Атомная и ядерная физика: спектры, распад, энергия связи и реакции
Дискретные квантовые энергии объясняют линейчатые спектры, а связь массы и энергии и законы сохранения — устойчивость ядер и энергию реакций.
Цели обучения
- связывать спектральные линии с энергией фотона и переходами;
- использовать закон распада, активность и период полураспада;
- различать альфа-, бета- и гамма-процессы;
- вычислять дефект массы и энергию связи;
- балансировать ядерные уравнения и трактовать $Q$-значение.
1. Энергетические уровни и спектры
Связанные электроны занимают дискретные уровни. При поглощении фотон даёт энергию $E_\gamma=hf=hc/\lambda$, точно равную разности уровней. При переходе вниз испускается фотон: $hf=E_i-E_f$. У каждого элемента свой набор уровней, поэтому линии служат спектральным «отпечатком». Непрерывный спектр возникает из плотного набора тепловых энергий, а изолированные атомы дают линейчатый спектр.
2. Радиоактивный распад
Распад отдельного ядра спонтанен и случаен, но большая совокупность описывается статистически: $N=N_0e^{-\lambda t}$, активность $A=\lambda N$, период полураспада $t_{1/2}=\ln2/\lambda$. Через $n$ периодов остаётся доля $(1/2)^n$. Единица активности — беккерель: $1\,Bq=1$ распад в секунду.