Актюбинский региональный государственный университет им. К.Жубанова
Физико-математический факультет
Кафедра экспериментальной и теоретической физики
Глоссарий
| по дисциплине | Ядерная физика |
| шифр, специальность | 5В060400-Физика |
Актобе, 2014
Адрон. Класс элементарных частиц, участвующих в сильном взаимодействии. Адроны состоят из кварков и делятся на две группы: барионы (из трех кварков) и мезоны (из кварка и антикварка). Большая часть наблюдаемого нами вещества состоит из барионов: протонов и нуклонов, входящих в ядра атомов.
Активность источника радиоактивного излучения - отношение общего числа распадов радиоактивных ядер в радиоактивном источнике ко времени распада.
Альфа-излучение - вид ионизирующего излучения - поток положительно заряженных частиц (альфа-частиц), испускаемых при радиоактивном распаде л ядерных реакциях. Проникающая способность альфа-излучения невелика (задерживается листом бумаги). Чрезвычайно опасно попадание источников альфа-излучения внутрь организма с пищей, воздухом или через повреждения кожи.
Альфа-распад (или α-распад) – самопроизвольное испускание атомными ядрами альфа-частиц (ядер атома гелия)
Альфа-частица - частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов. Идентична ядру атома гелия.
Аннигиляция (Annihilation) - взаимодействие элементарной частицы и античастицы, в результате которого они исчезают, а их энергия превращается в электромагнитное излучение.
Аннигиляция - реакция превращения частицы и античастицы при столкновении в другие частицы.
Античастица - частица, имеющая те же значения массы, спина, заряда и др. физических свойств, что и ее "двойник"-частица, но отличающаяся от нее знаками некоторых характеритик взаимодействия (например, знаком электрического заряда).
Античастицы – двойники обычных элементарных частиц, которые отличаются от последних знаком электрического заряда и знаками некоторых других характеристик. У частицы и античастицы совпадают массы, спины, времена жизни.
АС - атомная станция - промышленное предприятие для производства электрической или тепловой энергии с использованием одного или нескольких ядерных энергетических реакторов и комплекса необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимым персоналом,
Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства. Состоит из ядра с протонами и нейтронами и электронов, движущихся вокруг ядра. Число электронов в атоме равно числу протонов в ядре.
Атомная масса - масса атома химического элемента, выраженная в атомных единицах массы (а.е.м.). За 1 а.е.м. принята 1/12 часть массы изотопа углерода с атомной массой 12. 1а.е.м.=1,6605655·10-27 кг. Атомная масса складывается из масс всех протонов и нейтронов в данном атоме.
Атомное ядро - положительно заряженная центральная часть атома, вокруг которой вращаются электроны и в которой сосредоточена практически вся масса атома. Состоит из протонов и нейтронов. Заряд ядра определяется суммарным зарядом протонов в ядре и соответствует атомному номеру химического элемента в периодической системе элементов.
Барионы – частицы, состоящие из трёх кварков, определяющих их квантовые числа. Все барионы, за исключением протона, нестабильны.
Бассейн-хранилище - установка, размещаемая на реакторной площадке атомной станции для временного хранения отработавшего ядерного топлива под слоем воды с целью снижения радиоактивности и остаточного тепловыделения.
Беккерель (Бк) - единица активности радиоактивного вещества в СИ. 1 Бк равен активности такого радиоактивного вещества, в котором за время 1 с происходит один акт распада.
β γ-лучи - поток быстрых электронов.
α-лучи - поток ядер гелия.
γ-лучи - электромагнитные волны с очень короткой длиной волны (Л ~ 10-10 м).
Бета-излучение - вид ионизирующего излучения - поток электронов или позитронов, испускаемых при ядерных реакциях или радиоактивном распаде. Бета-излучение может проникать в ткани организма на глубину до 1 см. Представляет опасность для человека как с точки зрения внешнего, так и внутреннего облучения.
