Физическая энциклопедия

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА


раздел физики, посвящённый изучению структуры ат. ядра, процессов радиоактивного распада и механизма яд. реакций. К Я. ф. иногда относят также физику элементарных ч-ц. Иногда разделами Я. ф. продолжают считать направления исследований, ставшие самостоят. ветвями техники, напр. ускорит. технику (см. УСКОРИТЕЛИ), яд. энергетику. Исторически Я. ф. возникла до установления факта существования атомного ядра, возраст её можно исчислять со времени открытия радиоактивности.
Обычно различают Я. ф. низких, промежуточных и высоких энергий. К Я. ф. низких энергий относят проблемы строения ядра, изучение радиоактивного распада ядер, а также исследования яд. реакций, вызываемых ч-цами с энергией до 200 МэВ. Энергии от 200 МэВ до 1 ГэВ наз. промежуточными, а свыше 1 ГэВ — высокими. Это разграничение в значит. мере условно и сложилось в соответствии с историей развития ускорит. техники. В совр. Я. ф. структуру ядра исследуют с помощью ч-ц высоких энергий, а фундаментальные св-ва элементарных ч-ц устанавливают в результате исследования радиоактивного распада ядер.
Обширной составной частью Я. ф. низких энергий явл. нейтронная физика, охватывающая исследования вз-ствий медленных нейтронов с в-вом и нд. реакции под действием нейтронов. Новой областью Я. ф. явл. изучение яд. реакций под действием многозарядных ионов. Эти реакции используются как для поиска новых тяжёлых ядер (см. ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ), так и для изучения механизма вз-ствия сложных ядер друг с другом. Отдельное направление Я. ф.— изучение вз-ствия ядер с эл-нами и фотонами (см.ФОТОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ). Все эти разделы Я. ф. тесно переплетаются друг с другом и связаны общими целями.
Арсенал эксперим. средств Я. ф. разнообразен и технически сложен. Его основу составляют ускорители заряженных ч-ц (от эл-нов до многозарядных ионов), ядерные реакторы, служащие мощными источниками нейтронов, и детекторы частиц. Для совр. яд. эксперимента характерны большие интенсивности потоков ускоренных заряж. ч-ц или нейтронов, позволяющие исследовать редкие яд. процессы и явления, и одновременная регистрация неск. ч-ц, испускаемых в одном акте яд. столкновения. Множество данных, получаемых в одном опыте, требует использования ЭВМ, сопрягаемых непосредственно с регистрирующей аппаратурой.
Центр. проблема теор. Я. ф.— квант. задача о движении мн. тел, сильно взаимодействующих друг с другом. Из теории ядра и элементарных ч-ц возникли и развились новые направления теор. физики, получившие впоследствии применение в др. областях физики и положившие начало новым матем. исследованиям (напр., обратная задача теории рассеяния и её применения к решению нелинейных уравнений в частных производных и др.). Велико прикладное значение Я. ф.; широки и разнообразны её практич. приложения — от яд. оружия и яд. энергетики до диагностики и терапии в медицине. Вместе с тем Я. ф. остаётся фундаментальной наукой, от прогресса к-рой можно ожидать выяснения глубоких свойств строения материи и открытия новых законов природы.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА

- наука о строении, свойствах и превращениях атомных ядер. В 1911 Э. Резерфорд (Е. Rutherford) установил в опытах по рассеянию а-частиц при их прохождении через вещество, что нейтральный атом состоит из очень компактного положительно заряж. ядра и сравнительно "рыхлого" отрицательного электронного облака; размер ядра ~10-13-10-12см, в то время как размер атома ~10-8см. Сразу после открытия атомного ядра стали создаваться его модели, в к-рых ядро пытались строить из известных тогда элементарных частиц- протонов и электронов. Однако началом Я. ф. можно считать 1932, когда, вскоре после открытия Дж. Чедви-ком (J. Chadwick) нейтрона, В. Гейзенберг (W. Heisenberg) и Д. Д. Иваненко (независимо) высказали гипотезу о том, что ядро состоит из нейтронов и протонов. При этом заряд ядра Z (в единицах заряда электрона) равен числу протонов, а его масса приближённо равна массе протона, умноженной на массовое числоА -полное число протонов и нейтронов (нуклонов) в ядре.

