Глосарій

Кількість розпадів радіоактивних ядер за одиницю часу. Активність зменшується за тим самим законом, що й кількість нерозпалих ядер: A = A0 · 2^(−t/T).

Потік ядер гелію ⁴₂He, кожна альфа-частинка складається з двох протонів і двох нейтронів, має заряд +2e та відносну атомну масу 4. Має найбільшу йонізувальну здатність, але найменшу проникну здатність — зупиняється аркушем паперу або шаром повітря 3-5 см.

Позасистемна одиниця маси, яку використовують у ядерній фізиці. 1 а. о. м. = 1,66·10⁻²⁷ кг. Енергетичний еквівалент: 1 а. о. м. ≈ 931,5 МеВ.

Потік швидких електронів (β⁻-частинок), які мають заряд -e та дуже малу масу (у 1836 разів меншу за масу протона). Швидкість β-частинок може наближатися до швидкості світла. Проникна здатність більша, ніж в альфа-випромінювання: зупиняється алюмінієм завтовшки 2-5 мм.

Трековий детектор іонізувального випромінювання, що працює на кипінні перегрітої рідини на йонах. Заряджена частинка, пролітаючи крізь камеру, йонізує молекули рідини, і на утворених йонах рідина закипає, утворюючи бульбашки пари — трек. Винайдена 1952 року Дональдом Глейзером.

Випромінювання, яке виникає, коли фотон певної енергії змушує збуджений атом перейти на нижчий енергетичний рівень і випустити другий фотон, ідентичний першому за частотою, фазою, напрямом і поляризацією. Передбачене Ейнштейном 1917 року.

Графік залежності фотоструму I від напруги U між катодом і анодом. За додатної напруги струм зростає до насичення Iнас, а за від'ємної — спадає до нуля при затримувальній напрузі −Uз. Струм насичення залежить від інтенсивності світла, а затримувальна напруга — від частоти.

Електромагнітне випромінювання з найменшою довжиною хвилі (менше ніж 0,01 нм) і найвищою частотою. Випромінюється атомними ядрами під час радіоактивних розпадів і ядерних реакцій. Має найбільшу проникну здатність, але найменшу йонізувальну здатність серед α-, β- і γ-випромінювання.

Мінімальна частота світла νmin, за якої ще можливий фотоефект для даного металу. Обчислюється за формулою νmin = Aвих/h, де Aвих — робота виходу, h — стала Планка. Відповідна гранична довжина хвилі λmax = hc/Aвих. За частоти меншої за νmin фотоефект не відбувається за жодної інтенсивності.

Графік у координатах Eк (вісь y) — ν (вісь x), що згідно з рівнянням Ейнштейна є прямою лінією Eк = hν − Aвих. Нахил прямої дорівнює сталій Планка h, перетин з віссю частот дає червону межу νmin, а продовження до осі енергій — від'ємне значення роботи виходу −Aвих.

Різниця між сумою мас окремих вільних нуклонів, з яких складається ядро, і масою самого ядра: Δm = Z·mp + N·mn − Mя. Дефект мас завжди додатний, оскільки маса ядра менша за суму мас нуклонів.

Позасистемна одиниця енергії, яку набуває електрон, пройшовши різницю потенціалів 1 В. 1 еВ = 1,6·10⁻¹⁹ Дж. Широко використовується в атомній та ядерній фізиці.

Енергія, що вивільняється або поглинається під час ядерної реакції. Обчислюється за формулою ΔE = (Mдо - Mпісля)·c², де Mдо і Mпісля — сумарні маси ядер до і після реакції. У МеВ: ΔE = Δm[а. о. м.] · 931,5.

Дискретне значення енергії, яке може мати атом у стаціонарному стані. Кожному рівню відповідає певне квантове число n (n = 1, 2, 3...), причому рівні нумерують від найнижчого (основного) до вищих (збуджених).