Бета-частицы – электроны и позитроны, испускаемые атомными ядрами, а также свободным нейтроном при бета-распаде. При электронном бета-распаде атомного ядра испускается электрон е- (а также антинейтрино 
), при позитронном распаде ядер – позитрон е+ (и нейтрино ν). При распаде свободного нейтрона (n) образуется протон (р) электрон и антинейтрино: n → р + е- + .
Электрон и позитрон – стабильные частицы со спином J = 1/2 (внутренним механическим моментом количества движения), относящиеся к классу лептонов. Позитрон является античастицей по отношению к электрону.
Биологическая защита - радиационный барьер, создаваемый вокруг активной зоны реактора и системы его охлаждения, для предотвращения вредного воздействия нейтронного и гамма-излучения на персонал, население и окружающую среду. На атомной станции основным материалом биологической защиты является бетон. Для реакторов большой мощности толщина бетонного защитного экрана достигает нескольких метров.
Бозоны (от фамилии индийского физика С. Бозе) – элементарные частицы, атомные ядра, атомы, обладающие нулевым или целым спином (0ћ, 1ћ, 2ћ, …).
Быстрые нейтроны - нейтроны, кинетическая энергия которых выше некоторой определенной величины. Эта величина может меняться в широком диапазоне и зависит от применения (физика реакторов, защита или дозиметрия). В физике реакторов эта величина чаще всего выбирается равной 0,1 МэВ.
Камера Вильсона – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка мелких капелек жидкости вдоль траектории её движения.
Гамма-излучение - вид ионизирующего излучения - электромагнитное излучение, испускаемое при радиоактивном распаде и ядерных реакциях, распространяющееся со скоростью света и обладающее большой энергией и проникающей способностью. Эффективно ослабляется при взаимодействии с тяжелыми элементами, например, свинцом. Для ослабления гамма-излучения в ядерных реакторах атомных станций используют толстостенный защитный экран из бетона.
| Грей (Гр) - в системе единиц СИ - единица поглощенной дозы. 1 Гр=1 Дж/кг=100 рад. Дейтрон - ядро атома изотопа водорода - дейтерия - с массовым числом 2. Обозначается 2H, D или d. Дейтрон состоит из 1 протона и 1 нейтрона. Так как дейтрон является простейшим ядром, содержащим более 1 нуклона, то изучение свойств дейтрона позволило оценить радиус действия ядерных сил и установить, что взаимодействие протона и нейтрона в ядре носит характер не центральной силы и зависит от взаимной ориентации их спинов. |
Закон радиоактивного распада - закон, по которому находят число не распавшихся атомов: N = N0 • 2-t/T.
Дейтерий - "тяжелый" изотоп водорода с атомной массой 2.
Детектор ионизирующего излучения - чувствительный элемент средства измерений, предназначенный для регистрации ионизирующего излучения. Его действие основано на явлениях, возникающих при прохождении излучения через вещество.
Доза излучения - в радиационной безопасности - мера воздействия ионизирующего излучения на биологический объект, в частности человека. Различают экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы.
Избыток массы (или дефект массы) – выраженная в единицах энергии разность массы нейтрального атома и произведения числа нуклонов (суммарного числа протонов и нейтронов) в ядре этого атома на атомную единицу массы
Изотопы - нуклиды, имеющие одинаковый атомный номер, но различные атомные массы (например, уран-235 и уран-238).
Изотопы – атомные ядра, имеющие одинаковое число протонов Z, разное число нейтронов N и, следовательно, разное массовое число A = Z + N. Пример: изотопы кальция Са (Z = 20) - 38Ca, 39Ca, 40Ca, 41Ca, 42Ca.
Радиоактивные изотопы - ядра-изотопы, испытывающие радиоактивный распад. Большинство известных изотопов - радиоактивные (~3500).
Камера Вильсона - прибор для наблюдения следов движущихся с большой скоростью микрочастиц (электронов, протонов, а-частиц и др.). Создана в 1912 г. английским физиком Вильсоном.
Кварк - элементарная заряженная частица, участвующая в сильном взаимодействии. Протоны и нейтроны состоят каждый из трех кварков.
