Физика атомного ядра и элементарных частиц

 

Обозначение ядра

где – порядковый номер химического элемента в периодической системе Менделеева (число протонов в ядре); – массовое число (число нуклонов в ядре).

Число нейтронов в ядре

Закон радиоактивного распада

где – число нераспавшихся ядер в момент времени – число нераспавшихся ядер в момент времени, принятый за начальный; – постоянная радиоактивного распада.

Период полураспада

Среднее время жизни радиоактивного ядра

Активность радиоактивного препарата

где – активность изотопа в начальный момент времени.

Дефект массы атомного ядра

где , – масса нейтрона и протона, – масса ядра.

Энергия связи ядра

Удельная энергия связи ядра

Энергия ядерной реакции

где и – масса покоя ядра мишени и бомбардирующей частицы; и – масса покоя ядер продуктов реакции. Если то энергия освобождается. Если то энергия в реакции поглощается.

Элементарными называются все микрочастицы кроме молекул, атомов и атомных ядер. Между ними существует четыре типа фундаментальных взаимодействий – сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Частицы, участвующие в сильном взаимодействии называются адронами. К ним относятся мезоны и барионы. В электромагнитном взаимодействии участвуют фотоны и электрически заряженные частицы. В слабом взаимодействии участвуют все частицы, кроме фотона. В гравитационном взаимодействии участвуют все элементарные частицы.

Элементарные частицы подразделяют на четыре класса (таблица 1). К первому из них относится только одна частица – фотон. Спин фотона равен единице.

Второй класс образуют лептоны. Они участвуют в слабом взаимодействии, а те, которые имеют электрический заряд, – еще и в электромагнитном взаимодействии. Спин всех лептонов равен .

Третий класс мезоны. Мезоны участвуют в слабом взаимодействии (если они заряжены в электромагнитном), и также в сильном взаимодействии между собой и с барионами. Спин мезонов равен нулю.

Четвертый класс барионов объединяет в себе нуклоны и нестабильные частицы гипероны, масса которых больше массы нуклонов. Спин барионов равен . Барионы участвуют в сильном взаимодействии, электромагнитном и слабом. При распаде бариона, наряду с другими частицами, обязательно образуется барион. Барионы и мезоны вместе называют адронами.

Все законы сохранения, открытые в физике элементарных частиц, подразделяются на точные и приближенные. Точные законы сохранения выполняются во всех фундаментальных взаимодействиях, а приближенные – только в некоторых. Точными являются законы сохранения энергии, импульса и момента импульса, а также законы сохранения всех зарядов.

В настоящее. время известно пять зарядов – электрический Q, барионный В, первый лептонный L (или электронный лептонный) ), второй лептонный L' (или мюонный лептонный ) и третий лептонный L" (или таонный лептонный ).

Похожи на заряды квантовые числа, которые получили названия странность S и шарм или очарование С. Законы сохранения этих величин, выполняются только в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но нарушаются при слабых взаимодействиях. Эти законы сохранения являются приближенными.

Универсальным свойством элементарных частиц является существование античастиц. Античастица отличается от частицы только знаками всех величин, характеризующих взаимодействия (заряды, странность, шарм и др.). При столкновении частицы с античастицей они могут исчезнуть, превратившись в фотоны. Такой процесс называется аннигиляцией.

В модели кварков считается, что все адроны построены из кварков пяти типов. Каждый тип кварка называется ароматом. Кварки обозначают посредством букв u, d, s, c и b. Для их обозначения – использованы первые буквы английских слов u p – вверх, d own – вниз, s trange – странный, c harm – очарованный, b eauty – красивый. Свойства кварков приведены в табл.2.

 

Таблица 2

Примеры комбинаций кварков, которые обладают характеристиками некоторых адронов, приведены в табл. 3. Ориентации спинов кварков и антикварков показаны стрелками (антикварки отмечены волнистой чертой).

 

Таблица 3.

 

 

Реакции с участием элементарных частиц представляют с помощью кварковых диаграмм. На таких диаграммах указывают кварковый состав каждой из частиц, отличают кварки, которые участвуют в реакции, (изменяют аромат, рождаются или аннигилируют).

