Радиоактивные пучки

В то время когда в физике частиц происходило продвижение в сторону высоких энергий и открывались новые частицы, в состав которых входили все более массивные кварки, качественно изменилась ситуация и в "традиционной" ядерной физике. Улучшение техники ионных пучков и методов сепарации короткоживущих изотопов существенно расширило число исследованных ядер. К концу XX века было открыто ~ 3000 атомных ядер. Всего в границах ядерной стабильности по существующим оценкам их может быть около 7000.

Наряду с хорошо известными модами распада атомных ядер - , , и спонтанным делением были обнаружены новые типы радиоактивности. В 1962 году в ОИЯИ (Дубна) впервые была зарегистрирована протонная радиоактивность. Она наблюдалась для нейтронодефицитных ядер вблизи границы протонной стабильности

Было обнаружено, что ядра могут самопроизвольно испускать ядра тяжелее 4 He – кластерная радиоактивность. Впервые кластерная радиоактивность наблюдалась в распаде

223 Ra 11 209 Pb + 14 C

Какие сегодня приоритетные направления исследований в области ядерной физики?

1. Поиск новых сверхтяжелых ядер.

2. Исследование свойств ядерной материи в экстремальных условиях - в области низкой температуры и низкой плотности ядерной материи и в области высокой температуры и высокой плотности ядерной материи. Состояния с высокой плотностью ядерной материи интенсивно исследуются в столкновениях релятивистских ядер. Ведутся исследования в области мультифрагментации и полного развала ядра на нейтроны и протоны.

3. Исследование формы и свойств атомных ядер в супердеформированных состояниях и в состояниях с экстремально большими спинами.

4. Исследование атомных ядер вдали от долины стабильности, вблизи от границ нейтронной и протонной стабильности.

5. Изучение новых типов радиоактивного распада. Поиск новых долгоживущих изомерных состояний

6. Открытым и требующим дальнейших исследований является вопрос о роли кварковых степеней свободы и их влияние на короткодействующую составляющую ядерных взаимодействий.

7. Кварк-глюонная структура нуклона и изменение его свойств в ядерной материи.

В настоящее время методы сепарации и детектирования достигли такого совершенства, что основные характеристики атомных ядер: масса, период полураспада, основные моды распада - могут быть получены на основе анализа небольшого их числа.

Метод сепарации тяжелых ионов на лету позволяет получать моноизотопные пучки ускоренных ядер вплоть до урана. Появились новые экспериментальные методы для изучения свойств атомных ядер - комбинации ускорителей с ионными ловушками для низкоэнергетических ионов и накопительные кольца для ионов низких и средних энергий. Существенный прогресс в исследовании ядер с необычным отношением N/Z - экзотических ядер - связан с возможностью накопления высокоэнергетических вторичных пучков радиоактивных ядер и изучения реакций на этих пучках

Успехи в физике ядра и элементарных частиц все в большей степени определяются прогрессом в этих областях. Нобелевские премии по физике часто присуждаются за работы в области техники физического эксперимента

Основным детектором частиц долгое время была пластинка, с нанесенным на нее слоем сернистого цинка. Источником частиц высоких энергий в то время были космические лучи - частицы, образующиеся в мировом пространстве. Сегодня кажется почти неправдоподобным, сколько открытий в физике атомного ядра было сделано с использованием природных источников радиоактивного излучения с энергией всего лишь несколько МэВ и простейших детектирующих устройств. Открыто атомное ядро, получены его размеры, впервые наблюдалась ядерная реакция, обнаружено явление радиоактивности, открыты нейтрон и протон, предсказано существование нейтрино и т.д. Частицы регистрировались глазом по производимым ими в сернистом цинке вспышкам света

Создание первых ускорителей Дж. Кокрофтом и Э. Уолтоном , Р. Ван-де-Графом , Э. Лоуренсом в 1931-32 гг. открыло новую эру в ядерной физике. Экспериментаторы получили в свое распоряжение удобные инструменты, на которых можно было получать пучки ускоренных заряженных частиц с энергией от нескольких МэВ до десятков МэВ.

В 1944-45 годах В. Векслер и независимо от него Э. Макмиллан открыли принцип автофазировки, позволяющий достигать релятивистских энергий ускоренных частиц. Открытие принципа автофазировки привело к появлению новых типов ускорителей - фазотронов, синхротронов, синхрофазотронов. Разработка метода сильной фокусировки позволила получать уникальные по своим параметрам пучки (с малыми поперечными размерами, высокой интенсивностью, большими энергиями)

В 1947 году происходит открыте -мезон ( Пауэл ), 1947 год - обнаружены странные частицы. В 1932 году найден позитрон К. Андерсон ом

Впервые Черенковское излучение наблюдалось визуально. Первая пузырьковая камера, в которой Глезер наблюдал треки -частиц была с наперсток. В космических лучах впервые наблюдались новые элементарные частицы. В 1937 году обнаружен мюон К. Андерсоном, С. Недермейер ом

Со временем экспериментальные установки становились все сложней. Развивалась техника ускорения и детектирования частиц, ядерная электроника. В Дубне были построены первые ускорители высоких энергий - ОИЯИ. В вблизи Женевы – CERN. В Брукхейвене - BNL. Пучок частиц в первых ускорителях направлялся на неподвижную мишень

