Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

Я́ДЕРНАЯ ФИ́ЗИКА

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 35. Москва, 2017, стр. 627-628

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: И. М. Капитонов

Я́ДЕРНАЯ ФИ́ЗИКА, нау­ка о строе­нии, свой­ст­вах и пре­вра­ще­ни­ях атом­ных ядер. Ба­зи­ру­ет­ся на экс­пе­рим. дан­ных о ра­дио­ак­тив­но­сти и ядер­ных ре­ак­ци­ях. В экс­пе­ри­мен­тах ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся ис­точ­ни­ки проб­ных час­тиц (гл. обр. ус­ко­ри­те­ли за­ря­жен­ных час­тиц), при­ме­ня­ют разл. ме­то­ды ре­ги­ст­ра­ции про­дук­тов пре­вра­ще­ний атом­ных ядер. Тео­ре­тич. ос­но­вой Я. ф. яв­ля­ет­ся кван­то­вая фи­зи­ка, за­ко­нам ко­то­рой под­чи­ня­ют­ся атом­ные яд­ра и час­ти­цы.

За­ро­ж­де­ни­ем Я. ф. мож­но счи­тать от­кры­тие А. А. Бек­ке­ре­лем яв­ле­ния ра­дио­ак­тив­но­сти (1896). К 1903 бы­ло ус­та­нов­ле­но су­ще­ст­во­ва­ние трёх ви­дов ра­дио­ак­тив­ных из­лу­че­ний, на­зван­ных α-, β- и γ-из­лу­че­ния­ми, и вы­яв­ле­на их при­ро­да. В 1911 Э. Ре­зер­форд от­крыл су­ще­ст­во­ва­ние яд­ра атом­но­го, в 1913 Н. Бор пред­ло­жил кван­то­вую мо­дель ато­ма. Я. ф. как фун­дам. нау­ка на­ча­ла фор­ми­ро­вать­ся в 1932, ко­гда Дж. Чед­вик от­крыл ней­трон, а В. Гей­зен­берг, рос. фи­зик Д. Д. Ива­нен­ко и Э. Май­о­ра­на не­за­ви­си­мо вы­ска­за­ли ги­по­те­зу о том, что яд­ро со­сто­ит из ней­тро­нов и про­то­нов.

Яд­ро ато­ма – это кван­то­вая сис­те­ма, со­стоя­щая из ну­кло­нов, ме­ж­ду ко­то­ры­ми дей­ст­ву­ют мощ­ные ядер­ные си­лы, очень бы­ст­ро спа­даю­щие с рас­стоя­ни­ем. Точ­но­го опи­са­ния по­доб­ной сис­те­мы до сих пор не су­ще­ст­ву­ет (по­сле­до­ва­тель­ное ре­ше­ние про­бле­мы струк­ту­ры атом­ных ядер воз­мож­но толь­ко в рам­ках кван­то­вой хро­мо­ди­на­ми­ки), по­это­му струк­ту­ру и ди­на­ми­ку ядер­ной ма­те­рии опи­сы­ва­ют при по­мо­щи разл. ядер­ных мо­де­лей, ка­ж­дая из ко­то­рых рас­смат­ри­ва­ет ка­кую-то оп­ре­де­лён­ную со­во­куп­ность свойств атом­но­го яд­ра.

