Курсовая теория на тему Физика экзотических ядер

Содержание:

Введение 3
1. Общие сведения 4
1.1. Открытие экзотических типов распада 4
1.2. Получение экзотических ядер 6
2. Экзотические легкие ядра 16
2.1. Свойства экзотических ядер 16
2.2. Идентификация ядра 17
Заключение 20
Список литературы 22

Введение:

Фундаментальным вопросом для понимания нашей вселенной явялется вопрос о границах, в которых может существовать материя, пусть даже в течение очень короткого времени (комментарий: под «существованием материи», очевидно, имелось в виду существование конкретных форм материи, однако прикалывает то, как автор «плавает» в основных понятиях материализма). Протоны и нейтроны являются основными строительными блоками ядер. В стабильных ядрах, окружающих нас, они находятся в определенных отношениях друг к другу. Это означает, что если, например, ядро произведено с избытком протонов, и таким образом пересечен некий предельный объем, ядро будет спонтанно распадаться путем испускания протонов. Когда в 1981 году в GSI был открыт протонный распад из основного состояния ядра лютеция-151 эта граничная линия — так называемая линия протонных капель была впервые экспериментально достигнута и пересечена.
Линия нейтронных капель для легких ядер — то есть когда слишком большой избыток нейтронов и дополнительные нейтроны не могут быть приняты ядром — дает другой наблюдаемый эффект: за пределами радиуса ядра «расплывается» своеобразное гало. Это новое явление иммет место в определеннных нейтронноизбыточных ядрах около линии нейтронных капель, таких, как литий-11 или бериллий-11.
Целью работы является рассмотрение физики экзотических ядер.
Для достижения цели необходимо решить ряд задач:
— изучить общие сведения,
— рассмотреть получение экзотических ядер.
— рассмотреть легкие экзотические ядра.
Объектом исследования является физика экзотических ядер.
Предметом исследования являются экзотические ядра.

Заключение:

В работе рассмотрена физика экзотических ядер. В первой главе рассмотрены общие сведения об экзотических ядрах, включающие в себя открытие экзотических типов распада, а также получение экзотических ядер.
Во второй главе рассмотрены свойства легких экзотических ядер, а также идентификация ядра.
Другая природа может быть создана на кухне, доступной современным исследованиям. Ускорительные системы GSI могут создать экзотические ядра с экстремально высоким протонно-нейтронным соотношением, позволяющим глубоко проникнуть в загадки существования и устойчивости материи во Вселенной. По сравнению с другими нуклидами, так называемые магические ядра имеют особое значение.
Состояние материи на нашей планете не является типичным для остальной Вселенной. Внутри звезд и при взрывах сверхновых чрезвычайно высокие температуры и давления приводят к созданию частиц и ядер, которые при обычных условиях не существуют. Количество этих экзотических нестабильных ядер, перемешивающихся в котле Вселенной, находящихся далеко за пределами широкого спектра стабильных изотопов, обычно встречающихся на Земле.
Производство и исследование таких экзотических ядер в современных ускорителях представляет интерес по двум причинам. Во-первых, мы можем проверить теоретические модели свойств ядер, только занимаясь поисками вне диапазона изотопов, доступных на Земле тем самым принимая во внимание более широкий возможный спектр ядер, представленных во Вселенной. Во-вторых, мы сегодня знаем, что синтез элементов в звездах имеет место с участием экзотических ядер. Распад этих ядер происходит через испусканием бета-частиц (т.е. высокоскоростных электронов) до появления стабильных ядер, известных на Земле. Таким образом, образование химических элементов (нуклеосинтез) и их распространенность определяется свойствами этих экзотических ядер.
GSI (расшифровывается Gesellschaft fur Schwerionenforschung, что в переводе означает «общество по изучению тяжелых ионов») — единственная ускорительная лаборатория в мире, обладающая возможностями для изучения всех без исключения ядер периодической системы: от легчайшего элемента — водорода, до самого тяжелого на сегодняшний день иcкусственно созданного элемента с атомным номером 111 (комментарий: статья была написана в 1995 году. К сегодняшнему дню известны элементы вплоть до 118-го). Дармштадт обладает оборудованием, способным давать пучки любых этих ядер в широком диапазоне энергии.
В принципе, метод производства ядер остается один и тот же: пучок частиц ускоряется на линейном ускорителе UNILAC или тяжелоионном циклотроне SIS и направляется на фольгу или кусок материи, называемый мишенью. На мишени происходят ядерные реакции и получаемые экзотически ядра отделяются сепараторами в соответствии с их зарядом и массой. Таким образом они становятся доступными для исследований.
При UNILAC существуют два сепаратора для низкоэнергетических ядер, каждый из них выполняет свои функции по-своему. В On-Line Mass Separator потоки экзотических ядер с низкой энергией образуются путем извлечения из мишени, расположенной за ионным источником, ускорением из в высоковольтном поле и последующим отделением в магнитном поле от чистых изотопов. Напротив, скоростной фильтр SHIP, описанный в статье о синтезе элементов, использует электрические и магнитные поля для разделения продуктов реакции, которые остаются в полете и могут быть отделены от чрезвычайно нестабильных, короткоживущих ядер.

