Джим Брейтот - 101 ключевая идея: Физика

Существование нейтронов было предсказано Резерфордом на том основании, что массовое число ядра всегда больше количества протонов, так что наряду с протонами в ядре должны находиться и нейтральные частицы. Нейтроны открыл Джеймс Чедвик, бомбардируя фольгу из бериллия α- частицами. Он обнаружил, что бериллий становился источником нового излучения, которое при столкновении с атомами азота оставляло следы в газовой камере. Исследуя их, Чедвик доказал, что излучение состояло из незаряженных частиц, масса которых примерно равна массе протона.

См. также статьи «Деление ядра», «Радиоактивность 1–4».

Ядерный (термоядерный) синтез — это процесс слияния легких ядер, образующих более тяжелые ядра. В результате выделяется энергия при условии, что образовавшееся ядро содержит не более 50 нейтронов и протонов. Чтобы два ядра слились, они должны приблизиться друг к другу на расстояние порядка 2–3 х 10 -15м, оказавшись в радиусе действия ядерных сил. Начальная кинетическая энергия двух сливающихся ядер должна быть порядка МэВ; только в этом случае можно преодолеть электростатические силы отталкивания между ядрами и позволить им приблизиться на расстояние 2–3 х 10 -15м. Такие условия создаются внутри звезды в результате чрезвычайно высокой температуры, которая поддерживается энергией, выделяемой при слиянии ядер водорода (протонов) и образовании ядер гелия и других элементов. Энергия, выделяемая на одно ядро гелия, равна приблизительно 7 МэВ на нуклон, что значительно больше энергии, выделяемой при делении ядер.

Реакция синтеза может поддерживаться в термоядерном реакторе, где магнитные поля удерживают плазму из ионизированного водорода при пропускании через нее тока с очень большой силой, порядка 10 6 А. Этого тепла достаточно, чтобы вызвать реакцию синтеза, при которой из ядер водорода образуются ядра гелия и других более тяжелых элементов; при этом наблюдаются следующие стадии:

Тритий ( 3 1Н), образующийся в литиевой оболочке, удаляется из нее и подается в плазму. Нейтроны, выделяемые в плазме, поглощаются ядрами лития; при этом образуются ядра трития и гелия. Таким образом, общий процесс выделяет 22,8 МэВ энергии на каждые четыре протона и нейтрона, из которых образуется ядро гелия. Сырьем служат водород и литий. Теоретически энергии, выделяемой при реакции синтеза, должно быть более чем достаточно для поддержания высокой температуры плазмы. Однако в настоящий момент невозможно добиться того, чтобы в таком реакторе выделялось больше энергии, чем необходимо для поддержания реакции синтеза.

Адрон— любая элементарная частица, испытывающая сильное ядерное взаимодействие.

Активность— степень распада нестабильные ядер.

Амплитуда— максимальное смещение колеблющихся частиц относительно точки равновесия.

Барион— частица, состоящая из трех кварков.

Диффузия— постепенное и равномерное распространение хаотически движущихся частиц в веществе.

Длина волны— наименьшее расстояние между колеблющимися частицами, в один и тот же момент перемещенными на равное расстояние в том же направлении.

Дыра— переносчик положительного заряда в полупроводниках р-типа, обладающий зарядом, количественно равный заряду электрона. Фактически представляет собой вакансию электрона в атоме полупроводника.

Заряд— существует два типа заряда, положительный и отрицательный. Частицы, имеющие заряд одного типа, отталкиваются друг от друга, а частицы, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Заряд измеряется целым числом е, соответствующим заряду электрона.

Изотопы элемента— это атомы, имеющие одно и то же число протонов, но различное число нейтронов в ядре.

Импульс— произведение массы на скорость тела.

Интенсивность— количество энергии, переносимой в секунду волной или излучением через единицу площади поверхности.

Ион— атом, имеющий заряд. В незаряженные атомах число электронов равно числу протонов. При удалении электрона атом становится положительным ионом, при добавлении электрона — отрицательные.

Лептон— любая частица, испытывающая слабое взаимодействие.

Масса— мера инерции или сопротивления движению тела.

Напряжение— то же, что и разность потенциалов.

Нейтрон— незаряженная частица, масса которой немного больше массы протона. Ядро каждого атома состоит из одного или более протонов и нейтронов.

Перемещение— расстояние, пройденное от некоей точки в определенном направлении.

Период полураспада— время, необходимое для распада половины! ядер радиоактивного изотопа.

Протон— положительно заряженная частица, представляющая собой ядро самого легкого атома (атома водорода)

Связь— любые силы, удерживающие вместе две частицы.

Сила— любое взаимодействие, служащее причиной движения тела.

Скорость— быстрота перемещения тела в определенном направлении.

Скорость света— скорость света в вакууме, приблизительно равная 300 000 км/с. Ни одно тело не может перемещаться с большей скоростью.

Спин— собственный угловой момент частицы. Он постоянен и равен s(h/2n), где s — спиновое число, выражаемое как целое число, умноженное на 1/ 2Спин электрона равен 1/ 2. Частицы с полуцелым спином ( 1/ 2, 3/ 2и т. д.) называются фермионами, а с нулевым или целым (0, 1 и т. д.) — бозонами.

Среднеквадратичная скорость— квадратный корень из суммы квадратов всех скоростей молекул, деленной на число молекул в идеальном газе. Смысл среднеквадратичной скорости заключается в том, что она пропорциональна абсолютной температуре газа.

Угловой момент(количество движения) — произведение импульса частицы на длину перпендикуляра, опущенного из неподвижной точки к направлению ее движения.

Удельным заряд— отношение заряда к массе заряженной частицы.

Ускорение— быстрота изменения скорости.

Фаза— часть цикла колеблющегося тела, повторяющаяся через определенный интервал времени.

Частота— количество циклов колебаний колеблющегося тела, каждый цикл определяется колебанием от одного максимума до другого и обратно.

Электрон-вольт— 1,6 x 10 -19Дж; количество работы, образующееся при перемещении электрона по проводнику с разницей потенциалов в 1 вольт. 1 МэВ = 1,6 x 10 -13Дж.