Мінімальна енергія, яку потрібно затратити, щоб повністю розщепити ядро на окремі вільні нуклони. Обчислюється за формулою Eзв = Δm·c², де Δm — дефект мас, c — швидкість світла у вакуумі.

Енергія, яку має нерухоме тіло завдяки своїй масі. Обчислюється за формулою E₀ = mc², де m — маса спокою, c — швидкість світла у вакуумі.

У замкненій (ізольованій) системі алгебраїчна сума електричних зарядів залишається сталою. Заряд не створюється й не зникає, а лише переходить від одного тіла до іншого.

Фізичний закон, який описує зменшення кількості радіоактивних ядер з часом: N = N0 · 2^(−t/T), де N0 — початкова кількість ядер, N — кількість нерозпалих ядер у момент t, T — період піврозпаду.

Зарядове число Z — це кількість протонів у ядрі атома. Воно дорівнює номеру хімічного елемента в періодичній системі. Позначається нижнім індексом зліва від символу елемента.

Мінімальна за модулем від'ємна напруга між катодом і анодом, за якої фотострум стає нульовим. Зв'язана з максимальною кінетичною енергією фотоелектронів: eUз = Eк max. Залежить від частоти світла, але не залежить від його інтенсивності.

Будь-який стан атома з енергією, більшою за енергію основного стану (n ≥ 2). Атом переходить у збуджений стан, поглинаючи фотон відповідної енергії.

Ізотопи — різновиди одного хімічного елемента, ядра яких мають однакову кількість протонів Z, але різну кількість нейтронів (різне масове число A). Хімічні властивості ізотопів однакові, фізичні — різні.

Векторна величина, що характеризує рух фотона; обчислюється як p = E/c = h/λ (маса спокою фотона дорівнює нулю, імпульс зумовлений його енергією). Напрям імпульсу збігається з напрямом поширення світла.

Стан активного середовища, за якого кількість атомів на верхньому енергетичному рівні більша, ніж на нижньому. Досягається накачуванням і є необхідною умовою для того, щоб вимушене випромінювання переважало над поглинанням.

Система відліку, в якій виконується перший закон Ньютона: тіло, на яке не діють інші тіла або дії скомпенсовані, зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху. У шкільному курсі інерціальною вважають систему, пов'язану із Землею.

Здатність випромінювання йонізувати атоми речовини, тобто вибивати електрони з нейтральних атомів, утворюючи заряджені йони. Найбільша в альфа-частинок, найменша в гамма-променів. Пов'язана з проникною здатністю якісно: чим сильніше частинка йонізує, тим швидше втрачає енергію і тим менше проникає.

Трековий детектор іонізувального випромінювання, що працює на конденсації перенасиченої пари на йонах. Заряджена частинка, пролітаючи крізь камеру, йонізує газ, і на утворених йонах пара конденсується в крапельки рідини, утворюючи видимий білий слід — трек. Винайдена 1912 року Чарлзом Вільсоном.

Найменша неподільна порція світлової енергії, яку може випромінити або поглинути речовина. Енергія одного кванта дорівнює hν, де h — стала Планка, ν — частота світла.

Частина повної енергії тіла, пов'язана з його рухом. Обчислюється як різниця між повною енергією та енергією спокою: Eк = E − mc². За малих швидкостей (v ≪ c) наближено дорівнює mv²/2.

Узгоджене протікання в часі двох або більше хвильових процесів. Когерентні хвилі мають однакову частоту й сталу в часі різницю фаз. Незалежні джерела світла (дві лампи) не є когерентними.

Фундаментальна властивість квантових об'єктів виявляти як хвильові (інтерференція, дифракція), так і корпускулярні (фотоефект, тиск світла) властивості залежно від умов досліду.

Мінімальна маса ділильного матеріалу (наприклад, урану-235), за якої ланцюгова реакція стає самопідтримною (k = 1). За меншої маси нейтрони вилітають назовні, і реакція згасає.

Пристрій, що створює потужний вузький пучок когерентного світла завдяки вимушеному випромінюванню. Назва походить від англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (підсилення світла вимушеним випромінюванням). Перший лазер створено 1960 року.