Для примера, рассмотрим реакцию распада лямбда-нуль-гиперона.

.

Соответствующая реакции кварковая диаграмма представлена на рисунке.

 

u и d кварки, входящие в состав -гиперона, остаются неизменными. s- кварк изменяет аромат, становясь u -кварком и при этом рождается пара кварков и . Согласно таблице 2 для кварков, участвующих в реакции выполняются законы сохранения электрического, барионного зарядов и шарма. Закон сохранения странности нарушается.

 

 

Задание 4.1
Ядра с долгоживущим возбужденным состоянием называют...
Варианты ответов:
1)	изотопы	2)	изомеры
3)	изоспины	4)	изобары

 

 

Задание 4.2
Один из видов радиоактивного излучения является поток быстро движущихся электронов. Это –...
Варианты ответов:
1)	-излучение	2)	-излучение
3)	-излучение	4)	-излучение

 

 

Задание 4.3
-излучение представляет собой поток…
Варианты ответов:
1)	позитронов	2)	ядер атомов гелия
3)	квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденного состояния в основное	4)	протонов

 

 

Задание 4.4
-излучение представляет собой поток…
Варианты ответов:
1)	квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденного состояния в основное	2)	ядер атомов гелия
3)	электронов	4)	нейтронов

 

 

Задание 4.5
При -распаде ядра зарядовое число меняется…
Варианты ответов:
1)	на две единицы	2)	на четыре единицы
3)	не меняется	4)	на три единицы

 

 

Задание 4.6
На рисунке показана область существования – активных ядер. Прямая линия соответствует равновесным значениям , соответствующим -стабильным ядрам. Здесь – порядковый номер элемента, а – число нейтронов в ядре. В области …
Варианты ответов:
1)	ядра обладают избытком протонов и -активны	2)	ядра обладают избытком нейтронов и -активны
3)	ядра обладают избытком нейтронов и -активны	4)	ядра обладают избытком протонов и -активны

 

 

Задание 4.7
На рисунке показана область существования -активных ядер. Прямая линия соответствует равновесным значениям , соответствующим -стабильным ядрам. Здесь – порядковый номер элемента, а – число нейтронов в ядре. В области …
Варианты ответов:
1)	ядра обладают избытком протонов и -активны	2)	ядра обладают избытком нейтронов и -активны
3)	ядра обладают избытком протонов и -активны	4)	ядра обладают избытком нейтронов и -активны

 

 

Задание 4.8
На рисунке показана область существования -активных ядер. Прямая линия соответствует равновесным значениям , соответствующим -стабильным ядрам. Здесь – порядковый номер элемента, а – число нейтронов в ядре. -активные ядра…
Варианты ответов:
1)	обладают избытком протонов и находятся в области	2)	обладают избытком нейтронов и находятся в области
3)	обладают избытком протонов и находятся в области	4)	обладают избытком нейтронов и находятся в области

 

 

Задание 4.9
На рисунке показана область существования – активных ядер. Прямая линия соответствует равновесным значениям , соответствующим -стабильным ядрам. Здесь – порядковый номер элемента, а – число нейтронов в ядре. -активные ядра…
Варианты ответов:
1)	обладают избытком нейтронов и находятся в области	2)	обладают избытком протонов и находятся в области
3)	обладают избытком нейтронов и находятся в области	4)	обладают избытком протонов и находятся в области

 

 

Задание 4.10
На рисунке показана область существования -активных ядер. Прямая линия соответствует равновесным значениям , соответствующим -стабильным ядрам. Здесь – порядковый номер элемента, а – число нейтронов в ядре. Ядра, нестабильные по отношению к -захвату…
Варианты ответов:
1)	обладают избытком нейтронов и находятся в области	2)	обладают избытком нейтронов и находятся в области
3)	обладают избытком протонов и находятся в области	4)	обладают избытком протонов и находятся в области

 

 

Задание 4.11
Покоящееся ядро урана претерпевает -распад: . Верным утверждением является:
Варианты ответов:
1)	процесс распада происходит в соответствии с законом сохранения массовых чисел;	2)	процесс распада описывается соотношениями релятивистской механики;
3)	движение ядер подчиняется законам классической механики.	4)	образующиеся ядра движутся в одном направлении;

