Лекции по курсу общей физики. Квантовая физика. Сабирова Ф.М. - 23 стр.

                                 54                                                                     23
один из нуклонов или α-частица может получить энергию, достаточ-       спектр атома водорода, спектральные серии соответствуют излуче-
ную для вылета из ядра. В результате возможна вторая стадия ядерной    нию, возникающему в результате перехода атома в данное состояние
реакции – распад составного ядра на ядро Y и частицу b.                из возбужденных состояний, расположенных выше данного.
      Некоторые реакции протекают без образования составного ядра,     E                                     Теория Бора показала не-
                                                                        0                              применимость классической физи-
они называются прямыми ядерными взаимодействиями.                      E4
      Ядерные реакции классифицируются по следующим признакам:         E3                              ки к внутриатомным явлениям и
      1) по роду участвующих в них частиц – реакции под действием                      серия  серия    необходимость применения кван-
                                                                       E2              Пашена  Брэкета
нейтронов; реакции под действием заряженных частиц; реакции под дей-          серия
                                                                                                       товых законов в микромире. Но
ствием γ-квантов;                                                             Бальмера                 попытка построить аналогичную
      2) по энергии вызывающих их частиц – реакции при малых                                           теорию для атома гелия потерпела
энергиях (порядка 1 эВ), происходящие в основном с участием нейтро-                                    неудачу. Теория Бора не была ни
нов; реакции при средних энергиях (до нескольких МэВ), происходя-            серия                     последовательно классической, ни
                                                                             Лаймана
щие с участием γ-квантов и заряженных частиц (протоны, α-частицы);                                     последовательно квантовой теори-
реакции при высоких энергиях (сотни и тысячи МэВ), приводящие к        E1                              ей. Недостатки теории Бора могли
                                                                                     Рис.9.1.
рождению отсутствующих в свободном состоянии элементарных час-                                         быть устранены путем создания
тиц и имеющие большое значение для их изучения;                        новой квантовой теории, в которой поведение и движение микрочас-
      3) по роду участвующих в них ядер – реакции на легких ядрах      тиц подчиняется своим законам. Это было осуществлено при созда-
(А<50); реакции на средних ядрах (50<А<100); реакции на тяжелых        нии квантовой механики.
ядрах (А> 100);
      4) по характеру происходящих ядерных превращений – реакции                   § 10. Квантовые числа. Принцип Паули.
с испусканием нейтронов; реакции с испусканием заряженных частиц;                  Строение электронных оболочек атома.
реакции захвата.
      Первая в истории ядерная реакция осуществлена Э.Резерфордом             Состояние электрона в атоме характеризуется не одним, а не-
(1919) при бомбардировке ядра азота α-частицамн, испускаемыми ра-      сколькими квантовыми числами.
диоактивным источником:                                                       Первое их квантовых чисел – главное квантовое число: n =1;
                            14     4    1     17                       2;3,… Оно определяет уровни энергии электрона в атоме:
                             7 N + 2 He→1 H + 8 O .
Другой пример ядерных реакций – реакция получения нейтронов                     me 4 Z 2                                    ε h2n2
                                                                       E n = − 2 2 2 и радиусы стационарных орбит rn = 0 2 . Эти
(предсказана и доказана Д.Чэдвигом в 1932 г.):                                 8ε 0 h n                                      πZe m
                             9      4     1   12                       выражения вытекают из решения уравнения Шредингера и совпадают
                            4 Be + 2 He→ 0 n + 6 C .
      Наиболее распространенными ядерными реакциями являются           с соответствующими формулами, полученными Бором.
реакции деления тяжелых ядер и синтеза легких. Рассмотрим их более            Второе квантовое число – орбитальное квантовое число l , ко-
подробно.                                                              торое при данном n может принимать значения 0, 1, 2, ..., n–1 . Это
                      § 24. Реакция деления ядра.                      число определяет орбитальный момент импульса Ll = mυr электрона
                                                                       относительно ядра. Момент импульса электрона в атоме квантуется по
      Реакция деления ядер урана при бомбардировке их нейтронами       формуле: Ll = h l(l + 1)
была открыта в 1939 г. Было установлено, что при облучении урана
нейтронами образуются элементы из середины периодической табли-              Третье квантовое число – магнитное квантовое число ml , ко-
цы – лантан и барий. При делении одного ядра урана освобождается       торое при данном l принимает значения 0; ±1; ±2,…, ± l ; всего 2 l +1
около 200 МэВ энергии: на кинетическую энергию движения ядер-          значений. Это число определяет проекции орбитального момента им-