Самопідтримний процес, у якому нейтрони, вивільнені під час поділу одного ядра, викликають поділ інших ядер, що знову дають нейтрони. Для підтримання реакції потрібен коефіцієнт розмноження нейтронів k >= 1.

Спектр випромінювання або поглинання, що складається з окремих ліній, кожна з яких відповідає певному квантовому переходу атома між двома енергетичними рівнями. Набір ліній є унікальним для кожного хімічного елемента.

Прилад для реєстрації іонізувального випромінювання, що ґрунтується на явищі ударної іонізації газу. Являє собою газонаповнену трубку з двома електродами під високою напругою, в якій проліт зарядженої частинки викликає лавину електронів і короткий електричний імпульс. Фіксує кількість частинок, але не розрізняє їхні види й не показує траєкторію.

Найбільша кінетична енергія, яку може мати електрон, вирваний з поверхні металу внаслідок фотоефекту. Позначається mv²max/2 або Ek max, обчислюється як різниця між енергією фотона та роботою виходу: Ek max = hν − Aвих.

Маса тіла, виміряна в системі відліку, відносно якої тіло нерухоме. Є інваріантною величиною — не залежить від швидкості руху тіла. Позначається символом m і входить у формули E₀ = mc² та E = mc²/√(1 − v²/c²).

Масове число A — це загальна кількість нуклонів (протонів і нейтронів) у ядрі атома. Позначається верхнім індексом зліва від символу елемента. Масове число є цілим числом, а не точною масою ядра.

Позасистемна одиниця енергії, яку широко застосовують у ядерній фізиці. 1 МеВ = 10⁶ еВ = 1,6·10⁻¹³ Дж. Енергія зв'язку ядер становить від кількох МеВ (дейтерій ≈ 2,2 МеВ) до майже 2000 МеВ (уран-238 ≈ 1800 МеВ).

Модель атома, запропонована Дж. Томсоном до досліду Резерфорда: атом — це суцільна позитивно заряджена «куля», у якій рівномірно «вкраплені» електрони. Спростована дослідами Резерфорда (1909–1911).

Величина, що показує, як швидко змінюється значення на осі y відносно значення на осі x. Обчислюється як Δy/Δx = (y₂ − y₁)/(x₂ − x₁). За нахилом графіка x(t) визначають швидкість, за vₓ(t) — прискорення, за q(t) — силу струму.

Нейтрон — частинка, що не має електричного заряду. Маса нейтрона трохи більша за масу протона (приблизно 1,0087 а. о. м.). Разом з протонами належить до нуклонів.

Радіоактивні ядра, які ще не зазнали розпаду на даний момент часу. Їхня кількість N зменшується за законом радіоактивного розпаду N = N0 · 2^(−t/T).

Нуклон — загальна назва для протонів і нейтронів, частинок, з яких складається атомне ядро. Кількість нуклонів у ядрі дорівнює масовому числу A.

Система з двох паралельних дзеркал, розташованих по краях активного середовища лазера. Одне дзеркало повністю відбивне, друге напівпрозоре. Резонатор забезпечує багаторазове проходження фотонів крізь середовище, підсилюючи вимушене випромінювання, і формує вузький спрямований пучок.

Стан атома з найменшою можливою енергією, якому відповідає квантове число n = 1. В основному стані атом є найстабільнішим.

Час, за який розпадається половина наявних радіоактивних ядер. Позначають T. Залежить лише від виду ізотопу й не залежить від зовнішніх умов (температури, тиску, хімічного зв'язку).

Енергія зв'язку, що припадає на один нуклон: Eзв/A. Чим більша питома енергія зв'язку, тим стійкіше ядро. Максимум (близько 8,8 МеВ/нуклон) припадає на ядра середньої маси в районі заліза.