Космическое излучение - фоновое ионизирующее излучение, которое состоит из первичного излучения, поступающего из космического пространства, и вторичного излучения, возникающего в результате взаимодействия первичного излучения с атмосферой.
Космические лучи - потоки заряженных элементарных частиц высокой энергии (в основном - протонов, альфа-частиц и электронов), распространяющихся в межпланетном и межзвездном пространстве и непрерывно "бомбардирующие" Землю.
Коэффициент размножения - важнейшая характеристика цепной реакции деления, показывающая отношение числа нейтронов данного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения в бесконечной среде. Часто используется и другое определение коэффициента размножения - отношение скоростей генерации и поглощения нейтронов.
Критическая масса - наименьшая масса топлива, в которой может протекать самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер при определенной конструкции и составе активной зоны (зависит от многих факторов, например: состава топлива, замедлителя, формы активной зоны и др).
Кюри (Ки) - внесистемная единица активности, первоначально активность 1 г изотопа радия-226. 1Ки=3,7·1010 Бк.
Критическая масса (тк) - наименьшая масса ядерного горючего (урана, плутония), при которой осуществляется цепная ядерная реакция.
Кюри (Ки) - внесистемная единица активности радиоактивного вещества. 1 Ки = 3,7 • 1010 Бк.
Лептоны (от греч. leptos – лёгкий, мелкий) – группа точечных частиц со спином 1/2ћ, не участвующих в сильном взаимодействии. Размер лептона (если он существует) <10-17 см. Лептоны считаются точечными бесструктурными частицами. Существует три пары лептонов:
- электрон (е–) и электронное нейтрино (νe),
- мюон (μ–) и мюонное нейтрино (νμ),
- тау-лептон (τ–) и тау-нейтрино (ντ),
Магические ядра − атомные ядра, содержащие так называемые магические числа протонов или нейтронов.
| Z | |||||||
| N |
Эти ядра имеют энергию связи больше, чем соседние ядра. Они имеют большую энергию отделения нуклона и повышенную распространённость в природе.
Ядра, содержащие магические числа протонов и нейтронов, называются дважды магическими. К ним относятся стабильные ядра.
Массовое число (А) - общее число нуклонов (прото^ нов и нейтронов) в атомном ядре; одна из основных характеристик атомного ядра.
Мощность дозы - отношение приращения дозы излучения за интервал времени к этому интервалу (например: бэр/с, Зв/с, мбэр/ч, мЗв/ч, мкбэр/ч, мкЗв/ч).
Нейтрон - нейтральная элементарная частая с массой, близкой массе протона. Вместе с протонами нейтроны образуют атомное ядро. В свободном состоянии нестабилен и распадается на протон и электрон.
Нуклид - вид атома с определенным числом протонов и нейтронов в ядре, характеризующийся атомной массой и атомным (порядковым) номером.
Обогащение (по изотопу):
1. Содержание атомов определенного изотопа в смеси изотопов того же элемента, если оно превышает долю этого изотопа в смеси, встречающейся в природе (выражается в процентах).
2. Процесс, в результате которого увеличивается содержание определенного изотопа в смеси изотопов.
Обогащение урановой руды - совокупность процессов первичной обработки минерального ураносодержащего сырья, имеющих целью отделение урана от других минералов, входящих в состав руды. При этом не происходит изменения состава минералов, а лишь их механическое разделение с получением рудного концентрата.
Обогащенное ядерное топливо - ядерное топливо, в котором содержание делящихся нуклидов больше, чем в исходном природном сырье.
Обогащенный уран - уран, в котором содержание изотопа урана-235 выше, чем в природном уране.
Период полураспада (Т) - интервал времени, в течение которого распадется половина первоначального количества ядер.
Период полураспада – время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. Эта величина, обозначаемая T1/2, является константой для данного радиоактивного ядра (изотопа). Величина T1/2 наглядно характеризует скорость распада радиоактивных ядер и эквивалентна двум другим константам, характеризующим эту скорость: среднему времени жизни радиоактивного ядра τ и вероятности распада радиоактивного ядра в единицу времени λ.
