Вопросы для самоконтроля
1. Сформулируйте первый постулат теории относительности.
2. В чем смысл второго постулата теории относительности?
3. Объясните значение постулатов СТО.
Тема 29: Специальная теория относительности.
План:
1. Пространство в специальной теории относительности.
2. Время в специальной теории относительности.
Вопрос 1. Пространство в специальной теории относительности.
Существенное отличие СТО от классической механики состоит в том, что по этой теории время не является абсолютным, т. е. единым для всех систем отсчёта. В СТО время относительно. Это значит, что любое событие, происходящее в разных системах отсчёта, имеет не только разные пространственные, но и разные временные координаты. Каждая система отсчёта имеет свои часы. Ещё одна особенность представлений о пространстве и времени в СТО — их связь. Если в классической физике пространство и время рассматривались независимо друг от друга, то в СТО положение тела определяется тремя пространственными координатами x, y, z и четвёртой временной координатой t. Таким образом, вместо разобщённых пространственных координат и времени теория относительности рассматривает четырёхмерный мир физических событий, который часто называют миром Г. Минковского (1864—1909), немецкого математика и физика, предложившего это понятие. (фрагмент видеофильма «СТО)
Вопрос 2. Время в специальной теории относительности.
В конце XIX века законы движения и тяготения, открытые Ньютоном, повсеместно использовались для расчетов и находили все больше экспериментальных подтверждений. Ничто, казалось, не предвещало переворот в этой области. Однако дело уже давно не ограничивалось только механикой: как итог экспериментальной деятельности многих ученых в области электричества и магнетизма появились уравнения Максвелла. Вот тут-то и начались проблемы с законами физики. Уравнения Максвелла сводят воедино электричество, магнетизм и свет. Из них следует, что скорость электромагнитных волн, в том числе и световых, не зависит от движения излучателя и равна в вакууме примерно 300 тыс. км/с. Это никак не согласуется с механикой Ньютона и Галилея. Предположим, воздушный шар летит относительно Земли со скоростью 100 тыс. км/с. Выстрелим вперед из светового ружья световой пулей, скорость которой 300 тыс. км/с. Тогда, по формулам Галилея, скорости следует просто сложить, а значит, пуля полетит относительно Земли со скоростью уже 400 тыс. км/с. Никакого постоянства скорости света не получается! Было приложено немало усилий, чтобы обнаружить изменение скорости света при движении излучателя, но ни один из хитроумных опытов не удался. Даже самый точный из них, эксперимент Майкельсона — Морли, дал отрицательный результат. Значит, что-то неверно в уравнениях Максвелла? Но ведь они прекрасно описывают все электрические и магнитные явления. И тогда Анри Пуанкаре высказал мысль, что дело все-таки не в уравнениях, а в принципе относительности: все физические законы, не только механические, как у Ньютона, но и электрические, должны быть одинаковы в системах, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. В 1904 году датчанин Хендрик Антон Лоренц специально для уравнений Максвелла получил новые формулы пересчета координат движущейся системы относительно неподвижной и наоборот. Но это помогло лишь отчасти: получалось, что для законов Ньютона нужно использовать одни преобразования, а для уравнений Максвелла другие.
Вопросы для самоконтроля
1. Объясните значение пространства и времени в специальной теории относительности.
2. В чем смысл понятия времени в специальной теории относительности?
Тема 30: Связь массы и энергии свободной частицы.
План:
1. Связь массы и энергии свободной частицы.
2. Энергия покоя.
Вопрос 1. Связь массы и энергии свободной частицы.
Покоящееся тело имеет определенную массу, которую называют массой покоя m0.
Если изменяется энергия системы, то изменяется и ее масса.
При химических реакциях или нагревании тел в обычных условиях изменение энергии настолько мало, что соответствующее изменение массы не удается обнаружить на опыте. Лишь при превращениях атомных ядер и элементарных частиц изменение энергии оказываются настолько большими, что и связанное с ними изменение массы уже заметно. Классическая теория разделяет и определяет два различных вида материи: вещество и поле. Необходимым атрибутом вещества является масса, а поля - энергия. Существуют закон сохранения массы и закон сохранения энергии.Согласно теории относительности нет существенного различия между массой и энергией. Вещество имеет массу и обладает энергией, поле имеет энергию и обладает массой.
Вместо двух законов есть один закон сохранения массы - энергии.
