Ядерная физика: Учебно-методическое пособие для проведения практических занятий

Факультет мониторинга окружающей среды

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

Учебно-методическое пособие

Минск

2009

УДК 575

ББК 28.04

        Я34

Рекомендовано к изданию НМС МГЭУ им. А. Д. Сахарова
(протокол №9 от 27 мая 2009 г.)

Составители:

преподаватель кафедры естественных наук КИИ МЧС, Е. Е. Апанасевич,

ст. преподаватель кафедры физики и высшей математики
МГЭУ им. А. Д. Сахарова, Е. Л. Бокатая,

доцент кафедры ядерной и радиационной безопасности
МГЭУ им. А. Д. Сахарова, к.ф.-м.н., доцент А. И. Тимощенко,

ст. преподаватель кафедры физики и высшей математики
МГЭУ им. А. Д. Сахарова, Е. В. Федоренчик

Рецензенты:

доцент кафедры ядерной физики БГУ, к.ф.-м.н., доцент И. Я. Дубовская,

профессор кафедры ядерной и радиационной безопасности
МГЭУ им. А. Д. Сахарова, к.т.н., доцент В. А. Чудаков

Я34 Ядерная физика : учебно-методическое пособие  / сост. Е. Е. Апа-­
           насевич, Е. Л. Бокатая, А. И. Тимощенко,  Е. В. Федоренчик. – Минск :
           МГЭУ им. А. Д. Сахарова, 2009. – 72 c.

ISBN 978-985-6931-07-2.

Данное учебно-методическое пособие рекомендуется для проведения практических занятий по дисциплине «Ядерная физика», адресовано студентам специальностей 1-33 01 03 «Радиоэкология» и 2-33 01 04 «Экологический мониторинг, менеджмент и аудит».

УДК 574:159.9

ББК 28.081:88

Содержание

Введение

Данное пособие предназначено для использования при проведении практических занятий по дисциплине «Ядерная физика» для студентов специальностей 1-33 01 03 «Радиоэкология» и 2-33 01 04 «Экологический мониторинг, менеджмент и аудит», а также для организации самостоятельной работы студентов. Оно содержит необходимые сведения из теоретической части курса в их кратком изложении, примеры решения типовых задач по каждому разделу, контрольные вопросы для систематизации знаний, необходимых при решении задач, и условия задач, предлагаемых для разбора на практических занятиях и самостоятельной работы по дисциплине.

Первое занятие посвящено закреплению базовых знаний и навыков, относящихся к умениям записывать ядерные реакции, формулировать законы сохранения в ядерных реакциях, вычислять энергию реакции по табличным данным в единицах,  удобных для применения в ядерной физике.

На втором занятии студенты учатся вычислять энергию связи ядра и энергии связи отдельных нуклонов и образуемых ими фрагментов в ядре. Это позволяет студентам лучше осознать, какие запасы энергии заключены в ядре атома, и сравнить их с энергиями, характерными для химических реакций.

Третья тема занимает одно из центральных мест в данном курсе и посвящена решению задач на столкновение нерелятивистских ядерных частиц, в которых могут образовываться другие частицы. С целью демонстрации общих методов и принципов решения таких задач в теоретической части темы рассмотрена ядерная реакция вида , для которой с учетом энергии реакции получены общие выражения для импульсов и энергий образовавшихся в результате реакций частиц через кинетическую энергию частицы a, налетающей на первоначально неподвижное ядро А, и угол, под которым вылетает образовавшаяся в результате реакции частица b относительно направления движения налетающей частицы.

Четвертая тема посвящена решению задач, в которых достаточно использовать общее определение сечения ядерной реакции, либо найти сечение реакции по ослаблению узкого пучка частиц в тонких мишенях. Вопросы, связанные с вычислением сечений упругих процессов, опущены, т. к. выходят за рамки действующей программы.

В пятой теме разбираются некоторые наиболее простые задачи на столкновения релятивистских частиц. В отличие от нерелятивистского случая, в общем рассмотрении реакции вида  для частиц, движущихся с произвольными допустимыми скоростями, не имеет смысла рассматривать законы сохранения энергии и импульса как в системе отсчета, связанной с центром инерции, так и в лабораторной системе. В обеих системах эти законы сохранения имеют достаточно громоздкий вид из-за сложной связи между полной энергией и импульсом релятивистской частицы, и ее общее решение требует вычислений, продолжительность которых выходит за временные рамки одного занятия.

Шестая и седьмая темы посвящены законам, описывающим радиоактивные превращения ядер. Этот материал имеет особое значение для экологов. Поэтому здесь сосредоточено большее количество задач по каждой теме по сравнению с тем количеством задач, которое предусмотрено по другим темам курса.