В т. н. кол­лек­тив­ных мо­де­лях яд­ра пред­по­ла­га­ет­ся, что боль­шие груп­пы ну­кло­нов внут­ри яд­ра ока­зы­ва­ют­ся силь­но свя­зан­ны­ми, во­вле­ка­ясь при ядер­ных воз­бу­ж­де­ни­ях в со­гла­со­ван­ные дви­же­ния. Та­ко­ва, напр., ка­пель­ная мо­дель яд­ра, с по­мо­щью ко­то­рой Н. Бор, Дж. А. Уи­лер и Я. И. Френ­кель в 1939 опи­са­ли гл. осо­бен­но­сти толь­ко что от­кры­то­го О. Га­ном и Ф. Штрасс­ма­ном про­цес­са де­ле­ния атом­ных ядер. В т. н. мик­ро­ско­пич. мо­де­лях рас­смат­ри­ва­ет­ся по­ве­де­ние отд. ну­кло­нов в не­ко­то­ром сред­нем по­ле (соз­дан­ном ос­таль­ны­ми ну­кло­на­ми) в пред­по­ло­же­нии, что в этом по­ле ну­кло­ны ве­дут се­бя как не­за­ви­си­мые час­ти­цы. Та­кие мо­де­ли воз­ник­ли по­сле от­кры­тия ма­ги­ческих ядер с оп­ре­де­лён­ным чис­лом ну­кло­нов, имею­щих ано­маль­но боль­шую энер­гию свя­зи и по­вы­шен­ную рас­про­стра­нён­ность. Для объ­яс­не­ния струк­ту­ры та­ких ядер М. Гёп­перт-Май­ер и Х. Йен­сен в 1949 раз­ра­бо­та­ли обо­ло­чеч­ную мо­дель яд­ра. Объ­е­ди­няя обо­ло­чеч­ную и кол­лек­тив­ную мо­де­ли яд­ра, О. Бор и Б. Мот­тель­сон соз­да­ли обоб­щён­ную мо­дель яд­ра. С от­кры­ти­ем ги­гант­ских ре­зо­нан­сов в эф­фек­тив­ных се­че­ни­ях ядер­ных ре­ак­ций был раз­ра­бо­тан но­вый класс кол­лек­тив­ных ядер­ных мо­де­лей, в ко­то­рых уда­лось ре­шить од­ну из важ­ней­ших про­блем Я. ф. – на язы­ке по­ве­де­ния отд. ну­кло­нов по­ка­зать, как фор­ми­ру­ет­ся кол­лек­тив­ное ядер­ное воз­бу­ж­де­ние.

Опи­са­ние ядер­ных ре­ак­ций и ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да так­же в зна­чит. ме­ре но­сит мо­дель­ный ха­рак­тер. Для опи­са­ния пря­мых ядер­ных ре­ак­ций ис­поль­зу­ет­ся, в ча­ст­но­сти, оп­ти­че­ская мо­дель яд­ра. Ста­дии рас­па­да воз­бу­ж­дён­ных ядер­ных со­стоя­ний опи­сы­ва­ют­ся в т. н. эк­си­тон­ной и ис­па­ри­тель­ной мо­де­лях, ядер­ные ре­ак­ции под дей­ст­ви­ем элек­тро­маг­нит­ных сил в об­лас­ти энер­гий вы­ше ги­гант­ских ре­зо­нан­сов – в ква­зи­дей­трон­ной мо­дели и т. д. Точ­ное опи­са­ние ядер, со­стоя­щих из ма­ло­го чис­ла ну­кло­нов (до че­ты­рёх), мо­жет быть по­лу­че­но ис­хо­дя из свойств ну­клон-ну­клон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия. С от­кры­ти­ем квар­ко­вой струк­ту­ры ну­кло­нов поя­ви­лась воз­мож­ность ин­тер­пре­та­ции свойств ну­клон-ну­клон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия на ос­но­ве свойств квар­ков и глюо­нов; ста­ло дос­туп­ным опи­са­ние ядер­ных ре­ак­ций, со­про­во­ж­даю­щих­ся пе­ре­да­чей боль­ших им­пуль­сов и энер­гий.