Излучение Солнца и звезд имеют энергию и, значит, массу. Излучая энергию, Солнце и звезды теряют массу:
Поэтому раскаленный образец вещества имеет большую массу, чем холодный, но это изменение практически невозможно обнаружить даже на очень чувствительных весах из-за большой величины с2.
Вопрос 2. Энергия покоя. Фотоны не имеющие массу при движении как бы приобретали эффективную массу тем большую, чем больше энергия фотона. Эйнштейн 
выдвинул, предположение, что эта формула справедлива не только для фотонов, но и для любы тел. Эйнштейн назвал ее "энергией покоя" тела, или "внутренней энергией" тела. Расчеты по формуле показывали, что в каждом грамме любого веществ содержится столько внутренней энергии, что если бы ее высвободить и превратить в электроэнергию, то хватило бы на год отапливать и освещать целый город. Но в начале XX века никто не знал, как высвободить эту энергию. Лишь последующее развитии ядерной физики, физики элементарных частиц и ядерной энергетики с высоко точностью подтвердило догадку Эйнштейна и правильность формулы.
Вопросы для самоконтроля
1. Связь массы и энергии свободной частицы.
2. Сформулируйте первый постулат теории относительности.
3. В чем смысл второго постулата теории относительности?
Тема 31: Фотоэффект.
План:
1. Фотоэффект.
2. Применение фотоэффекта.
3. Фотоны.
4. Давление света.
Вопрос 1. Фотоэффект. В 1865 году Максвелл показал теоретически, что свет представляет собой электромагнитные волны порядка 400-800 нм. Фотоэффект - явление вырывания электронов из металла под действием света. В России исследованием этого явления занимался Столетов. Законы фотоэффекта. Тело теряет заряд только в том случае, если оно заряжено отрицательно. Причиной ухода зарядов в цинковой пластине является свет, причём под действием квантов света выбиваются только электроны. Интенсивность выбивания электронов зависит от рода металла.
Вопрос 2.Применение фотоэффекта. В настоящие время наибольшее распространение получили полупроводниковые фотоэлементы. Их действие основано на внутреннем фотоэффекте - образование в полупроводнике под действием света пар свободных носителей заряда.(Запись в тетрадь)Изменение сопротивления в зависимости от освещенности используется в фоторезисторах. На их основе созданы также различные автоматические устройства: фотореле, автоматы в метро. Разберем схему автоматического выключателя освещения. Подобного рода автоматы могут предотвращать могут предотвращать аварии, подсчитывать различные предметы и т.д. (Демонстрация)Также существуют полупроводниковые фотоэлементы, которые под действием света создают ЭДС и могут являться источниками тока солнечные батареи, фотопреобразователями или фотодиодами. Изготовляются из кремния на основе р-п перехода. Используя демонстрационный гальванометр и фотодиод, показывается принцип действия люксметра.
Фотодиоды используются также в составе сложных систем: автостоп в магнитофоне, охранные системы, воспроизведению записей с компакт- диска, дистанционное управление телевизором и магнитофоном и т. д.Демонстрируются принцип действия ПДУ, направив ПДУ на фотодиод, замечают отклонения стрелки гальванометра. Т. к мы не видим света, значит, здесь имеет место другой тип лучей в данном случае инфракрасных. Закрепление материала: краткое повторение определений приборов и их применение.
Вопрос 3. Фотоны. Фотон - материальная, электрически нейтральная частица, квант электромагнитного поля (переносчик электромагнитного взаимодействия).свойства фотона: Является частицей электромагнитного поля. Движется со скоростью света. Существует только в движении. Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью, равной скорости света, либо не существует; следовательно, масса покоя фотона равна нулю.
Вопрос 4. Давление света. В 1873 г. Дж. Максвелл, исходя из представлений об электромагнитной природе света, пришел к выводу: свет должен оказывать давление на препятствие (благодаря действию силы Лоренца; на рисунке v - направление скорости электронов под действием электрической составляющей электромагнитной волны). Квантовая теория света объясняет световое давление как результат передачи фотонами своего импульса атомам или молекулам вещества. Пусть на поверхность абсолютно черного тела площадью S перпендикулярно к ней ежесекундно падает N фотонов: 
. Каждый фотон обладает импульсом 
. Полный импульс, получаемый поверхностью тела, равен 
. Световое давление: 
(удар неупругий). Это давление оказалось ~4.10-6 Па. Предсказание Дж. Максвеллом существования светового давления было экспериментально подтверждено П. Н.Лебедевым, который в 1900 г. измерил давление света на твердые тела, используя чувствительные крутильные весы. Теория и эксперимент совпали.
