Билеты по физике за весь школьный курс (стр. 15 из 15)

Если в качестве горючего использовать уран, обогащенный изотопом с массой 235, то реактор может работать и без замедлителя на быстрых нейтронах. В таком реакторе большинство нейтронов поглощаются ураном-238, который в результате двух бета-распадов становится плутонием-239, также являющимся ядерным топливом и исходным материалом для ядерного оружия

. Таким образом, реактор на быстрых нейтронах является не только энергетической установкой, но и размножителем горючего для реактора. Недостаток – необходимость обогащения урана легким изотопом.

Энергия в ядерных реакциях выделяется не только за счет деления тяжелых ядер, но и за счет соединения легких. Для соединения ядер необходимо преодолеть кулоновскую силу отталкивания, что возможно при температуре плазмы около 10⁷–10⁸ К. Примером термоядерной реакции служит синтез гелия из дейтерия и трития

или . При синтезе 1 грамма гелия выделяется энергия, эквивалентная сжиганию 10 тонн дизельного топлива. Управляемая термоядерная реакция возможна при нагревании ее до соответствующей температуры путем пропускания через нее электрического тока или с помощью лазера.

75. Биологическое действие ионизирующих излучений. Защита от радиации. Применение радиоактивных изотопов.

Мерой воздействия любого вила излучения на вещество является поглощенная доза излучения. Единицей дозы является грэй, равный дозе, которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия в 1 джоуль. Т.к. физическое воздействие любого излучения на вещество связано не столько с нагреванием, сколько с ионизацией, то введена единица экспозиционной дозы, характеризующей ионизационное действие излучения на воздух. Внесистемной единицей экспозиционной дозы является рентген, равный 2.58×10^-4Кл/кг. При экспозиционной дозе в 1 рентген в 1 см³ воздуха содержится 2 миллиарда пар ионов. При одинаковой поглощенной дозе действие различных видов облучения неодинаково. Чем тяжелее частица – тем сильнее ее действие (впрочем, более тяжелую и задержать легче). Различие биологического действия излучения характеризуется коэффициентом биологической эффективности, равном единице для гамма-лучей, 3 для тепловых нейтронов, 10 для нейтронов с энергией 0.5 МэВ. Доза, умноженная на коэффициент, характеризует биологическое действие дозы и называется эквивалентной дозой, измеряется в зивертах. Основным механизмом действия на организм является ионизация. Ионы вступают в химическую реакцию с клеткой и нарушают ее деятельность, что приводит к гибели или мутации клетки. Естественный фон облучения составляет в среднем 2 мЗв в год, для городов дополнительно +1 мЗв в год.

76. Абсолютность скорости света. Элементы СТО. Релятивистская динамика.

Опытным путем было установлено, что скорость света не зависит от того, в какой системе отсчета находится наблюдатель. Также невозможно разогнать ни одну элементарную частицу, например электрон, до скорости, равной скорости света. Противоречие между этим фактом и принципом относительности Галилея был разрешен А.Эйнштейном. Основу его [специальной] теории относительности составили два постулата: любые физические процессы протекают одинаково в различных инерциальных системах отсчета, скорость света в вакууме не зависит от скорости источника света и наблюдателя. Явление, описываемые теорией относительности называются релятивистскими. В теории относительности вводятся два класса частиц – те, которые движутся со скоростями, меньшими с, и с которыми можно связать систему отсчета, и те, которые движутся со скоростями равными с, с которыми нельзя связать системы отсчета. Умножив это неравенство (

) на , получим . Это выражение представляет из себя релятивистский закон сложения скоростей, совпадающий с Ньютоновским при v<<c. При любых относительных скоростях инерциальных систем отсчета V<c нельзя путем перехода из одной из них к другой изменить принадлежность движущейся частицы к определенному классу частиц.

Собственное время, т.е. то, которое действует в системе отсчета, связанной с частицей, инвариантно, т.е. не зависит от выбора инерциальной системы отсчета. Принцип относительности модифицирует это утверждение, говоря, что в каждой инерциальной системе отсчета время течет одинаково, но единого для всех, абсолютного, времени не существует. Координатное время связано с собственным временем законом

. Возведя это выражение в квадрат, получим . Величину s называют интервалом. Следствием релятивистского закона сложения скоростей является эффект Доплера, характеризующий изменение частоты колебаний в зависимости от скоростей движения источника волн и наблюдателя. При движении наблюдателя под углом Q к источнику, частота изменяется по закону . При движении удаления от источника спектр сдвигается к меньшим частотам, соответствующим большей длине волны, т.е. к красному цвету, при приближении – к фиолетовому. Импульс также изменяется при скоростях, близких к с: .

77. Элементарные частицы.

Изначально к элементарным частицам относили протон, нейтрон и электрон, позже – фотон. Когда открыли распад нейтрона – к числу элементарных частиц добавились мюоны и пионы. Их масса составляла от 200 до 300 электронных масс. Несмотря на то, что нейтрон распадается на проток, электрон и нейтрино, внутри него этих частиц нет, и он считается элементарной частицей. Большинство элементарных частиц нестабильны, и имеют периоды полураспада порядка 10^-6–10^-16с. В разработанной Дираком релятивистской теории движения электрона в атоме следовало, что у электрона может существовать двойник с противоположным зарядом. Эта частица, обнаруженная космическом излучении, называется позитроном. Впоследствии было доказано, что у всех частиц существуют свои античастицы, отличающиеся спином и (при наличии) зарядом. Также существуют истинно-нейтральные частицы, полностью совпадающие со своими античастицами (пи-нуль-мезон

и эта-нуль-мезон ). Явление аннигиляции представляет собой взаимное уничтожение двух античастиц с выделением энергии, например . По закону сохранения энергии выделяемая энергия пропорциональна сумме масс проаннигилировавших частиц. В соответствии с законами сохранения, частицы никогда не возникают поодиночке. Частицы делятся на группы, по возрастанию массы – фотон, лептоны, мезоны, барионы.

Всего существует 4 вида фундаментальных (несводимых к другим) взаимодействия – гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное. Электромагнитное взаимодействие объясняется обменом виртуальными фотонами (Из неопределенности Гейзенберга следует, что за небольшое время электрон за счет своей внутренней энергии может выпустить квант, и возместить потерю энергии захватом такого же. Испущенный квант поглощается другим, таким образом обеспечивая взаимодействие.), сильное – обменом глюонами (спин 1, масса 0, переносят "цветовой" кварковый заряд), слабое – векторными бозонами. Гравитационное взаимодействие не объясняется, но кванты гравитационного поля теоретически должны иметь массу 0, спин 2 (???).