В совр. Я. ф. вы­де­ля­ют неск. на­прав­ле­ний ис­сле­до­ва­ний: ра­дио­ак­тив­ный рас­пад атом­ных ядер, ядер­ные ре­ак­ции (вклю­чая син­тез сверх­тя­жё­лых ядер), изу­че­ние струк­ту­ры яд­ра, а так­же свойств ну­клон-ну­клон­но­го взаи­мо­дей­ст­вия и ядер­ной ма­те­рии. Ряд раз­де­лов Я. ф. вы­де­ли­лись в са­мо­сто­ят. на­уч. на­прав­ле­ния: ядер­ная энер­ге­ти­ка, ней­трон­ная фи­зи­ка, ядер­ная ас­т­ро­фи­зи­ка (изу­чаю­щая нук­лео­син­тез в при­ро­де), управ­ляе­мый тер­мо­ядер­ный син­тез (УТС) и соз­да­ние тер­мо­ядер­ных ус­та­но­вок. Важ­ное при­клад­ное зна­че­ние Я. ф. про­яви­лось в соз­да­нии ядер­но­го ору­жия. Сре­ди мир­ных на­прав­ле­ний ис­поль­зо­ва­ния дос­ти­же­ний Я. ф. – ядер­ные ме­то­ды в ме­ди­ци­не, при­ме­няе­мые при ди­аг­но­сти­ке и те­ра­пии за­бо­ле­ва­ний.

Рос. учё­ные вне­сли су­ще­ст­вен­ный вклад в ста­нов­ле­ние и раз­ви­тие Я. ф. В 1928 Г. А. Га­мов по­стро­ил кван­то­воме­ха­нич. тео­рию α-рас­па­да. В 1935 И. В. Кур­ча­тов и др. от­крыли изо­ме­рию атом­ных ядер. В 1939 Ю. Б. Ха­ри­тон и Я. Б. Зель­до­вич по­ка­за­ли воз­мож­ность осу­ще­ст­в­ле­ния цеп­ной ре­ак­ции де­ле­ния ядер ура­на. В 1940 Г. Н. Флё­ров и К. А. Пет­ржак от­кры­ли спон­тан­ное де­ле­ние ядер ура­на. В 1944 В. И. Векс­лер от­крыл прин­цип ав­то­фа­зи­ров­ки, что при­ве­ло к раз­ви­тию ус­ко­ри­тель­ной тех­ни­ки. В 1945 А. Б. Ми­гдал пред­ска­зал су­ще­ст­во­ва­ние ги­гант­ско­го ди­поль­но­го ре­зо­нан­са атом­ных ядер, от­кры­то­го позд­нее. Ма­те­ма­тич. ме­то­ды, раз­ви­тые Н. Н. Бо­го­лю­бо­вым в 1946, по­слу­жи­ли ос­но­вой для соз­да­ния В. Г. Со­ловь­ё­вым и С. Т. Бе­ляе­вым сверх­те­ку­чей мо­де­ли яд­ра (1958–59). Ны­не ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти Я. ф. в РФ ве­дут­ся в Объ­е­ди­нён­ном ин­сти­ту­те ядер­ных ис­сле­до­ва­ний, Кур­ча­тов­ском ин­сти­ту­те, Ядер­ных ис­сле­до­ва­ний ин­сти­ту­те и др. Резуль­та­ты ис­сле­до­ва­ний пуб­ли­ку­ют­ся в рос. на­уч. жур­на­лах: «Ядер­ная фи­зи­ка» (с 1965), «Фи­зи­ка эле­мен­тар­ных час­тиц и атом­но­го яд­ра» (с 1970), «Ус­пе­хи фи­зи­че­ских на­ук» (с 1918) и др.

Лит.: Бор О., Мот­тель­сон Б. Струк­ту­ра атом­но­го яд­ра. М., 1971–1977. Т. 1–2; Ай­зен­берг И., Грай­нер В. Мо­де­ли ядер: Кол­лек­тив­ные и од­но­час­тич­ные яв­ле­ния. М., 1975; они же. Мик­ро­ско­пи­че­ская тео­рия яд­ра. М., 1976; Со­ловь­ев В. Г. Тео­рия атом­но­го яд­ра. Ядер­ные мо­де­ли. М., 1981; Ми­гдал А. Б. Тео­рия ко­неч­ных фер­ми-сис­тем и свой­ст­ва атом­ных ядер. 2-е изд. М., 1983.

Вернуться к началу