Основные свойства элементарных частиц

С точки зрения ионизирующих и проникающих способностей потока элементарных частиц, в качестве основных свойств частицы следует рас­сматривать ее:

1) скорость;

2) энергию;

3) массу;

4) заряд.

1. Все элементарные частицы находятся в постоянном колебательно–вращательно–поступательном движении, скорость которого ни при каких условиях не превышает скорость света в вакууме.

Поэтому величина с = 3 ∙ 10⁸ м/с считается предельной скоростью движения частиц

Ų_ч ≤ C.

Однако при прохождении мелких частиц, электронов и позитронов через различные вещества их скорость может превышать фазовую ско­рость света для данного вещества

Ų_ч ≤ C^’ (фазовая скорость).

В этом случае на протяжении всего пути движения частицы наблю­дается специфическое свечение, которое называется излучением Вавило–ва–Черенкова, использующееся при обнаружении β–излучений.

Чем меньше масса частицы и выше ее энергия, тем с большей скоро­стью данная частица будет распространяться в пространстве.

Так нейтрино () и антинейтрино (), масса покоя которых считает­ся равной нулю, распространяются в пространстве с предельной скоро­стью – скоростью света.

Электроны и позитроны, масса которых близка к нулю, при энергии порядка 10МэВ распространяются в пространстве со скоростью на милли­онные доли процента меньше, чем скорость света.

Тяжелые протоны при той же энергии имеют скорость на 15% мень­ше, чем электроны, поэтому Ų_ч = 0,85 С.

2. Энергию элементарных частиц принято выражать во внесистем­ных единицах: в эВ и МэВ. Один эВ – это энергия, которую приобретает электрон или другая одинаковая заряжённая частица при прохождении разницы потенциалов в 1 В. Энергия теплового движения молекул и атомов при температуре 20 ºС составляет 1/40 эВ. Кинетическая энергия элементарных частиц обычно превышает 0,5 МэВ и определяется по формуле

,

где – масса покоя частицы, кг;

с – скорость света в вакууме;

– скорость частицы.

1MэВ = 10⁶эВ = 1,6 ∙ 10^-13 Дж.

4–9 МэВ – энергия α–частиц, образующихся при распаде естественных и искусственных радионуклидов;

0,1 – 3 МэВ – энергия β–частиц, образующихся при распаде естественных и искусственных радионуклидов;

0,01–3 МэВ – энергия g–частиц, образующихся при распаде естественных и искусственных радионуклидов;

10⁶ – 10^–2 – МэВ энергия отдельных гиперонов первичного космического излучения;

10⁶ МэВ – максимальная энергия, полученная с помощью ускорителей элементарных частиц;

≈ 10эВ – средняя энергия связи валентных электронов в атомах и молеку­лах;

≈ 8,5 МэВ – средняя энергия связи двух нуклонов (протона и нейтрона) внутри ядра.

Чтобы произошла ионизация вещества, необходимо оказать внешнее воздействие, энергия которого больше, чем энергия связи валент­ного электрона в атоме или молекуле (больше 10эВ). Поэтому ионизация вещества происходит под действием α, β, g – излучений, которые возни­кают в результате радиоактивных распадов и изомерных переходов естест­венных и искусственных радионуклидов под действием потоков различ­ных элементарных частиц, которые входят в состав первичного космиче­ского излучения (происходит ионизация верхних слоев атмосферы), а так­же в результате теплового движения при высокой температуре (плазма).

Чтобы происходили изменения в ядрах, необходимо либо выбить из ядра нуклон, либо вступить во взаимодействие с нуклонами ядра. Для вы­бивания из ядра нуклонов необходимо, чтобы энергия внешнего воздейст­вия превышала сумму двух энергий:

– энергию связи между нуклонами;

– энергию электромагнитного воздействия.

Поэтому в естественных условиях выбивание нуклонов из ядер на­блюдается только под действием гиперонов первичного космического из­лучения в верхних слоях атмосферы; в результате образуются новые есте­ственные радионуклиды.

В обменное взаимодействие с нуклонами ядра могут вступать только нейтроны (), которые не имеют заряда, соответственно, не наблюдается электромагнитного расталкивания с ядром.

Нейтроны взаимодействуют с ядрами при любых энергиях. В ре­зультате такого взаимодействия образуются новые искусственные радио­нуклиды.

Взаимодействие нейтронов с ²³⁸U и ²³⁵U яв­ляется источником энергии всех действующих ядерных реакторов. В ре­зультате такого взаимодействия при делении урана образуется более три­дцати различных искус-ственных радионуклидов.

Дата добавления: 2014-11-29