Опыты П.Н. Лебедева — экспериментальное доказательство факта: фотоны обладают импульсом
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое фотоэффект?
2. От чего зависит фотоэффект?
3. Сформулируйте законы фотоэффекта.
4. Применение фотоэффекта.
5. Что такое фотоны? Их свойства.
6. Давление света.
Тема 32: Физика атома
План:
1. Строение атома.
2. Опыты Резерфорда.
Вопрос 1. Строение атома. Модель атома Томсона
1897 г.- Дж. Томсоном выдвинута модель строения атома.Атом имеет форму шара. По всему объему атома с постоянной плотностью распределен положительный заряд. Внутри (как изюм в кексе) расположены электроны. В целом атом электрически нейтрален. Когда электроны колеблются относительно центра сферы, атом излучает свет.
Вопрос 2. Опыты Резерфорда. Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц1906 г. - Э. Резерфорд проводит опыты для проверки состоятельности модели атома Томсона: В вакууме в свинцовом стакане располагался источник радиоактивного излучения (альфа-частиц) – полоний(Ро). Тонкая золотая фольга бомбардировалась положительно заряженными альфа-частицами, скорость которых около 20 ООО км /с. На экране регистрировались вспышки от попадания на него альфа-частиц.Кроме основного экрана следы от альфа-частиц были зафиксированы и на боковых экранах. Зная о том, как взаимодействуют одноименно заряженные частицы, а они отталкиваются друг от друга, можно объяснить результаты опыта Резерфорда: альфа- частицы, которые отклонялись, пролетали недалеко от ядра альфа- частицы, которые отражались, попадали точно в ядро - частицы, которые не испытывали отклонений, пролетали далеко от ядра Понимание причин отклонения альфа-частиц позволило Э.Резерфорду выдвинуть собственную планетарную (иначе ядерную) модель строения атома.Атом по Резерфорду - это положительно заряженное ядро в центре атома и электроны на орбитах вокруг ядра- характер движения электронов определяется действием кулоновских сил со стороны ядра- диаметр ядра в 100000 раз меньше диаметра атома
- масса ядра составляет 99,4% от массы всего атома - заряд ядра составляет 99,4% от заряда всего атома - заряд ядра по модулю равен сумме зарядов электронов, поэтому атом в целом нейтрален. Однако, возниклипротиворечия между законами классической механики и электродинамики и предложенной Резерфордом моделью атома: Согласно классической механике по модели атома Резерфорда атомы должны быть неустойчивы, т.к.электроны движутся по орбитам с ускорением, поэтому должны излучать электромагнитные волны излучая, должны терять энергию в результате должны упасть на ядро тогда атом должен прекратить свое существование. Однако,реальные атомы устойчивы и в невозбужденном состоянии могут существовать неограниченно долго, не излучая электромагнитные волны. По законам классической электродинамики, электрон, приближаясь к ядру, должен двигаться все быстрее, излучая все более короткиеэлектромагнитные волны, поэтому спектр излучения атома должен быть сплошным.У реальных атомов спектр излучения является линейчатым.
Вопросы для самоконтроля
1. Модели атома по Томсону и Резерфорду.
2. Из чего состоит атом?
3. Почему электроны не падают на ядро?
Тема 33: Квантовые постулаты Бора
План:
1. Квантовые постулаты Бора.
2. Модель атома водорода по Бору.
3. Квантовые генераторы
Вопрос 1. Квантовые постулаты Бора. Опыты подтвердили правильность ядерной модели атома Резерфорда, поэтому ученым пришлось признать ограниченность применения законов классической физики. I постулат - В атоме существуют стационарные квантовые состояния, не изменяющиеся с течением времени без внешнего воздействия на атом. В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн, хотя и движется с ускорением. Каждому стационарному состоянию атома соответствует определенная энергия атома.Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. II постулат - При переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается 1 фотон.а) Атом излучает 1 фотон(который несет 1 квант энергии), когда электрон переходит из состояния с большей энергией (Е k) в состояние с меньшей энергией (Е n). Энергия излученного фотона: 
Здесь (Ek - En) - разность энергий стационарных состояний.При Ек>Eп происходит излучение фотона. 