В 30-х гг. шло накопление эксперим. данных об осн. свойствах ядер: размерах, энергиях связи, магнитных иквадрупольных моментах ядер.Исследование радиоактивности и простейших ядерных реакций (под воздействием электронов, протонов, a-частиц, нейтронов) позволило получить данные о возбуждённых состояниях ядер. Наиб. долгоживущие из этих состояний получили название ядерных изомеров (см.Изомерия ядерная).В этот период выделились осн. направления эксперим. Я. ф.:ядерная спектроскопия,изучающая g-переходы в ядрах, a- и b-распады, а также энергии, спины и др. свойства основных и низколежащих возбуждённых состояний ядер, иядерные реакции.В соответствии с этим развивались теоретич. представления, позволяющие объяснить свойства основного и возбуждённых ядерных состояний и описать механизмы взаимодействия частиц с ядрами. К этому же времени относятся и первые реалистич. модели ядра (модель жидкой капли, модель оболочек) и представления об осн. механизмах ядерных реакций:прямые ядерные реакциии реакции, идущие черезсоставное ядро.

Капельная модель ядраотражает осн. свойствоядерных сил -коротко действие и связанное с ним свойство насыщения. Вследствие короткодействия нуклоны в ядре сильно взаимодействуют только с ближайшими соседями, из-за чего энергия связи ядра приближённо пропорциональна массовому числуА.Основанная на этой модели полуэмпирич.Вайцзеккера формула(1935) передаёт осн. зависимости энергии связи отАи Z.

Открытие в 1939 О. Ганном (О. Hahn)деления ядерутвердило капельную модель. Она была успешно применена Н. Бором (N. Bohr) для объяснения деления как результата конкуренции поверхностной и кулоновской энергий деформирующейся, а затем и делящейся капли. Открытие деления послужило мощным толчком для развития Я. ф. Сама же физика деления выделилась в отд. область Я. ф., в к-рой используются специфич. эксперим. и теоретич. методы.

Анализ ядерных масс позволил обнаружить в лёгких ядрах (А <40) повышенную энергию связи ядер сN=Z = A/2=2n (n -целое число), к-рые как бы состоят из a-частиц. Этот факт интерпретировался с помощью возникшей также в 30-х гг. ядерной модели, согласно к-рой такие ядра состоят из a-частиц, взаимодействующих друг с другом. Повышенная энергия связи a-частиц объясняет большую (по сравнению с соседними ядрами) энергию связи a-частичных ядер. Усовершенствованный вариант этой модели наз.нуклонных ассоциаций моделью.Эта модель с успехом применяется, в частности, для объяснения свойств лёгких ядер (8Ве,12С и т. д.).

В т. н.магических ядрах,отвечающих нек-рым значениямNи Z (2, 8, 20, 50, 82, 126), наблюдались сильные отклонения от ф-лы Вайцзеккера - аномально большие значения энергии связи. Для объяснения существования магич. ядер была выдвинутаоболочечная модель ядра,согласно к-рой магич. числа отвечают заполнению нуклонных уровней в нек-рой потенц. яме - ср. ядерном поле.

Однако все предложенные варианты ядерной потенц. ямы не давали правильных значений магич. чисел. Они были получены лишь в 40-50-х гг. М. Гёпперт-Майер (М. Goeppert-Mayer) и И. X. Йенсеном (J. Н. Jensen), включившими в это поле спин-орбитальное взаимодействие нуклонов.

Для объяснения прямых ядерных реакций, идущих с временами 10-23-10-22с, была сформулированаоптическая модель ядра,описывающая рассеяние частиц на ядрах. При описании ядерных реакций, идущих через составное ядро, использовались теориярезонансных ядерных процессови статистическая теория ядра. Понимание роли ядерных реакций вэволюции звёздпривело к формированиюядерной астрофизики.В качестве осн. источника энергиизвёздрассматриваются реакции синтеза лёгких элементов, а к образованию тяжёлых элементов приводят разнообразные и длинные цепочки ядерных превращений (см.Нуклеосинтез).