Поглощенная доза излучения - отношение поглощенной энергии Е ионизирующего излучения к массе ею облучаемого вещества.
Постулаты Бора - основные допущения, введенные без доказательства Н. Бором, которые положены в основу квантовой теории атома.
Правило смещения: при а-распаде ядро теряет положительный заряд 2е, и его масса убывает приблизительно на 4 а.е.м.; при b-распаде заряд ядра увеличивается на 1е, а масса не изменяется.
Период полураспада радионуклида - время, в течение которого число ядер данного радионуклида в результате самопроизвольного распада уменьшится в два раза.
Позитрон - античастица электрона с массой, равной массе электрона, но положительным электрическим зарядом.
Протон - стабильная положительно заряженная элементарная частица с зарядом 1,61·10-19 Кл и массой 1,66·10-27 кг. Протон образует ядро "легкого" изотопа атома водорода (протия). Число протонов в ядре любого элемента определяет заряд ядра и атомный номер этого элемента.
Радиоактивность - самопроизвольное превращение (радиоактивный распад) нестабильного нуклида в другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующего излучения.
Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра, испуская при этом различные частицы.
Радиоактивный распад - самопроизвольное ядерное превращение.
Реактор-размножитель - быстрый реактор, в котором коэффициент конверсии превышает 1 и осуществляется расширенное воспроизводство ядерного топлива.
Cчётчик Гейгера (или счётчик Гейгера-Мюллера) - газонаполненный счётчик заряженных элементарных частиц, электрический сигнал с которого усилен за счёт вторичной ионизации газового объёма счётчика и не зависит от энергии, оставленной частицей в этом объёме.
Твэл - тепловыделяющий элемент. Главный конструкционный элемент активной зоны гетерогенного реактора, в виде которого в него загружается топливо. В твэлах происходит деление тяжелых ядер U-235, Pu-239 или U-233, сопровождающееся выделением энергии и от них происходит передача тепловой энергии теплоносителю. Твэлы состоят из топливного сердечника, оболочки и концевых деталей. Тип твэла определяется типом и назначением реактора, параметрами теплоносителя. Твэл должен обеспечить надежный отвод тепла от топлива к теплоносителю.
Тело рабочее - среда (теплоноситель), используемая для преобразования тепловой энергии в механическую.
Тёмная материя − невидимая (не излучающая и не поглощающая) субстанция. О её существовании определённо свидетельствуют гравитационные эффекты. Данные наблюдений свидетельствуют также о том, что это тёмное вещество-энергия делится на две части:
- первая - так называемая тёмная материя (dark matter) с плотностью
Wdm = 0.20–0.25, – неизвестные, слабо взаимодействующие массивные частицы (не барионы). Это могут быть, например, стабильные нейтральные частицы с массами от 10 ГэВ/с2 до 10 ТэВ/с2, предсказываемые суперсимметричными моделями, в том числе гипотетические тяжёлые нейтрино;
вторая − так называемая тёмная энергия (dark energy) с плотностью
WΛ = 0.70–0.75), которую интерпретируют как вакуум. Имеется в виду особая форма материи − физический вакуум, т.е. наинизшее энергетическое состояние физических полей, пронизывающих пространство.
Термоядерные реакции − реакции слияния (синтеза) лёгких ядер, протекающие при высоких температурах. Эти реакции обычно идут с выделением энергии, поскольку в образовавшемся в результате слияния более тяжёлом ядре нуклоны связаны сильнее, т.е. имеют, в среднем, бoльшую энергию связи, чем в исходных сливающихся ядрах. Избыточная суммарная энергия связи нуклонов при этом освобождается в виде кинетической энергии продуктов реакции. Название “термоядерные реакции” отражает тот факт, что эти реакции идут при высоких температурах (> 107–108 К), поскольку для слияния лёгкие ядра должны сблизиться до расстояний, равных радиусу действия ядерных сил притяжения, т.е. до расстояний ≈10-13 см.
Трансурановые элементы − химические элементы с зарядом (числом протонов) большим, чем у урана, т.е. Z > 92.
