Атомна фізика, формули

Атомна фізика – це один з найбільших розділів фізики, який досліджує внутрішню будову атомів і прості процеси, які відбуваються тільки на атомному рівні і є постійними.

До атомної фізики вчені неодмінно відносять теорію елементарних частинок, методи і техніку прискорювачів позитивно заряджених частинок, ядерну енергетику. Центральним складовим елементом в цьому напрямку є нейтронна фізика.

Основи атомної фізики
Сучасна ядерна фізика умовно розділяється на експериментальну і теоретичну. Перший напрямок застосовує такі дослідницькі методи, як центральні прискорювачі позитивно заряджених частинок, різні детектори частинок і ядерні потужні реактори. Експериментальний вид атомних процесів вивчає моделі комплексного будови ядра та ядерні реакції, базуючись на фундаментальних фізичних теоремах, які були розроблений фізиками-теоретиками в процесі вивчення властивостей мікросвіту.

Закон радіоактивного розпаду можна описати в такій формулі:

 N = No • t / T, де:

  • $ N $ – число залишилися ядер;
  • $ No $ початкова кількість ядер;
  • $ T $ – час;
  • $ T $ – період напіврозпаду.

Ядра всіх атомів дослідники ділять на два масштабних класу: радіоактивні і стабільні. Останні абсолютно незалежні, і тому здатні безконтрольно розпадатися, трансформуючись в ядра інших хімічних елементів. Такі атомні перетворення протікають найчастіше зі стабільними ядрами при їх тісному і систематичному взаємодії один з одним і з різними мікрочастинками.

Середня тривалість життя ядер в атомній фізиці прирівнюється $ t = 1,44 T $. У цій формулі $ T $ – період напіврозпаду, а $ t $ – середній час существований найдрібніших частинок.

Активність ядер вчені записують згідно з такою формулою:

$ A = N / (1.44 T) $, де:

  • $ A $ -активність ядер;
  • $ N $ – кількість ядер;
  • $ T $ – період напіврозпаду.

В атомній фізиці особлива увага приділяється випромінювання і поглинання частинок, адже ці процеси відбуваються регулярно і кожен раз трансформуються в різну енергію. Фізики визначають поглинену дозу випромінювання таким чином:

$ D = E / m $, де:

  • $ D $ – поглинена доза випромінювання;
  • $ E $ – поглинена енергія;
  • $ M $ – маса самого речовини, що опромінюється.

Енергія зв’язку атомних ядер

Під постійною енергією зв’язку в атомній фізиці прийнято розуміти той параметр, який необхідний для повноцінного розпаду ядра на окремі нуклони. В кінці XIX століття громадськості була представлена ​​нестійкість найдрібніших частинок, до яких дослідники віднесли атоми полонію, радію і урану.

Радіоактивність – це самостійне і безконтрольне випускання хімічних речовин завдяки дії атомів.

Вивчення цього явища займалися подружжя Кюрі, Беккерель і Резерфорд. В процесі багаторічних досліджень було визначено, що радіоактивні частинки здатні випускати три типи випромінювання. Природа даних променів вкрай своєрідна і багатогранна, – це універсальні електромагнітні хвилі з дуже маленькою довжиною хвилі (від $ 10 ^ {- 8} $ до $ 10 ^ {- 11} $ см), які рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світлової хвилі.

Паралельно при таких трансформаціях формується величезна кількість енергії і з’являється речовина абсолютно нового типу, яке має зовсім іншими хімічними і фізичними властивостями, ніж вихідний предмет.

Воно може бути радіоактивним і трансформуватися одночасно в іншу речовину. Таким чином, радіоактивність передбачає спонтанне перетворення одних ядер в інші, що супроводжується систематичним випусканням різноманітних частинок.

Таким чином, радіоактивність має на увазі спонтанне зміна одних ядер, яке супроводжується систематичним випусканням і поглинанням різноманітних частинок.

Ядерна фізика в хімії

Основне використання радіонуклідів і радіоактивного поглинання в хімії – сфера аналізу і моніторингу більш якісного і кількісного складу хімічної речовини. Цей напрямок одержав в науці назву радіо аналітична хімія. До офіційного відкриття штучної радіоактивності кількість діючих радіонуклідів, які можуть бути придатні для застосування в звичайному аналізі, було вкрай обмежене. Однак поступово були створені інші універсальні методи, які ґрунтуються на вимірюванні самої радіоактивності, причому природні елементи застосовувалися виключно в якості реагентів, взаємопов’язаних з іншими речовинами.

Набагато ширше радіонукліди почали використовуватися в моніторингу тільки після остаточного налагодження виробництва необхідних штучних радіонуклідів в ядерних процесах.

Це і дало хороший поштовх до розвитку радіо аналітичної хімії. Дане наукове течія, яка виникла на стику аналітичного вчення і прикладної радіохімії, застосовує тільки атомні характеристики конкретних нуклідів при кількісному і якісному аналізі речовин.

Методи радіо аналітичної хімії допомагають дослідникам точно визначити елементи, виявляючи і вимірюючи характеристичне нестабільне рентгенівське випромінювання. Причому це явище може поглинати як саме аналізоване речовина, так і його радіоактивний ізотоп. Ізотопи часто присутні в хімічну речовину, або ж приєднуються до нього в результаті активації. Крім того, цілком імовірна ситуація, коли випромінювання формується в результаті різних процесів, що відбуваються з фізичним тілом (поглинання, відображення, розсіювання і т. Д.). Доведено експериментально, що інтенсивність випромінювання залежить від концентрації досліджуваної речовини.

Тому саме активне застосування радіо-аналітичні методи спостерігається в кількісному аналізі. Рідше вони використовуються при радіохімічний якісному аналізі, які не дозволяє визначити джерело випромінювання за періодом самого напіврозпаду, енергії і типу випускається випромінювання. Всі методи радіо аналітичної хімії можна розділити на три групи:

  • радіохімічний аналіз вивчає всі процеси, що відбуваються всередині різних хімічних речовин;
  • радіо аналітичні методи використовуються для дослідження систем штучних і природних радіонуклідів;
  • радіо імунологічний аналіз.

До зазначеним критеріям належить також активаційний аналіз, який грунтується на детальному вивченні радіонукліда, що з’являється в уже згадуваному об’єкті безпосередньо в результаті активної ядерної реакції. З точки зору практичного застосування даний метод значно складніше індикаторного. У сучасній фізиці атомів виділяють ще й не активаційні методи аналізу, що базуються на явищах поглинання і випромінювання різних видів випромінювань ($ α $, $ β $, $ γ $, нейтронного і так далі) при їх трансформації в досліджувану речовину. Іншими словами, зазначені способи вчені використовують в процесі взаємодії атома з іншими речовиною.

Посилання на основну публікацію