Частота излучения:где k и n - номера стационарных состоянии, или главные квантовые числа.б) Атом поглощает 1 фотон, когда переходит из стационарного состояния с меньшей энергией (E n) в стационарное состояние с большей энергией (E k).При Ек<Еn происходит поглощение фотона. После экспериментальных проверок правильности модели атома Резерфорда и принятия постулатов Бора ученым пришлось признать ограниченность применения законов классической физики для микроскопических тел.
Вопрос 2. Модель атома водорода по Бору. Согласно этой теории Бор смог вычислить для атома водорода: - возможные радиусы орбит электрона и размеры атома - энергии стационарных состояний атома частоты излучаемых и поглощаемых электромагнитных волн. При поглощении атомом кванта энергии (фотона) атом переходит в возбужденное состояние, при этом электрон переходит на более отдаленную орбиту и его связь с ядром слабеет. Переходы в первое возбужденное состояние (Е2) с верхних уровней соответствует частотам видимой части спектра водорода.Энергия в атомной физике измеряется в электронвольтах. 1эВ – это энергия электрона, проходящего разность потенциалов в 1В.
Вопрос 3.Квантовые генераторы – электронные устройства для получения или усиления когерентных электромагнитных волн, работа которых основана на явлении вынужденного излучения. Излучение создают связанные электроны, входящие в состав атомов и молекул рабочего вещества. Лазеры. Применение в промышленности.
Вопросы для самоконтроля
1. Квантовые постулаты Бора.
2. Из чего состоит атом?
3. Модель атома водорода по Бору.
4. Почему электроны не падают на ядро?
5. Что называется квантовым генератором?
6. Где применяют лазеры?
Тема 34: Физика атомного ядра
План:
1. Строение атомного ядра.
2. Ядерные силы.
3. Энергия связи атомных ядер.
4. Радиоактивность.
Вопрос 1. Строение атомного ядра. Ядро представляет собой центральную часть атома. В нем сосредоточены положительный электрический заряд и основная часть массы атома; по сравнению с радиусом электронных орбит размеры ядра чрезвычайно малы: 10–15–10–14 м. Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов, имеющих почти одинаковую массу, но лишь протон несет электрический заряд. Полное число протонов называется атомным номером Z атома, который совпадает с числом электронов в нейтральном атоме. Ядерные частицы (протоны и нейтроны), называемые нуклонами, удерживаются вместе очень большими силами; по своей природе эти силы не могут быть ни электрическими, ни гравитационными, а по величине они на много порядков превышают силы, связывающие электроны с ядром.Первое представление об истинных размерах ядра давали опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц в тонких металлических фольгах. Частицы глубоко проникали сквозь электронные оболочки и отклонялись, приближаясь к заряженному ядру. Эти опыты явно свидетельствовали о малых размерах центрального ядра и указали на способ определения ядерного заряда. Резерфорд установил, что альфа-частицы приближаются к центру положительного заряда на расстояние примерно 10–14 м, а это позволило ему сделать вывод, что таков максимально возможный радиус ядра. На основе таких предположений Бор построил свою квантовую теорию атома, успешно объяснившую дискретные спектральные линии, фотоэффект, рентгеновское излучение и периодическую систему элементов.
Вопрос 2. Ядерные силы. Гипотеза о том, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, подтверждается многими экспериментами. Это свидетельствует о справедливости протонно-нейтронной модели строения ядра.Но почему ядра не распадаются на отдельные нуклоны под действием сил электростатического отталкивания между положительными заряженными протонами?Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электромагнитные. Это самые мощные силы из всех, которыми располагает природа. Поэтому взаимодействия ядерных частиц часто называют сильными взаимодействиями. Силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в ядре, называются ядерными силами. Свойства ядерных сил:1)являются только силами притяжения 2)во много раз больше кулоновских сил3)не зависят от наличия заряда4)короткодействующие: заметны на r ≈ 2,2 x 10м 5)взаимодействуют с ограниченными числом нуклонов6)не являются центральными.