Бурное развитие испытала Я. ф. в кон. 40-х и в 50-х гг. в связи с созданием и усовершенствованием ядерного оружия и возникновениемядерной энергетики.Появились новые типыускорителей заряженных частиц,позволяющие получать потоки частиц всё более высоких энергий и имеющие хорошее энергетич. и угл. разрешение. Началось строительствоисследовательских реакторов -источников мощных пучков нейтронов.

Интенсивное накопление эксперим. данных о свойствах ядер стимулировало их теоретич. осмысление. Оболочеч-ная модель качественно объясняла наличие изомерии, магн. и квадрупольные моменты ядер и др. Однако обнаружился ряд низколежащих ядерных состояний, g-пере-ходы между к-рыми имеют интенсивности, во много раз превышающие предсказания теории. Для объяснения этой аномалии было введено представление о коллективных переходах иколлективных возбуждениях ядер,приведшее к созданию О. Бором (A. Bohr) и Б. Моттельсоном (В. R. Mottelson) в 1952 к о л л е к т и в н о й модели ядра. Они же (и независимо Дж. Рейнуотер, J. Rainwater) предположили существование несферич.деформированных ядер,что позволило успешно описать спектры и вероятности переходов в ядрах редкоземельных элементов (150<=A<=180) и актинидов (А>=220).Успешной оказалась модифицированная модель Гёпперт-Майер - Йенсена для деформир. ядер (модель Нильссона).

Успех разл. феноменологич. моделей ядра делал важным их теоретич. обоснование. Так, было неясно происхождение оболочек в системе с сильным короткодействием, а также как сочетаются столь противоречивые по физ. картине капельная и оболочечная модели ядра. Коллективная модель Бора - Моттельсона опиралась на капельную модель, однако вводимые в ней параметры - жёсткость ядра и т. н. массовый коэф.,- извлекаемые из опыта, сильно отличались от предсказаний капельной модели. Лишь в кон. 50-х - нач. 60-х гг. развитиеквантовой теории многих частицпривело к пониманию этих вопросов и к созданию совр. теории ядра. Большую роль в этом сыграли теорияядерной материиК. Бракнера (К. Brueckner) и теория конечных ферми-систем (ТКФС) А. Б. Мигдала. Теория Бракнера была одним из первых примеров практич. применения диаграммной техники (см.Фейнмана диаграммы)к реальным ядрам и позволила рассчитать объёмный член в энергии связи ядра и глубину ср. ядерного потенц. поля, исходя из известного потенциала взаимодействия свободных нуклонов. ТКФС близка к теории ферми-жид-кости (см.Квантовая жидкость),основанной на концепцииквазичастици оперирующей эфф. взаимодействием между ними (последнее задаётся с помощью неск. параметров, извлекаемых из опыта). Самосогласованная ТКФС и близкий к нейХартри - Фока методс эфф. силами позволяют путём введения неск. констант, универсальных для всех ядер (кроме самых лёгких), рассчитать большое число ядерных явлений с точностью, адекватной точности экспериментов.

Тесные связи между Я. ф. и физикойтвёрдого телавозникали неоднократно. Так, созданная в 1958 Дж. Бардином (J. Bardeen), Л. Купером (L. Cooper) и Дж. Шриффе-ром (J. Schrieffer) теориясверхпроводимостив металлах подтолкнула Бора и Моттельсона, а также (независимо) Дж. Валатина (J. Valatin) выдвинуть гипотезу осверхтекучести атомных ядер.Созданный в это же время Н. Н. Боголюбовым для описания сверхпроводимости методи -u-преобразования послужил основойсверхтекучей модели ядра(В. Г. Соловьёв, С. Т. Беляев). Важную роль в понимании значения сверхтекучести и взаимодействия между квазичастицами в коллективных свойствах ядер сыграла микроскопич. теория квадрупольных ядерных возбуждений (С. Т. Беляев, 1959). Коллективная модель интерпретировала эти возбуждения как поверхностные колебания, в то время как микроскопич. теория приводила к объёмным колебаниям - аналогу нулевого звука в фер-ми-жидкости. Это противоречие было устранено в 1972 В. А. Ходелем, показавшим, что согласование между ср. полем ядра и эфф. взаимодействием квазичастиц приводит к тому, что решения микроскопич. ур-ний для коллективных возбуждений имеют вид "квантовых капиллярных волн" - квантовых аналогов классич. колебаний жидкой капли. Их волновая ф-ция сосредоточена в осн. на поверхности ядра, но имеет и большие объёмные компоненты. Эта теория позволяет также правильно рассчитать параметры феноменологич. коллективной модели.