Цепная реакция деления - самоподдерживающаяся реакция деления тяжелых ядер, в которой непрерывно воспроизводятся нейтроны, делящие все новые и новые ядра.
Цепная реакция деления - последовательность реакции деления ядер тяжелых атомов при взаимодействии их с нейтронами или другими элементарными частицами, в результате которых образуются более легкие ядра, новые нейтроны или другие элементарные частицы и выделяется ядерная энергия.
Цепная ядерная реакция - последовательность ядерных реакций, возбуждаемых частицами (например, нейтронами), рождающимися в каждом акте реакции. В зависимости от среднего числа реакций, следующих за одной предыдущей - меньшего, равного или превосходящего единицу - реакция называется затухающей, самоподдерживающейся или нарастающей.
Цепные ядерные реакции – самоподдерживающиеся ядерные реакции, в которые последовательно вовлекается цепочка ядер. Это происходит тогда, когда один из продуктов ядерной реакции вступает в реакцию с другим ядром, продукт второй реакции реагирует со следующим ядром и т.д. Возникает цепочка следующих друг за другом ядерных реакций. Наиболее известным примером такой реакции является ядерная реакция деления, вызываемая нейтроном
Экзотермические реакции - ядерные реакции, протекающие с выделением энергии.
Элементарные частицы - мельчайшие частицы физической материи. Представления об элементарных частицах отражают ту ступень в познании строения материи, которая достигнута современной наукой. Вместе с античастицами открыто около 300 элементарных частиц. Термин "элементарные частицы" условен, поскольку многие элементарные частицы имеют сложную внутреннюю структуру.
Элементарные частицы – материальные объекты, которые нельзя разделить на составные части. В соответствии с этим определением к элементарным частицам не могут быть отнесены молекулы, атомы и атомные ядра, которые поддаются делению на составные части – атом делится на ядро и орбитальные электроны, ядро – на нуклоны.
Энергетический выход ядерной реакции - разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции.
Эндотермические реакции - ядерные реакции, протекающие с поглощением энергии.
Энергия связи атомного ядра (Есв) - характеризует интенсивность взаимодействия нуклонов в ядре и равна той максимальной энергии, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на отдельные невзаимодействующие нуклоны без сообщения им кинетической энергии.
Эффект Мёссба уэра — явление резонансного поглощения гамма-квантов атомными ядрами без потери энергии на отдачу импульса.
Ядерная (планетарная) модель атома - в центре расположено положительное заряженное ядро (диаметр порядка 10-15 м); вокруг ядра, подобно планетам солнечной системы, двигаются электроны по круговым орбитам.
Ядерные модели – упрощенные теоретические описания атомных ядер, основанные на представлении ядра в виде объекта с заранее известными характерными свойствами.
Ядерная реакция деления - реакция деления атомных ядер тяжелых элементов под действием нейтронов.
Ядерная реакция - реакция превращения атомных ядер в результате взаимодействия друг с другом или какими-либо элементарными частицами.
Ядерная энергия – это энергия, освобождающаяся в результате внутренней перестройки атомных ядер. Ядерную энергию можно получить в ядерных реакциях или радиоактивном распаде ядер. Основные источники ядерной энергии – реакции деления тяжёлых ядер и синтеза (соединения) лёгких ядер. Последний процесс называют также термоядерными реакциями.
Ядерные силы - силы, действующие между нуклонами в атомных ядрах и определяющие строение и свойства ядер. Они короткодействующие, их радиус действия 10-15 м.
Ядерный реактор - устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер.
Самоподдерживающаяся цепная реакция деления - цепная реакция в среде, для которой коэффициент размножения k >= 1.
Ядерная авария - ядерной аварией называется потеря управления цепной реакцией в реакторе, либо образование критической массы при перегрузке, транспортировке и хранении твэлов. В результате ядерной аварии из-за дебаланса выделяемого и отводимого тепла повреждаются твэлы с выходом наружу радиоактивных продуктов деления. При этом становится потенциально возможным опасное облучение людей и заражение окружающей местности.