Вопрос 3. Энергия связи атомных ядер. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными. Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электростатические силы и на десятки порядков превосходят силы гравитационного взаимодействия нуклонов. Важной особенностью ядерных сил является их короткодействующий характер. (10–12–10–13 см). На больших расстояниях проявляется действие сравнительно медленно убывающих кулоновских сил.На основании опытных данных можно заключить, что протоны и нейтроны в ядре в отношении сильного взаимодействия ведут себя одинаково,.Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Из закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.Энергию связи любого ядра можно определить с помощью точного измерения его массы. В настоящее время физики научились измерять массы частиц – электронов, протонов, нейтронов, ядер и др. – с очень высокой точностью. Эти измерения показывают, что масса любого ядра M я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: M я < Zm p + Nm nРазность масс Δ M = Zm p + Nm n – M яназывается дефектом массы. По дефекту массы с помощью формулы Эйнштейна E = mc 2 можно определить энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра E св: E св = Δ Mc 2 = (Zm p + Nm n – M я) c 2Эта энергия выделяется при образовании ядра в виде излучения γ-квантов.
Вопрос 4. Радиоактивность.. Явление самопроизвольного превращения неустойчивых изотопов в устойчивые, сопровождающееся испусканием частиц и излучением энергии, называется естественной радиоактивностью. Все химические элементы, начиная с порядкового номера 83, являются радиоактивными. Виды радиоактивных излучений. Резерфорд выделил два вида лучей: α-лучи — тяжелые положительно заряженные частицы (ядра атомов гелия) и β-лучи — легкие отрицательно заряженные частицы (тождественны электронам).В 1900 г. П. Виллард открыл гамма-лучи — нейтральное излучение, где масса покоя равна нулю (аналогично свойствам света, но 
).
Вопросы для самоконтроля
1. Какие основные частицы входят в состав атомного ядра?
2. Действие ядерных сил?
3. Важность энергии связи атомных ядер
4. Виды радиоактивных излучений.
Тема 35: Закон радиоактивного распада.
План:
1. Закон радиоактивного распада.
2. Период полураспада.
Вопрос 1. Закон радиоактивного распада. Радиоактивность. Радиоактивностью называется способность атомного ядра самопроизвольно распадаться с испусканием частиц. Радиоактивный распад ядра возможен тогда, когда он энергетически выгоден, т.е. сопровождается выделением энергии. Условием этого является превышение массы M исходного ядра суммы масс miпродуктов распада, которому соответствует неравенство M > ∑mi. Это условие является необходимым, но не всегда достаточным. Распад может быть запрещен другими законами сохранения – сохранения момента количества движения, электрического заряда, барионного заряда и т.д. Радиоактивный распад характеризуется временем жизни радиоактивного изотопа, типом испускаемых частиц, их энергиями. Основными видами радиоактивного распада являются:
α-распад – испускание атомным ядром α-частицы; β-распад – испускание атомным ядром электрона и антинейтрино, позитрона и нейтрино, поглощение ядром атомного электрона с испусканием нейтрино; γ-распад – испускание атомным ядром γ-квантов;
спонтанное деление – распад атомного ядра на два осколка сравнимой массы.
К более редким видам радиоактивного распада относятся процессы испускания ядром двух электронов, одного или двух протонов, а также кластеров – лёгких ядер от 12C до 32S. Во всех видах радиоактивности (кроме γ-распада) изменяется состав ядра – число протонов Z, массовое число A или и то и другое одновременно.
На характеристики радиоактивного распада существенное влияние оказывает тип взаимодействия, вызывающего распад ядра. Для того чтобы происходил α-распад, необходимо, чтобы масса исходного ядра M(A,Z) была больше суммы масс конечного ядра M(A-4, Z-2) и α-частицы mα: M(A,Z) > M(A-4, Z-2) + mα. Энергия α-распада
Qα = [M(A,Z) - M(A-4, Z-2) - mα]c2. Поведение в магнитном поле.
Вопрос 2. Период полураспада. Промежутоквремени,втечениекоторогораспадаетсяполовинаданногоколичестваядеррадиоактивногоизотопа(которыепревращаютсявдругойэлементилиизотоп).Измеряетсятолькопериодполураспада,таккакполногораспаданепроисходит.Периодполураспадаостаетсяпостояннымприлюбойтемпературеи давлении,носильноотличаетсяуразныхизотопов.Кислород-20имеетпериодполураспада14секунд,ауран-234-около250000лет.Распадрадиоактивногоизотопасопровождаетсяиспусканием альфа- и бета-частиц. Измеряя интенсивность их выброса, можно исследоватьраспад. Термин «период полураспада» также относится и к частицам, произвольно распадающимся на новыечастицы. Так свободный нейтрон распадается на протон и электрон.
