- •Часть 1 Волновая оптика
- •1 Волновая теория света
- •1.1 Электромагнитные волны
- •1.2 Операторная запись уравнений Максвелла
- •1.4 Свойства электромагнитных волн
- •1.5 Шкала электромагнитных волн
- •1.6 Фазовая и групповая скорости
- •1.7 Основные фотометрические величины
- •2 Геометрическая оптика
- •2.1 Законы геометрической оптики
- •2.3 Показатель преломления
- •2.4 Принцип Ферма
- •2.5 Преломление света на сферических поверхностях
- •2.6 Фокус сферической поверхности
- •2.7 Центрированные оптические системы. Линзы
- •2.8 Формула тонкой линзы
- •2.9 Построение изображения в тонких линзах
- •2 .10 Плоские зеркала
- •2.11 Сферические зеркала
- •3 Интерференция света
- •3.1 Интерференция волн
- •3.2 Условия возникновения интерференции. Когерентность
- •3.3 Способы получения интерференции
- •3.4 Влияние размеров источника. Пространственная когерентность
- •3.5 Интерференция волн, испускаемых двумя точечными источниками
- •3.6 Классические интерференционные опыты
- •3.7 Интерференция в тонких пленках
- •3.8 Интерференция в тонких пленках переменной толщины
- •Кольца Hьютона являются классическим примером интерференционных полос от пластины переменной толщины. П ример. Кольца Ньютона
- •3.9 Интерферометр Майкельсона
- •3.10 Многолучевая интерференция
- •4 Дифракция света
- •4.1 Принцип Гюйгенса
- •4.2 Принцип Гюйгенса-Френеля
- •4.3 Зоны Френеля
- •4.4 Применение метода зон Френеля
- •4 .5 Дифракция Фраунгофера на щели
- •4.6 Дифракция от двух параллельных щелей
- •4.7 Дифракционная решетка
- •4.8 Оптические характеристики дифракционных решеток
- •4.9 Дифракция рентгеновских лучей
- •5 Поляризация света
- •5.2 Естественный и поляризованный свет
- •5.3 Поляризация при отражении и преломлении на границе раздела двух сред
- •5.4 Оптически одноосные кристаллы
- •5.5 Оптически активные вещества
- •6 Взаимодействие света с веществом
- •6.1 Электронная теория дисперсии света
- •6.2 Нормальная и аномальная дисперсии
- •6.3 Поглощение света
- •6.4 Рассеяние света
- •Часть 2 Квантовая оптика
- •7 Тепловое излучение
- •7.1 Равновесное излучение
- •7.2 Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело
- •7.3 Законы теплового излучения
- •7.4 Формула Планка
- •8 Корпускулярные свойства света
- •8.1 Фотон
- •8.2 Внешний фотоэффект
- •8.3 Уравнения Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
- •8.4 Внутренний фотоэффект
- •8 .5 Комптоновское рассеяние
- •8.6 Давление света
- •Часть 3 Основы атомной физики
- •9. Элементы квантовой механики
- •9.1 Гипотеза де Бройля
- •9.2 Соотношение неопределенностей
- •9.3 Уравнение Шредингера
- •9.4 Квантование атомных систем
- •9.5 Спин
- •10 Строение атомов и их оптические свойства
- •10.1 Модели атома Томсона и Резерфорда
- •10.2 Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца
- •10.3 Теория водородоподобного атома
- •10.4 Принцип неразличимости тождественных частиц. Принцип Паули
- •10.5 Периодическая система химических элементов
- •Часть 4 Основы физики атомного ядра
- •11 Строение и свойства атомных ядер
- •11.1 Атомное ядро
- •11.2 Энергия связи ядра
- •11.3 Радиоактивность
- •11.4 Закон радиоактивного распада
- •11.5 Ядерные реакции
- •11.6 Термоядерный синтез
- •Содержание
- •Часть 1. Волновая оптика 3
- •1 Волновая теория света 3
- •1.1 Электромагнитные волны 3
- •1.2 Операторная запись уравнений Максвелла 4
- •3.1 Интерференция волн 36
- •Часть 2. Квантовая оптика 99
- •8 Корпускулярные свойства света 108
- •Часть 3. Основы атомной физики 119
- •Часть 4. Основы физики атомного ядра 139
11.6 Термоядерный синтез
В легких ядрах, как и в тяжелых, энергия связи нуклонов меньше, чем у элементов с промежуточными массовыми числами. В связи с этим соединение нескольких ядер в одно, более тяжелое, должно происходить с выделением энергии. Данные реакции могут осуществляться при высоких температурах. В связи с этим они были названы термоядерными. Простейшим примером реакции термоядерного синтеза может служить реакция образования ядра дейтерия
. (11.6.1)
Данная реакция протекает следующим образом. Два быстрых протона с относительной энергией ~ 10 5 эВ должны сблизиться на расстояние ~ 10 –14 м. В результате обменной реакции один из протонов становится нейтроном. При этом образуется еще позитрон (частица, имеющая массу электрона и положительный элементарный заряд) и нейтрино. Однако, осуществление такой реакции в лабораторных условиях невозможно. Проблема заключается в том, что время, в течение которого два нейтрона с большими энергиями могут находиться на расстояниях, где действуют ядерные силы, гораздо меньше, чем это необходимо для осуществления реакции (11.6.1). Вероятность осуществления термоядерного синтеза по формуле (11.6.1) существует в недрах звезд, где температура достигает ~ 10 7 К, а время их жизни ~ 10 10 лет. Звездное вещество представляет собой плазму, состоящую в основном из протонов, электронов и некоторых других легких элементов. Поэтому в звездах могут осуществляться реакции типа
. (11.6.2)
При этой реакции происходит столкновение одновременно двух протонов и электрона. Один из протонов захватывает электрон с испусканием нейтрино. Этот нейтрон может соединиться с протоном и образовать ядро дейтерия. Как и реакция (11.6.1), вероятность реакции (11.6.2) очень мала и в лабораторных условиях неосуществима.