Модель атома, запропонована Е. Резерфордом у 1911 р.: у центрі атома міститься мале позитивно заряджене ядро, навколо якого рухаються електрони, подібно до планет навколо Сонця. Недолік — не пояснює стійкість атома за класичною електродинамікою.

Сума енергії спокою та кінетичної енергії тіла, що рухається. Для релятивістського тіла обчислюється за формулою E = mc²/√(1 − v²/c²).

Ядерна реакція, за якої важке ядро (наприклад, уран-235) після захоплення нейтрона розколюється на два ядра-уламки середньої маси, вивільняючи 2-3 нейтрони, гамма-випромінювання та енергію близько 200 МеВ.

Вихідне твердження спеціальної теорії відносності, яке не доводять, а приймають як основу. Існує два постулати: принцип відносності та принцип сталості швидкості світла.

Два фундаментальні твердження, сформульовані Нільсом Бором у 1913 році: перший постулат — атом перебуває лише в стаціонарних станах з дискретними енергіями; другий постулат — під час переходу між станами атом випромінює або поглинає фотон, енергія якого дорівнює різниці енергій цих станів.

Правила (Содді), які описують зміну зарядового й масового чисел ядра під час радіоактивного розпаду: для α-розпаду A зменшується на 4, Z зменшується на 2; для β⁻-розпаду A не змінюється, Z зростає на 1.

Перший постулат Ейнштейна: усі фізичні явища (механічні, електромагнітні, оптичні) відбуваються однаково в усіх інерціальних системах відліку. Жодним дослідом усередині системи не можна виявити її рівномірний прямолінійний рух.

Здатність випромінювання проходити крізь речовину без поглинання. Зростає від альфа- до гамма-випромінювання: альфа-частинки зупиняє аркуш паперу, бета-частинки — алюміній 2-5 мм, а гамма-промені потребують товстого шару свинцю або бетону. Чим більша проникна здатність, тим менша йонізувальна.

Протон — частинка з додатним елементарним зарядом +e, де e = 1,6·10⁻¹⁹ Кл. Маса протона приблизно 1 а. о. м. Разом з нейтронами належить до нуклонів. Кількість протонів у ядрі дорівнює зарядовому числу Z.

Самочинне перетворення нестійких атомних ядер, під час якого вони випускають частинки (альфа або бета) або електромагнітне випромінювання (гамма). Відкрита Анрі Беккерелем у 1896 році. Не залежить від зовнішніх умов (температури, тиску, хімічного стану), оскільки пов'язана з процесами в ядрі, а не в електронній оболонці.

Формула v = (v₁ + v₂)/(1 + v₁v₂/c²), яка описує додавання швидкостей в спеціальній теорії відносності. Результат ніколи не перевищує швидкість світла c.

Фундаментальне рівняння, що описує енергетичний баланс зовнішнього фотоефекту: енергія поглинутого фотона hν дорівнює сумі роботи виходу Aвих та максимальної кінетичної енергії фотоелектрона mv²max/2: hν = Aвих + mv²max/2.

Мінімальна енергія, яку потрібно надати електрону в металі, щоб він подолав сили притягання й вийшов за межі металу. Позначається Aвих, вимірюється в електронвольтах або джоулях. Є характеристикою матеріалу (порядку 2-5 еВ для металів).

Явище зміни напрямку руху α-частинок під час їхньої взаємодії з атомами речовини. Дослід Резерфорда з розсіювання α-частинок на золотій фользі довів існування атомного ядра.

Випромінювання, за якого збуджений атом самостійно, без зовнішньої дії, переходить на нижчий енергетичний рівень і випускає фотон. Момент, напрям і фаза випромінювання випадкові, тому фотони від різних атомів некогерентні.

Фундаментальна фізична стала, що пов'язує енергію кванта випромінювання з його частотою: E = hν. Її значення h ≈ 6,63·10⁻³⁴ Дж·с.

Один із дискретних енергетичних станів, у яких може перебувати атом згідно з першим постулатом Бора. У стаціонарному стані атом не випромінює й не поглинає енергії.