Для каждого радиоактивного вещества существует характерный интервал времени, называемый периодом полураспада. Период полураспада - это промежуток времени, за который распадается ровно половина всех ядер. Например, если в некоторый момент времени вещество состоит из N ядер, то через время T, равное периоду полураспада ядер, останется N/2 ядер и т.д. 
Закон радиоактивного распада
Исследования показали, что радиоактивные элементы могут иметь самые различные периоды полураспада - от десятимиллионных долей секунды, до миллиардов лет. Но период полураспада для каждого данного вещества определенный, и не изменяется при изменении внешних условий (давлении, температуры и т.д.)
Вопросы для самоконтроля
1. Как была открыта радиоактивность?
2. Что такое радиоактивность?
3. Какие виды радиоактивных излучений существуют?
4. В чем между ними разница?Применение и защита.
5. Закон радиоактивного распада.
6. Период полураспада. Его важность и значение для науки.
Тема 36: Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц.
План:
1. Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц.
2. Ядерный реактор.
Вопрос 1. Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Счетчик Гейгера- служит для подсчета количества радиоактивных частиц (в основном электронов).Это стеклянная трубка, заполненная газом (аргоном), с двумя электродами внутри (катод и анод).При пролете частицы возникает ударная ионизация газа и возникает импульс электрического тока. Достоинства: - компактность эффективность – быстродействие- высокая точность (10ООО частиц/с). Где используется: регистрация радиоактивных загрязнений на местности, в помещениях, одежды, продуктов и т.д. - на объектах хранения радиоактивных материалов или с работающими ядерными реакторами - при поиске залежей радиоактивной руды (U, Th) Камера Вильсона - служит для наблюдения и фотографирования следов от пролета частиц (треков). Внутренний объем камеры заполнен парами спирта или воды в перенасыщенном состоянии: при опускании поршня уменьшается давление внутри камеры и понижается температура, в результате адиабатного процесса образуется перенасыщенный пар. По следу пролета частицы конденсируются капельки влаги и образуется трек – видимый след. При помещении камеры в 
магнитное поле по треку можно определить энергию, скорость, 
массу и заряд частицы. Пузырьковая камера - вариант камеры Вильсона При резком понижении поршня жидкость, находящаяся под высоким давление, переходит в перегретое состояние. При быстром движении частицы по следу образуются пузырьки пара, т.е. жидкость закипает, виден трек. Преимущества перед камерой Вильсона: - большая плотность среды, следовательно короткие треки- частицы застревают в камере Метод толстослойных фотоэмульсий - служит для регистрации частиц
- позволяет регистрировать редкие явления из-за большого время экспозиции. Фотоэмульсия содержит большое количество микрокристаллов бромида серебра. Влетающие частицы ионизируют поверхность фотоэмульсий. Кристаллики AgВr распадаются под действием заряженных частиц и при проявлении выявляется след от пролета частицы - трек. По длине и толщине трека можно определить энергию и массу частиц.
Вопрос 2. Ядерный реактор. – установка, в которой осуществляется само-поддерживающаяся управляемая цепная ядерная реакция деления. Ядерные реакторы используются в атомной энергетике и в исследовательских целях. Основная часть реактора – его активная зона, где происходит деление ядер и выделяется ядерная энергия. Активная зона, имеющая обычно форму цилиндра объёмом от долей литра до многих кубометров, содержит делящееся вещество (ядерное топливо) в количестве, превышающем критическую массу. Ядерное топливо (уран, плутоний) размещается, как правило, внутри тепловыделяющих элементов. В качестве замедлителя обычно используется вода (в том числе и тяжёлая, D2О) и графит. Активную зону реактора окружает отражатель из материалов, способных хорошо рассеивать нейтроны. Этот слой возвращает вылетающие из активной зоны нейтроны обратно в эту зону, повышая скорость протекания цепной реакции и снижая критическую массу. Вокруг отражателя размещают радиационную биологическую защиту из бетона и других материалов для снижения излучения за пределами реактора до допустимого уровня. В активной зоне в результате деления освобождается в виде тепла огромная энергия. Она выводится из активной зоны с помощью газа, воды или другого вещества (теплоносителя), которое постоянно прокачивается через активную зону, омывая ТВЭЛы. Это тепло может быть использовано для создания горячего пара, вращающего турбину электростанции. Для управления скоростью протекания цепной реакции деления применяют регулирующие стержни из материалов, сильно поглощающих нейтроны. Введение их в активную зону снижает скорость цепной реакции и при необходимости полностью останавливает её, несмотря на то, что масса ядерного топлива превышает критическую. По мере извлечения регулирующих стержней из активной зоны поглощение нейтронов уменьшается, Первый реактор был пущен в США в 1942 г. В Европе первый реактор был пущен в 1946 г. в СССР.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие методы обнаружения и регистрации элементарных частиц вы знаете?