Реально, в лабораторных условиях на Земле, протекание реакции термоядерного синтеза с двумя ядрами дейтерия. Эта реакция может протекать по двум схемам
. (11.6.3)
. (11.6.4)
Здесь – ядро атома трития. В результате таких реакций выделяется около 4 эВ и 3,3 эВ энергии, соответственно. Образовавшийся тритий может участвовать в реакции
. (11.6.5)
с выделение энергии 17,6 эВ. Однако и здесь не все так просто. Дело в том, что термоядерный синтез необходимо проводить при высоких температурах, т.е. вещество должно находиться в состоянии плазмы. Главным препятствием на пути к термоядерному синтезу является неустойчивость плазменных систем. Таких неустойчивостей известно около сотни. В настоящее время пока не существует физических теорий, которые бы позволяли рассчитывать возмущения в плазме и неустойчивые режимы плазмы. Применение сильных магнитных полей специальной конфигурации позволило подавить многие виды макроскопической неустойчивостей, но окончательное решение вопроса пока отсутствует.
П риложение А. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева |
||||||||||||||||||
|
I |
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
1 |
1 H 1,00797 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 He 4,0026 |
2 |
3 Li 6,939 |
4 Be 9,0122 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 B 10,811 |
6 C 12,011 |
7 N 14,007 |
8 O 15,999 |
9 F 18,998 |
10 Ne 20,183 |
3 |
11 Na 22,9898 |
12 Mg 24,312 |
|
Переходные элементы |
|
13 Al 26,982 |
14 Si 28,086 |
15 P 30,974 |
16 S 32,064 |
17 Cl 35,453 |
18 Ar 39,948 |
|||||||
4 |
19 K 39,102 |
20 Ca 40,08 |
21 Sc 44,956 |
22 Ti 47,90 |
23 V 50,942 |
24 Cr 51,996 |
25 Mn 54,938 |
26 Fe 55,847 |
27 Co 58,933 |
28 Ni 58,71 |
29 Cu 63,54 |
30 Zn 65,37 |
31 Ga 69,72 |
32 Ge 72,59 |
33 As 74,922 |
34 Se 78,96 |
35 Br 79,909 |
36 Kr 83,80 |
5 |
37 Rb 85,47 |
38 Sr 87,62 |
39 Y 88,905 |
40 Zr 91,22 |
41 Nb 92,906 |
42 Mo 95,94 |
43 Tc (99) |
44 Ru 101,07 |
45 Rh 102,905 |
46 Pd 106,40 |
47 Ag 107,87 |
48 Cd 112,40 |
49 In 114,82 |
50 Sn 118,69 |
51 Sb 121,75 |
52 Te 127,60 |
53 I 126,904 |
54 Xe 131,30 |
6 |
55 Cs 132,905 |
56 Ba 137,134 |
* |
72 Hf 178,49 |
73 Ta 180,948 |
74 W 183,85 |
75 Re 186,2 |
76 Os 190,2 |
77 Ir 192,2 |
78 Pt 195,09 |
79 Au 196,967 |
80 Hg 200,59 |
81 Tl 204,37 |
82 Pb 207,19 |
83 Bi 208,98 |
84 Po (210) |
85 At (210) |
86 Rn (222) |
7 |
87 Fr (223) |
88 Ra (227) |
** |
104
(104) |
105
(105) |
106
(106) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* лантаниды |
57 La 138,91 |
58 Ce 140,12 |
59 Pr 140,907 |
60 Nd 144,24 |
61 Pm (145) |
62 Sm 150,35 |
63 Eu 151,96 |
64 Gd 157,25 |
65 Tb 158,924 |
66 Dy 162,50 |
67 Ho 164,930 |
68 Er 167,26 |
69 Tm 168,934 |
70 Yb 173,04 |
71 Lu 174,97 |
|||
** актиниды |
89 As (227) |
90 Th 232,038 |
91 Pa (231) |
92 U 238,03 |
93 Np (237) |
94 Pu (242) |
95 Am (243) |
96 Cm (245) |
97 Bk (249) |
98 Cf (249) |
99 Es (254) |
100 Fm (252) |
101 Md (256) |
102 No (254) |
103 Lw (257) |
П риложение Б. Радиоактивные ряды
Радиоактивный ряд (A = 4n).
Р адиоактивный ряд (A = 4n+1).
Продолжение приложения Б
Р адиоактивный ряд (A = 4n+2).
Р адиоактивный ряд (A = 4n+3).