Развитие диаграммной техники сыграло большую роль и в теории прямых ядерных реакций; оно привело к созданию т. н. диаграммного дисперсионного метода (И. С. Шапиро). В статистич. теории ядра и в теории резонансных реакций большую роль сыграл подход, развитый Г. Фешбахом (Н. Feshbach) и названный единой теорией ядерных реакций.

Существенно отличается по физ. идеям и методам физика легчайших ядер - малонуклонных систем (А< 4). В этих случаях пытаются точно решить уравнение Шрёдингера дляАнуклонов, взаимодействующих посредством известного NN-потенциала (см.Ядерные силы).Теория одного из простейших ядер -дейтрона -была построена ещё в 30-х гг. В 60-х гг. были развиты методы точного решения проблемы 3 тел: ур-ния Фаддеева, метод гиперсферич. ф-ций и др., позволившие построить нерелятивистскую теориютритона3Н и ядра3Не. Незначительные (порядка 5%) отличия рассчитанной энергии связи этих ядер от экспериментальной позволили оценить величину 3-частич-ных ядерных сил. Их вклад в энергии связи более тяжёлых (более плотных) ядер должен быть больше и, по оценкам, может достигать 10-15%. Применение аналогичных методов для более тяжёлых ядер (обобщение ур-ния Фаддеева для систем сА>3наз. ур-нием Фаддеева-Якубовского) практически осуществлено лишь для a-частицы (ядро4Не).

Новый этап в теории ядра связан с развитием в 70- 80-х гг.квантовой хромодинамики(КХД) как теории сильных взаимодействий. Согласно этой теории, нуклоны и мезоны не являются истинно элементарными частицами, а состоят из более фундаментальных частиц:кварков(фер-мионов) иглюонов(бозонов), взаимодействующих между собой. Последовательная теория КХД нуклона пока не построена. Поэтому рано говорить о теории ядра, основанной на КХД. Однако мн. представления КХД иквар-ковые моделиадронов позволили описать ядерные реакции под воздействием частиц высоких энергий, сопровождающиеся большой передачей энергии и импульса. При этом ожидалось, что ядро должно вести себя как система свободных нуклонов и что трудно найти специфически ядерные эффекты КХД. Но такой эффект был обнаружен в 1982 Европ. мюонной коллаборацией (эффект ЕМС). Он заключается в значительном (до 15 %) отличии сеченияглубоко неупругого процессарассеяния мюонов с энергиями порядка 100 ГэВ на ядре Fе (в расчёте на нуклон) от сечения на свободном нуклоне. До сих пор нет однозначной интерпретации этого явления, однако во всех существующих объяснениях решающую роль играют чисто ядерные эффекты. Эффект ЕМС оказался важным тестом для КХД моделей нуклона: оказалось, что нек-рые модели не могут описать этот эффект, не вступая в сильное противоречие с др. ядерными свойствами. Обнаружено неск. ЕМС-подобных эффектов, и возникла новая область-релятивистская ядерная физика,объединяющая Я. ф. с физикойэлементарных частиц.

Новая область Я. ф. возникла в связи с созданием ускорителей тяжёлых ионов-физика я д р о-я д е р н ы х в з аи м о д е й с т в и й. При изучении столкновений ядер низких и ср. энергий (/А<10-20 МэВ) были обнаружены слияние и квазиделение ядер, мультифрагментация. Последнюю связывают с фазовым переходом жидкость - газ, происходящим при нагревании ядерной материи. При взаимодействии ядер ультрарелятивистских энергий ищут проявления др. гипотетич. фазовых переходов в ядерном веществе: p-конденсатный фазовый переход, переход ад-ронной материи вкварк-глюонную плазмуи др.

