Vật lý nguyên tử trong các vấn đề

43

Vật lý nguyên tử trong các vấn đề

Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học Yu. A. SAMARSKY

Vật lý nguyên tử là một nhánh lớn và quan trọng của vật lý hiện đại. Nguyên tử – theo cách nói phổ biến là “không thể phân chia” – hóa ra là một thế giới khổng lồ sống theo những quy luật đặc biệt của riêng nó. Nhiều tiến bộ hiện đại trong khoa học và các ứng dụng của nó sẽ không thể thực hiện được nếu không làm sáng tỏ cấu trúc phức tạp của nguyên tử, nếu không khám phá ra các định luật chuyển động mới của các hạt vi mô - các định luật của cơ học lượng tử.

Trong số nhiều vấn đề của vật lý nguyên tử, trong bài viết này chúng ta sẽ chỉ xem xét ba vấn đề - hiệu ứng quang điện, tính rời rạc của quang phổ phát xạ và tính ổn định của nguyên tử. Trong mỗi trường hợp, trước tiên chúng tôi sẽ nhớ lại các quy định và mô hình chính xác định hiện tượng này, sau đó chúng tôi sẽ phân tích một số bài toán cụ thể.

---

Lý thuyết về hiệu ứng quang điện - hiệu ứng các electron bị bật ra khỏi một chất dưới tác dụng của ánh sáng - được A. Einstein đưa ra vào năm 1905 trên cơ sở các khái niệm lượng tử về ánh sáng. Theo những ý tưởng này, ánh sáng, giống như bức xạ điện từ nói chung, có cấu trúc sơ cấp và giống như các hạt, lan truyền trong không gian dưới dạng các phần riêng biệt. “Hạt” nhỏ nhất của bức xạ điện từ được gọi là lượng tử và sau này là photon. Năng lượng photon E là phần tỉ lệ của bức xạ v:

$$E = hv$$

(trong đó $h = 6,63 \cdot 10^{-34}$ J s là hằng số Planck) hoặc tần số tròn $\omega$:

$$E = \hbar\omega$$

(trong đó $\hbar = h/(2\pi)$ còn được gọi là hằng số Planck).

Phương trình Einstein, hay định luật bảo toàn năng lượng cho hiệu ứng quang điện, có dạng

47

ΔN = N₀ - N₀ · 2⁻τ/T = N₀(1 - 2⁻τ/T),
trong đó N₀ là số nguyên tử phóng xạ ban đầu. Theo định luật Avogadro, N₀ = Nₐ m/M, trong đó M = A × 10⁻³ kg/mol là khối lượng mol của coban. Bây giờ chúng tôi cuối cùng đã nhận được

$$C\Delta t = N_A \frac{m}{A \cdot 10^{-3}} \left(1 - 2^{-τ/T}\right) w,$$

từ đó chúng ta tìm thấy chu kỳ bán rã T:

$$T = \frac{\tau}{\log_1/2 \left(1 - \left(C\Delta t A \cdot 10^{-3}\right)/(N_A wm)\right)} \approx 5700 \text{ с} \approx 95 \text{ мин.}$$

Bài 5. Tại một thời điểm nào đó, một máy đếm bức xạ phóng xạ đặt gần thuốc flo-18 có chu kỳ bán rã ngắn được ghi nhận là I₀ = 77 lần đếm mỗi giây. Sau khoảng thời gian τ = 14 phút, số đọc giảm xuống I₁ = 70 lần đếm mỗi giây. Xác định chu kỳ bán rã của flo-18.

Máy đếm bức xạ phóng xạ ghi lại cường độ phân rã phóng xạ, được xác định bằng tốc độ thay đổi số lượng nguyên tử phóng xạ chưa phân rã

Danh sách độc giả gửi đúng lời giải

(Để bắt đầu, xem trang 38)

N. Mikhailovsky (Krasnoyarsk) 89; I. Mishenev (Minsk) 97; Y. Nasikovsky (Rivne) 85, 86, 89-91; A. Nedachin (Kyiv) 83, 85, 89-91, 95, 97; A. Nikitin (Tikhvin) 83, 89; G. Nikolashil (Tbilisi) 83, 86, 89; M. Nitsishkin (Krasnogorsk, vùng Moscow) 85; A. Nuraleev (Dneprodzerzhinsk) 85, 89; D. Orel (Vorkuta) 91; L. Petko (Minsk) 91, 95; G. Pobedezhsky (Omsk) 97; S. Politsuk (Kanev) 97; S. Reznov (Kyiv) 83, 91; A. Rosenberg (Ufa) 91; A. Rosenbain (Tartu) 95; E. Roznotsik (Kyiv) 91, 97; T. Roktsikaya (Vinnitsa) 83; V. Rubman (Odessa) 83, 85; R. Saaidak (làng Matusov, vùng Cherkasy) 83, 86, 89, 91; A. Sevenok (Vrest) 97; S. Silvestrov (Kyiv) 91; A. Sluzheev (Dimitrovgrad) 91; T. Sokolovskaya (Tselinograd) 83, 85, 89, 91, 95; D. Solovev (Ivano-Frankivsk) 89; A. Stavitsky (Baku) 83, 89; A. Stupunn (Yaroslavl) 85, 90, 91; K. Styrkas (làng Chernogolovka, vùng Moscow) 83, 85, 86, 89, 91, 95; V. Sukliyan (Odessa) 97; S. Suleimenov (làng Kulsary, vùng Guryev) 89; V. Tatsevsky (Yalta) 83, 91; I. Terekhov (Protvino) 89, 91; D. Tilza (Alma-Ata) 83, 89; A. Tkachenko (Kyiv) 83, 85; V. Tkachenko (thôn Maima, vùng Altai) 89, 91; V. Talgiridno (Minsk) 89-91; A. Usinsky (làng Ptichya, vùng Rivne) 91; G. Finkelshtein (làng Chernogolovka, vùng Moscow) 83, 85, 86, 89-91, 95; V. Furcal (Chernivtsi) 91; A. Lông thú (p/o vùng Drichin Minsk) 90, 91; P. Khil (khu định cư Ovidionol, vùng Odessa) 85, 91; I. Chaika (làng Kuznetsovsk, vùng Rivne) 91; O. Chelikov (Mogilev) 86, 89, 91; Yu. Shapiro (Bobruisk) 91; V. Shakhmurov (Baku) 89; S. Shekhtman (Kyiv) 83; G. Shudai (Zaporozhye) 91; A. Shulyak (làng Molodetskoe, vùng Cherkasy) 85, 89; A. Shezlov (Kholmsk) 85, 86; O. Yusukhno (Kyiv) 89, 91; V. Yaschchenya (Minsk) 86, 89, 91.