Ядерная безопасность - общий термин, характеризующий свойства ядерной установки при нормальной эксплуатации и в случае аварии ограничивать радиационное воздействие на персонал, население и окружающую среду допустимыми пределами.
Ядерное деление - процесс, сопровождающийся расщеплением ядра тяжелого атома при взаимодействии с нейтроном или другой элементарной частицей, в результате которого образуются более легкие ядра, новые нейтроны или другие элементарные частицы и выделяется энергия.
Ядерный материал - любой исходный материал, специальный ядерный материал и иногда руды и рудные отходы.
Ядерное превращение - превращение одного нуклида в другой.
Ядерный реактор - устройство, в котором осуществляется контролируемая цепная ядерная реакция. Ядерные реакторы классифицируют по назначению, энергии нейтронов, типу теплоносителя и замедлителя, структуре активной зоны, конструкционному исполнению и другим характерным признакам.
Ядерная реакция - превращение атомных ядер, вызванное их взаимодействием с элементарными частицами, или друг с другом и сопровождающееся изменением массы, заряда или энергетического состояния ядер.
Ядерное топливо - материал, содержащий делящиеся нуклиды, который будучи помещенным в ядерный реактор, позволяет осуществить цепную ядерную реакцию. Отличается очень высокой энергоёмкостью (при полном делении 1 кг U-235 высвобождается энергия равная Дж, в то время как при сгорании 1 кг органического топлива выделяется энергия порядка (3-5) Дж в зависимости от вида топлива).
Ядерный топливный цикл - комплекс мероприятий для обеспечения функционирования ядерных реакторов, осуществляемых в системе предприятий, связанных между собой потоком ядерного материала и включающих урановые рудники, заводы по переработке урановой руды, конверсии урана, обогащению и изготовлению топлива, ядерные реакторы, хранилища отработавшего топлива, заводы по переработке отработавшего топлива и связанные с ними промежуточные хранилища и хранилища для захоронения радиоактивных отходов
Ядерная установка - любая, установка, на которой образуются, обрабатываются или находятся в обращении радиоактивные или делящиеся материалы в таких количествах, при которых необходимо учитывать вопросы ядерной безопасности.
Ядерная энергия - внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при ядерном делении или ядерных реакциях.
Ядерный энергетический реактор - ядерный реактор, главным назначением которого является выработка энергии.
Ядерный реактор - ядерным реактором называется устройство, предназначенное для организации управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления - последовательности ядерных реакций деления, в которых и выделяются свободные нейтроны, необходимые для деления новых ядер.
Ядерный реактор на быстрых нейтронах - реакторы существенно различаются по спектру нейтронов - распределению нейтронов по энергиям, а, следовательно, и по спектру поглощаемых (вызывающих деление ядер) нейтронов. Если активная зона не содержит легких ядер, специально предназначенных для замедления в результате упругого рассеяния, то практически всё замедление обусловлено неупругим рассеянием нейтронов на тяжелых и средних по массе ядрах. При этом большая часть делений вызывается нейтронами с энергиями порядка десятков и сотен кэВ. Такие реакторы называются реакторами на быстрых нейтронах.
Ядерный реактор на тепловых нейтронах - реактор, активная зона которого содержит такое количество замедлителя - материала, предназначенного для снижения энергии нейтронов без заметного их поглощения, что большая часть делений вызывается нейтронами с энергиями меньше 1 эВ.
Ядерные силы — силы, удерживающие нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре.
Ядерные силы являются короткодействующими. Они проявляются лишь на очень малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10-15 м. Длина (1,5 — 2,2)·10-15 называется радиусом действия ядерных сил.
Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость, т. е. притяжение между двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов — протонного или нейтронного.
Ядерные силы обладают свойством насыщения, которое проявляется в том, что нуклон в ядре взаимодействует лишь с ограниченным числом ближайших к нему соседних нуклонов. Практически полное насыщение ядерных сил достигается у α-частицы, которая является очень устойчивым образованием.
Ядерные силы зависят от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Подтверждается это различным характером рассеяния нейтронов молекулами орто- и пароводорода.
Ядерные силы не являются центральными силами.