Лит.:Мигдал А. Б., Теория конечных ферми-систем и свойства атомных ядер, 2 изд., М., 1983; Бор О., Моттельсон Б., Структура атомного ядра, пер. с англ., т. 1-2, М., 1971-77; Соловьев В. Г., Теория атомного ядра. Ядерные модели, М., 1981.Э. Е. Саперштейн.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. ядерная физика—IstrongЯдерная физика раздел физики посвященный изучению структуры атомного ядра процессов радиоактивного распада и механизма ядерных реакций См. Ядерные реакции. emПрида...Большая Советская энциклопедия II
  2. ядерная физика—IstrongЯдерная физика раздел физики посвященный изучению структуры атомного ядра процессов радиоактивного распада и механизма ядерных реакций См. Ядерные реакции. emПрида...Большая Советская энциклопедия II
  3. ядерная физика—ядерная физикаKernphysik...Большой немецко-русский и русско-немецкий словарь
  4. ядерная физика—область физики занимающаяся изучением структуры и свв атомных ядерi ядерных превращений и элементарных частиц.i Важные направления Я. ф. нейтронная физика исследование ра...Большой энциклопедический политехнический словарь
  5. ядерная физика—ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА раздел физики охватывающий изучение структуры и свойств атомных ядер и их превращений процессов радиактивного распада и ядерных реакций....Большой энциклопедический словарь III
  6. ядерная физика—ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА раздел физики охватывающий изучение структуры и свойств атомных ядер и их превращений процессов радиактивного распада и ядерных реакций....Большой Энциклопедический словарь V
  7. ядерная физика—область физики охватывающая изучение структуры и свойств атомных ядер и их превращений процессов радиоакт. распада и ядер. реакций. Зародилась после открытия явления рад...Военный энциклопедический словарь
  8. ядерная физика—раздел физики охватывающий изучение структуры и свойств атомных ядер и их превращении процессов радиоактивного распада и ядерных реакций....Естествознание. Энциклопедический словарь
  9. ядерная физика—раздел физики в котором изучаются структура и свойства атомных ядер и их превращения радиоактивный распад деление ядер ядерные реакции. В А. Беккерель открыл явление ра...Иллюстрированный энциклопедический словарь
  10. ядерная физика—ЯДЕРНАЯ ФИЗИКАstrong раздел физики занимающийся изучением структуры и свойств атомных ЯДЕР. Главный метод исследования эксперименты по РАССЕИВАНИЮ частиц проводимые в УС...Научно-технический энциклопедический словарь
  11. ядерная физика—physique fu nuclaire...Политехнический русско-французский словарь
  12. ядерная физика—ядерна фзика....Російсько-український словник сталих словосполучень
  13. ядерная физика—atomic physics nuclear physics nuclear science...Русско-английский политехнический словарь
  14. ядерная физика—nuclear physics...Русско-английский словарь по физике
  15. ядерная физика—fisica nucleare...Русско-итальянский политехнический словарь
  16. ядерная физика—...Русско-китайский словарь
  17. ядерная физика—Atomphysik Kernphysik...Русско-немецкий политехнический словарь
  18. ядерная физика—Kernphysik f....Русско-немецкий словарь
  19. ядерная физика—Kernphysik...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
  20. ядерная физика—Kernphysik...Русско-немецкий химический словарь
  21. ядерная физика—kjernefysikk...Русско-норвежский словарь
  22. ядерная физика—nkleer fizii...Русско-турецкий словарь по строительству и архитектуре
  23. ядерная физика—ядерна фзика...Русско-украинский политехнический словарь
  24. ядерная физика—nuclonique...Русско-французский словарь по химии
  25. ядерная физика—jadern fyzika...Русско-чешский словарь
  26. ядерная физика—ядерная физика сущ. колво синонимов физика ядерка Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. ....Словарь синонимов II
  27. ядерная физика—ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА раздел физики охватывающий изучение структуры и свойств атомных ядер и их превращений процессов радиактивного распада и ядерных реакций....Современный энциклопедический словарь
  28. ядерная физика—ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА раздел физики охватывающий изучение структуры и свойств атомных ядер и их превращений процессов радиактивного распада и ядерных реакций....Энциклопедический словарь естествознания