Максимальна сила фотоструму, якої досягають, коли всі фотоелектрони, вирвані за секунду, досягають анода. Подальше збільшення напруги не змінює струм. Струм насичення пропорційний інтенсивності світла.

Прилад для реєстрації іонізувального випромінювання, що ґрунтується на здатності деяких речовин (сцинтиляторів) випускати спалахи світла під дією випромінювання. Світлові спалахи вловлює фотопомножувач, який перетворює їх на електричні сигнали. Високочутливий і швидкодійний прилад.

Ядерна реакція злиття легких ядер (наприклад, дейтерію і тритію) у важче ядро, яка потребує температури в мільйони кельвінів для подолання кулонівського відштовхування і вивільняє енергію.

Тиск, який справляє електромагнітне випромінювання на поверхню тіла внаслідок передачі імпульсу фотонів. Уперше експериментально виміряний П. М. Лебедєвим (1899–1900).

Видимий слід, який залишає заряджена частинка під час руху крізь речовину детектора. Складається з йонів, утворених на шляху частинки. За довжиною, товщиною та кривизною треку визначають енергію, заряд, імпульс і масу частинки.

Електрон, вирваний з поверхні речовини внаслідок зовнішнього фотоефекту. Його максимальна кінетична енергія залежить від частоти світла, а кількість — від інтенсивності.

Метод реєстрації іонізувального випромінювання за допомогою товстошарової фотопластинки з мікрокристалами броміду срібла (AgBr). Заряджена частинка залишає в емульсії прихований слід, який після хімічного проявлення видно як ланцюжок чорних зерен металевого срібла.

Явище виривання електронів з поверхні речовини під дією світла. Розрізняють зовнішній фотоефект (електрони вилітають назовні) і внутрішній (змінюється провідність). У програмі НМТ розглядають зовнішній фотоефект.

Елементарна частинка, квант електромагнітного випромінювання. Фотон не має маси спокою, існує лише під час руху зі швидкістю світла, має енергію E = hν та імпульс p = h/λ.

Мінімальна частота світла (або максимальна довжина хвилі), за якої ще можливий зовнішній фотоефект для даної речовини. Якщо частота світла менша за червону межу, фотоефекту немає за будь-якої інтенсивності.

Фундаментальна фізична стала c ≈ 3·10⁸ м/с. Згідно з другим постулатом Ейнштейна, вона однакова в усіх інерціальних системах відліку й не залежить від руху джерела чи приймача.

Перетворення атомних ядер, яке відбувається під дією інших частинок (протонів, нейтронів, α-частинок) або γ-фотонів, унаслідок чого змінюється склад ядра й утворюються нові ядра або частинки.

Пристрій для здійснення керованої ланцюгової реакції поділу ядер. Основні складники: ядерне паливо, сповільнювач нейтронів, керувальні стрижні, теплоносій та захисна оболонка.

Ядерні (сильні) сили — сили притягання між нуклонами в ядрі. Властивості: короткодійні (діють на відстанях близько 10⁻¹⁵ м), не залежать від заряду частинок, насичуються, значно перевищують електростатичне відштовхування протонів.

Центральна частина атома, у якій зосереджені майже вся його маса і весь позитивний заряд. Розмір ядра (10^-15-10^-14 м) у десятки тисяч разів менший за розмір атома (10^-10 м).

Тип радіоактивного розпаду, під час якого ядро випускає α-частинку (ядро гелію ⁴₂He), унаслідок чого масове число A зменшується на 4, а зарядове число Z зменшується на 2.

Позитивно заряджена частинка, яка є ядром атома гелію (складається з двох протонів і двох нейтронів). У досліді Резерфорда α-частинки використовували як зонд для дослідження будови атома.

Тип радіоактивного розпаду, під час якого ядро випускає електрон (β⁻-частинку) і антинейтрино; масове число A не змінюється, а зарядове число Z зростає на 1, оскільки нейтрон перетворюється на протон.