 

 

Задание 4.12
Какая доля радиоактивных ядер останется не распавшейся через интервал времени, равный двум периодам полураспада?
Варианты ответов:
1)	25%	2)	33%
3)	50%	4)	67%

 

 

Задание 4.13
Если через интервал времени не распавшимися осталось 25% радиоактивных ядер, то это время равно…
Варианты ответов:
1)	половине периода полураспада	2)	периоду полураспада
3)	двум периодам полураспада	4)	четырем периодам полураспада

 

Задание 4.14
Сколько и -распадов должно произойти, чтобы превратился в стабильный изотоп .
Варианты ответов:
1)	9 -распадов и 5 -распадов	2)	6 -распадов и 8 -распадов
3)	10 -распадов и 4 -распадов	4)	8 -распадов и 6 -распадов

 

 

Задание 4.15
Активность некоторого изотопа за 10 суток уменьшилась на 50%. Период полураспада этого изотопа…
Варианты ответов:
1)	10 суток	2)	7 суток
3)	30 суток	4)	5 суток
5)	20 суток

 

 

Задание4.16
Ядро самопроизвольно распадается по схеме: . Это ядро содержит…
Варианты ответов:
1)	14 протонов и 14 нейтронов	2)	14 протонов и 15 нейтронов
3)	15 протонов и 13 нейтронов	4)	15 протонов и 14 нейтронов

 

 

Задание 4.17
Ядро самопроизвольно распадается по схеме: . Это ядро содержит…
Варианты ответов:
1)	6 протонов и 8 нейтронов	2)	6 протонов и 7 нейтронов
3)	7 протонов и 7 нейтронов	4)	7 протонов и 8 нейтронов

 

 

Задание 4.18
Ядро самопроизвольно распадается . Содержит…
Варианты ответов:
1)	14 протонов и 17 нейтронов	2)	15 протонов и 16 нейтронов
3)	15 протонов и 17 нейтронов	4)	16 протонов и 15 нейтронов

 

Задание 4.19
Ядро самопроизвольно распадается . Это ядро содержит…
Варианты ответов:
1)	4 протона и 5 нейтронов	2)	5 протонов и 5 нейтронов
3)	4 протона и 4 нейтрона	4)	5 протона и 4 нейтрона

 

 

Задание 4.20
В электромагнитном взаимодействии принимают участие…
Варианты ответов:
1)	фотоны	2)	электроны
3)	протоны	4)	нейтроны

 

 

Задание 4.21
В электромагнитном взаимодействии принимают участие…
Варианты ответов:
1)	нейтроны	2)	фотоны
3)	нейтрино

 

 

Задание 4.22
В гравитационном взаимодействии принимают участие…
Варианты ответов:
1)	все элементарные частицы	2)	только нуклоны
3)	только частицы, имеющие нулевую массу покоя

 

 

Задание 4.23
Установить соответствие элементарных частиц типам фундаментальных взаимодействий:
1. фотоны 2. лептоны 3. адроны	А. сильное Б. электромагнитное В. слабое
Варианты ответов:
1)	1-А, 2-В, 3-Б	2)	1-В, 2-А, 3-Б
3)	1-Б, 2-В, 3-А

 

Задание 4.24
Укажите квантовую схему, соответствующую гравитационному взаимодействию.
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.25
Укажите квантовую схему, соответствующую слабому взаимодействию.
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.26
Электрослабое взаимодействие соответствует объединению схем…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.27
Укажите квантовую схему, соответствующую сильному взаимодействию.
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.28
Законом сохранения спинового момента импульса запрещена реакция…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.29
Реакция распада электрона по схеме невозможна вследствие невыполнения закона сохранения…
Варианты ответов:
1)	энергии	2)	электрического заряда
3)	лептонного заряда

 

 

Задание 4.30
Реакция распада протона невозможна. Это является следствием невыполнения закона сохранения…
Варианты ответов:
1)	барионного заряда	2)	электрического заряда
3)	спинового момента импульса

 

 