2. Что измеряет счетчик Гейгера?
3. Ядерные реакции.
4. Обозначение различных элементов ядерных реакций.
5. Как работает ядерный реактор?
6. Чем обеспечивается безопасная работа ядерного реактора?
Тема 37: Получение радиоактивных изотопов и их применение
План:
1. Получение радиоактивных изотопов и их применение.
2. Биологическое действие радиоактивных излучений.
3. Элементарные частицы.
Вопрос 1. Получение радиоактивных изотопов и их применение. С помощью ядерных реакций можно получить радиоактивные изотопы всех химических элементов, встречающихся в природе только в стабильном состоянии. Метод меченых атомов основан на том, что химические свойства радиоактивных изотопов не отличаются от свойств нерадиоактивных изотопов тех же элементов. Радиоактивность является своеобразной меткой, с помощью которой можно проследить за поведением элемента при различных химических реакциях и физических превращениях веществ. Получают радиоактивные изотопы в атомных реакторах и на ускорителях элементарных частиц. В настоящее время производством изотопов занята большая отрасль промышленности.Радиоактивные изотопы в биологии и медицине. Одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью меченых атомов, явилось исследование обмена веществ в организмах. Было доказано, что за сравнительно небольшое время организм подвергается почти полному обновлению.изотопы в промышленности. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д. Мощное 
-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве. Облучение семян растений небольшими дозами -лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному повышению урожайности.Радиоактивные изотопы в археологии применяются для определения возраста древних предметов органического происхождения. В растениях всегда имеется 
-радиоактивный изотоп углерода 
с периодом полураспада Т = 5700 лет. После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счет радиоактивности. Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических остатках, можно определить их возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 50 000 и даже до 100 000 лет. Таким методом узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров и т. д.Вопрос 2. Биологическое действие радиоактивных излучений. Излучения радиоактивных веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы. При большой интенсивности излучения живые организмы погибают. Опасность излучений усугубляется тем„ что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку. Наиболее чувствительны к излучениям ядра клеток, особенно клеток, которые быстро делятся. Поэтому в первую очередь излучения поражают костный мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови. Далее наступает поражение клеток пищеварительного тракта и других органов.Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, поражая гены в хромосомах. Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения. D=Е/mВ СИ поглощенную дозу излучения выражают в грэях (сокращенно: Гр). Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность окружающей среды и человеческого тела) составляет за год дозу излучения около 2-10 -3 Гр на человека. Рентген. На практике широко используется внесистемная единица экспозиционной дозы излучения — рентген (сокращенно: Р). Эта единица является мерой ионизирующей способности рентгеновского и гамма-излучений.
В практической дозиметрии можно считать 1Р » 0,01 Гр.
Вопрос 3. Элементарные частицы. Классификация элементарных частиц Элементарные частицы (частицы, которые нельзя разделить на составные) Фундаментальные (бесструктурные частицы) Адроны (частицы, имеющие сложное строение) лептоны кварки переносчики взаимодействий барионы мезоны е-, е+, мьюон, таон, три типа нейтрино (частицы, из которых состоят все андроны) u,c, t, d, s, b 1) электромагнитного: фотон 2) сильного: глюоны 3) слабого: промежуточные бозоны W -, W + нейтральный бозон Z 0 4) гравитационного: гравитон G (состоят из трех кварков) p, n, гиперон (состоят из двух кварков, один из которых является антикварком)
Вопросы для самоконтроля
1. Применение радиоактивных изотопов в медицине, археологии и тд.
2. Биологическое действие радиоактивных излучений. Защита.
3. Что такое элементарные частицы?