Вся большая часть энергии пучка по мере увеличения энергии налетающих частиц бесполезно расходуется на движение центра масс образующейся системы. При лобовом столкновении двух пучков частиц с одинаковыми массами и одинаковыми энергиями центр масс будет оставаться неподвижным. При сталкновении между собой двух пучков можно получить значительный выигрыш в энергии. Необходимо создать в области столкновения высокую плотность частиц, чтобы при этом сталкивающиеся пучки эффективно взаимодействовали,. Первые электронные коллайдеры были построены в 1965 году в ИЯФ (Новосибирск) и Стенфордской национальной лаборатории. Ускорители такого типа были созданы и получили название ускорителей на встречных пучках или коллайдеров. В 1971 году был построен первый протонный коллайдер, а в 1985 году - протон-антипротонный коллайдер

Комплексами являются современные ускорители. Они состоят из нескольких ускорителей

Ниже приведен рисунок ускорительного комплекса CERN. В этом ускорителе планируется сталкивать протоны с суммарной энергией 14 ТэВ в системе центра масс, которые называют LHC (Large Hadron Collider)

Через накопительные кольца протоны и ионы поступают в протонный синхротрон PS (26 ГэВ). Этот синхротрон инжектирует протоны в протонный синхротрон SPS (450 ГэВ). Из SPS протоны будут поступать в LHC. В LHC ускоряются встречные пучки электронов и позитронов на установке LEP. В LEP и LHC пучки расположены в одном туннеле, в различных магнитных системах

На явлении ионизации или возбуждении атомов основана регистрация заряженных частиц. Заряженные частицы вызываются в веществе, пролетая в нем. Данным образом основана камера Вильсона. Это искровая камера, пузырьковая камера, фотоэмульсии, газовые сцинтилляцтонные и полупроводниковые детекторы

С помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле были открыты позитрон, мюон и -мезоны, с помощью пузырьковой камеры - многие странные частицы, с помощью искровой камеры регистрировались нейтринные события. Быстрораспадающиеся частицы регистрируются по их продуктам распада. Большое применение нашли детекторы, позволяющие непосредственно наблюдать траектории частиц. Современные измерительные установки в физике высоких энергий представляют из себя сложные системы, включающие десятки тысяч счетчиков, сложную электронику и способны одновременно регистрировать десятки частиц, рождающихся в одном столкновении. На рисунке изображенном ниже приведена установка ATLAS

 

 

Установка предназначена для работы на LHC

Электронная система установки способна выделять 100 "интересных" событий в секунду из 1 миллиарда. В проекте ATLAS более полутора тысяч участников из 47 стран. Поиск Хиггсовских бозонов является основной задачей установки ATLAS

Заключение

Мир, в котором мы живем, сложен и многообразен. Издавна человек стремился познать окружающий его мир. Исследования шли в трех направлениях:

Поиск элементарных составляющих, из которых образована вся окружающая материя

Изучение сил, связывающих элементарные составляющие материи

Описание движения частиц под действием известных сил

У философов древней Греции существовало два противоположных взгляда на природу материи. Сторонники одной школы (Демокрит, Эпикур) утверждали, что нет ничего, кроме атомов и пустоты, в которой движутся атомы. Они рассматривали атомы как мельчайшие неделимые частицы, вечные и неизменные, пребывающие в постоянном движении и различающиеся формой и величиной

Сторонники другого направления придерживались прямо противоположной точки зрения. Они считали, что вещество можно делить бесконечно. Сегодня мы знаем, что мельчайшие частицы вещества, сохраняющие его химические свойства - это молекулы и атомы

Однако мы также знаем, что атомы в свою очередь имеют сложную структуру и состоят из атомного ядра и электронов. Атомные ядра состоят из нуклонов - нейтронов и протонов. Нуклоны в свою очередь состоят из кварков. Но разделить нуклоны на составляющие их кварки уже нельзя. Что вовсе не означает, что кварки "элементарны". Понятие элементарности объекта в значительной мере определяется уровнем наших знаний

Поэтому привычное для нас утверждение "состоит из …" на субкварковом уровне может оказаться лишенным смысла. Понимание этого сформировалось в процессе изучения физики субатомных явлений

XX век принес много неожиданностей и вряд ли сегодня мы можем предсказать, что готовит нам век XXI

Список литературы

В.Д. Сидоренко, В.М. Колобашкин, П.М. Рубцов, П.А. Ружанский "Радиационные характеристики облученного ядерного топлива", справочник, Москва, Энергоатомиздат, 1983 г

Э. Ферми "Ядерная физика",пер. с англ., Москва, изд. "Иностранная литература", 1951 г

В.Е. Левин "Ядерная физика",Москва, Атомиздат, 1985 г

А.С. Герасимов, Т.С. Зарицкая, А.П. Рудик "Справочник по образованию нуклидов в ядерных реакторах", Москва, Энергоатомиздат, 1989 г

Нужен реферат, сочинение, конспект? Тогда сохрани - » Радиоактивные пучки . Готовые домашние задания!

Предыдущий реферат из данного раздела: Теория относительности и квантовая теория на рубеже веков

Следующее сочинение из данной рубрики: Парадоксы бета – распада. Нейтрино

Спасибо что посетили сайт Uznaem-kak.ru! Готовое сочинение на тему:
Радиоактивные пучки.