Задание 4.31
Присутствие в распаде нейтрона антинейтрино обусловлено требованиями закона сохранения…
Варианты ответов:
1)	энергии	2)	лептонного заряда
3)	электрического заряда

 

 

Задание 4.32
Реакция не может идти из-за нарушения закона сохранения…
Варианты ответов:
1)	барионного заряда	2)	лептонного заряда
3)	электрического заряда	4)	спинового момента импульса

 

 

Задание 4.33
Реакция не может идти из-за нарушения закона сохранения…
Варианты ответов:
1)	электрического заряда	2)	спинового момента импульса
3)	барионного заряда	4)	лептонного заряда

 

 

Задание 4.34
На рисунке показана фотография взаимодействия -мезона с протоном в водородной пузырьковой камере, которое идет по схеме . Если спин -мезона , то заряд и спин частицы будут равны…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.35
На рисунке показана фотография взаимодействия -мезона с протоном в водородной пузырьковой камере, которое идет по схеме . Если спин -мезона , то заряд и спин частицы будут равны…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.36
На рисунке показана фотография взаимодействия -мезона с протоном в водородной пузырьковой камере, которое идет по схеме . Если спин -мезона , то спин -мезона…
Варианты ответов:
1)		2)
3)

 

Задание 4.37
На рисунке показана фотография взаимодействия неизвестной частицы с протоном в водородной пузырьковой камере, которое идет по схеме . Если спин -мезона , то заряд и спин налетающей частицы будут равны …
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.38
На рисунке показана кварковая диаграмма -распада нуклона. Эта диаграмма соответствует реакции…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.39
На рисунке показана кварковая диаграмма распада -гиперона. Эта диаграмма соответствует реакции…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.40
На рисунке показана кварковая диаграмма захвата нуклоном -мезона. Эта диаграмма соответствует реакции…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.41
На рисунке показана кварковая диаграмма распада -мезона. Эта диаграмма соответствует реакции…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.42
Для нуклонов верными являются следующие утверждения:
Варианты ответов:
1)	оба нуклона нейтральны	2)	масса протона много больше массы нуклона
3)	спины нуклонов одинаковы	4)	оба нуклона обладают отличными от нуля магнитными моментами

 

 

Задание 4. 43
Законом сохранения электрического заряда запрещена реакция…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.44
При -распаде ядра зарядовое число изменяется…
Варианты ответов:
1)	на 3 единицы	2)	не меняется
3)	на единицу	4)	на 4 единицы

 

 

Задание 4.45
-излучение это…
Варианты ответов:
1)	поток ядер атомов гелия	2)	поток протонов
3)	поток электронов	4)	поток квантов электромагнитного излучения

 

 

Задание 4.46
Ядро самопроизвольно распадается: . Это ядро содержит…
Варианты ответов:
1)	92 протона и 144 нейтрона	2)	94 протона и 142 нейтрона
3)	94 протона и 144 нейтрона	4)	92 протона и 142 нейтрона

 

 

Задание 4.47
Нуклоны в ядре взаимодействуют посредством обмена виртуальными частицами. Процесс их образования соответствует схеме…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.48
Из приведенных схем взаимопревращений частиц аннигиляции соответствует…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.49
Из перечисленных ниже частиц считается нуклоном…
Варианты ответов:
1)	электрон	2)	нейтрон
3)	фотон	4)	мюон

 

 

Задание 4.50
Испусканием позитронов сопровождается…
Варианты ответов:
1)		2)	-распад
3)	-захват	4)	-распад

 

 

Задание 4.51
В процессе сильного взаимодействия не принимают участия…
Варианты ответов:
1)	протоны	2)	фотоны
3)	нейтроны

 

 

Задание 4.52
Из перечисленных ниже превращений к -захвату относится…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Задание 4.53
Позитрон является античастицей по отношению к…
Варианты ответов:
1)	нейтрону	2)	нейтрино
3)	фотону	4)	электрону
5)	протону

 

 

Задание 4.54
Из перечисленных ниже превращений к -распаду относится…
Варианты ответов:
1)		2)
3)		4)

 

 

Ответы

 

Номер задания	Номер раздела
	Поделиться: Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...