Фрагмент текста работы:

1. Общие сведения
1.1. Открытие экзотических типов распада

В последние два десятилетия были открыты новые типы распада искусственных изотопов, которые из — за их редкости пока называют «экзотическими». В открытии новых типов распада существенную роль сыграли пучки радиоактивных ядер. Ранее для синтеза новых элементов на ускорителях использовались стабильные изотопы, поскольку короткоживущие радионуклиды невозможно накопить в достаточно больших количествах. Эту трудность удалось преодолеть путем использования двух последовательных ускорителях: на первом ускорителе стабильные ионы ускоряется до сверхвысоких энергий (100 МэВ – 10 ГэВ) и направляются на мишень, в мишени идут реакции фрагментации, в результате которых образуются многочисленные продукты, в том числе – радиоактивные ядра. Эти продукты за счёт энергии отдачи выбрасываются из мишени. После сепарации по массе и энергии, требуемый радионуклид попадает во второй ускоритель, где разгоняется до высокой энергии и попадает на вторую мишень. Такая схема вовлекла в сферу ядерной физики намного большее число изотопов, позволило синтезировать экзотические ядра (сильно нейтроноизбыточные или нейтронодефицитные), многие из которых претерпевают экзотические типы распада [1].
В частности, было обнаружено, что в тех случаях, когда энергия β-распада Qβ превышает энергию связи нейтрона (Вn), протона (Вp) или α-частицы (Вα) в дочернем ядре – продукте распада, возникает возможность сложного радиоактивного превращения: ядро – продукт β-распада – образуется в возбуждённом состоянии (E*>Bn, Bp или Bα) и немедленно выбрасывает «запаздывающий» нейтрон, протон или α-частицу [3].
Одной из важных особенностей физики элементарных частиц на начальном этапе было различие между различными типами взаимодействий. Оказалось, что существует всего четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.
Электромагнитное взаимодействие и сильное взаимодействие можно описать с помощью обмена квантами соответствующих полей — фотонами ( – квантами) и глюонами [4]. Фотоны и глюоны являются калибровочными бозонами электромагнитного и сильного полей.
Гипотеза о том, что слабое взаимодействие также обусловлено обменом некоторой заряженной частицей было выдвинута Юкавой еще в тридцатых годах. Завершение эта идея получила в рамках единой теории, связывающей электромагнитные и слабые взаимодействия, развитой в работах С. Вайнберга, А. Салама и Ш. Глэшоу.
В этой теории, которая носит название «стандартная модель», предсказывается существование тяжелых заряженных бозонов W+ и и нейтрального бозона Z со спином 1, обмен которыми и обуславливает слабое взаимодействие. В теории возникает также безмассовое векторное поле, отождествляемое с электромагнитным полем.