов является 32, для п = 5 — 50
и т. д.
Февраль 24th, 2009 by iw Posted in Электрические и магнитные явления
Как и сила тяготения, сила взаимодействия между двумя электрически заряженными телами убывает пропорционально квадрату расстояния между ними, что Объясняется существованием поля — в данном случае электрического. Между двумя - параллельными плоскими пластинами, из которых хотя бы одна заряжена, электрическое поле всюду (приближенно) одинаково. Сила, которая действует на заряд, помещенный в такое поле, тоже всюду одинакова и пропорциональна величине этого заряда, а ее направление зависит от знака заряда. Присоединив пластины к источнику постоянного напряжения, мы без труда можем создать на них постоянный заряд и точно измерить электрические силы, действующие на заряженное тело. А зная электрическое напряжение между пластинами и величину действующей силы, легко подсчитать и величину заряда.
Впрочем, наблюдать взаимодействие между заряженными телами, особенно если речь идет о телах малых размеров, можно и без помощи современных электротехнических устройств. Первое сообщение о такого рода наблюдениях появилось около 2500 лет назад; тогда Фалес Милетский обнаружил, что привезенный с севера янтарь проявляет особые свойства: если его потереть, то он притягивает мелкие легкие предметы, а после соприкосновения с ними их отталкивает. Именно отсюда и берет свое начало слова электричество, ибо электрон по-гречески означает янтарь. Однако позднее подобные свойства были обнаружены и у многих других материалов.
Февраль 24th, 2009 by iw Posted in Физические носители
Наиболее распространенные и важные для строения вещества частицы можно, таким образом, построить всего лишь с помощью двух обыкновенных и кварков, электрона и электронного нейтрино. В реакциях, обусловленных слабыми взаимодействиями, d-кварк может превратиться в кварк или наоборот; сходное взаимное превращение возможно и между s- и е-кварками. Для античастиц и сложенного из них антивещества такую же структурную основу составляют антикварки и и d вместе с позитроном и электронным антинейтрино. Итак, приведенные в табл. 2 кварки мы можем сгруппировать в пары d — и и s—с, а лептоны — в пары е — ve и \i — vM, причем для обычных частиц достаточно лишь двух первых пар. Однако, как подсказывает логика и говорят теоретические расчеты, должна существовать еще третья пара кварков, а именно Ь и / из которых кварк уже надежно экспериментально установлен. и третья пара лептонов, обозначенная т (тау) и vT вместе со своими античастицами. Частица т с массой покоя около 1,9 ГэВ, несущая отрицательный элементарный заряд, действительно уже открыта. Такая таблица элементарных частиц на современном уровне знаний представляется достаточно полной, хотя и незавершенной .Отрицательно заряженный пион, согласно кварковой модели нестабильных частиц, состоит из d-кварка и антикварна, а положительно заряженный пион — из кварка и d-антикварка.