Quang phổ hạt nhân

42

Nhưng làm thế nào để tìm được trường và lực hấp dẫn trong trường hợp một quả bóng không tích điện? Sau đó, ngoài hình ảnh - $q_2$, phải đặt thêm một điện tích ảo + $q_2$ ở tâm hình cầu. Trường của ba điện tích này ở bên ngoài quả cầu sẽ trùng với trường của điện tích + $q_1$ và quả bóng không tích điện. Tại sao? Lưu ý rằng bề mặt của quả cầu vẫn tương đương với bề mặt ngay cả sau khi thêm điện tích thứ ba. Nhưng số đường sức đi vào bên trong quả cầu bây giờ chính xác bằng số đường sức đi ra khỏi nó - xét cho cùng, tổng điện tích bên trong quả cầu bằng không. Nhưng trường thỏa mãn các điều kiện tương tự trong trường hợp vật dẫn không tích điện! Điều này có nghĩa là chúng tôi đã tìm thấy trường chính xác. Lực hút của điện tích + $q_1$ đối với quả bóng trong trường hợp này sẽ ít hơn đáng kể - xét cho cùng, nó không chỉ bị hút vào hình ảnh - $q_2$, mà còn bị đẩy (với lực ít hơn) khỏi hình ảnh khác + $q_2$:

$$F = k \frac{q_1 q_2}{l^2} - k \frac{q_1 q_2}{L^2}.$$

A. I. Cherpouchan

Quang phổ hạt nhân

Như bạn đã biết, hạt nhân nguyên tử bao gồm các nucleon - proton và neutron, giữa chúng tác dụng lực hút hạt nhân và lực đẩy Coulomb. Điều gì có thể xảy ra với một hạt nhân khi nó va chạm với một hạt nhân, một phần hoặc lượng tử gamma khác? Ví dụ, các thí nghiệm của E. Rutherford, được thực hiện vào năm 1919, cho thấy rằng dưới tác dụng của hạt alpha, một proton có thể bị bật ra khỏi hạt nhân. Trong các thí nghiệm do D. Chadwick thực hiện vào năm 1932, người ta phát hiện ra rằng các hạt alpha có thể đánh bật neutron ra khỏi hạt nhân nguyên tử (“Vật lý 10”, § 106). Nhưng liệu quá trình sinh nở luôn kết thúc như vậy? Liệu hạt nhân nguyên tử có thể hấp thụ năng lượng nhận được trong một vụ va chạm và phân phối lại nó giữa các nucleon cấu thành của nó, từ đó làm thay đổi năng lượng bên trong của nó hay không? Điều gì sẽ xảy ra tiếp theo với một lõi như vậy?

Đáp số Những câu hỏi này được giải đáp bằng các thí nghiệm nghiên cứu sự tương tác của proton với hạt nhân nguyên tử. Kết quả của họ rất giống với kết quả thí nghiệm của Frank và Hertz về nghiên cứu các electron mới cùng với nguyên tử (“Vật lý 10”, § 96). Hóa ra là với sự tăng dần năng lượng của proton, lần đầu tiên được sử dụng với hạt nhân nguyên tử, động năng không bị chuyển hóa thành các loại năng lượng khác mà chỉ được phân phối lại giữa proton và hạt nhân nguyên tử dưới dạng một hạt. Tuy nhiên, bắt đầu từ một giá trị nhất định của năng lượng proton, cũng có thể xảy ra va chạm không đàn hồi, trong đó proton bị hạt nhân hấp thụ và truyền hoàn toàn năng lượng cho nó. Hạt nhân của mỗi đồng vị được đặc trưng bởi một tập hợp các “phần” năng lượng được xác định chặt chẽ mà nó có thể chấp nhận.

Những thí nghiệm này chứng minh rằng hạt nhân có phổ rời rạc của các trạng thái năng lượng có thể có. Như vậy, lượng tử hóa năng lượng và một số thông số khác là một tính chất không chỉ của nguyên tử mà còn của hạt nhân nguyên tử. Trạng thái của hạt nhân nguyên tử có lượng năng lượng tối thiểu được gọi là trạng thái cơ bản, hay trạng thái bình thường; trạng thái có điểm năng lượng cao hơn (so với trạng thái cơ bản) được gọi là trạng thái kích thích.

Nguyên tử thường tồn tại ở trạng thái xấp xỉ

43

10⁻⁸ giây và hạt nhân nguyên tử bị kích thích sẽ loại bỏ năng lượng dư thừa trong thời gian ngắn hơn nhiều - khoảng 10⁻¹⁵-10⁻¹⁶ giây. Giống như nguyên tử, hạt nhân bị kích thích được giải phóng khỏi năng lượng dư thừa, phát ra lượng tử bức xạ điện từ. Những lượng tử này được gọi là tia gamma (hoặc tia gamma). Một tập hợp các trạng thái năng lượng riêng biệt của hạt nhân nguyên tử tương ứng với phổ tần số riêng biệt của lượng tử gamma do chúng phát ra. Tia gamma là sóng điện từ ngang, giống như sóng vô tuyến, ánh sáng nhìn thấy hoặc tia RENTEN. Chúng là loại bức xạ điện từ có bước sóng ngắn nhất được biết đến và bước sóng tương ứng của chúng nằm trong khoảng từ khoảng 10⁻¹¹ m đến 10⁻¹³ m.

Các trạng thái năng lượng của hạt nhân nguyên tử và sự chuyển đổi của hạt nhân từ trạng thái này sang trạng thái khác với sự hấp thụ hoặc giải phóng năng lượng thường được mô tả bằng sơ đồ năng lượng tương tự như sơ đồ năng lượng của nguyên tử (“Vật lý 10”, § 94). hình thể hiện sơ đồ năng lượng của hạt nhân đồng vị sắt - 58/26 Fe, thu được trên cơ sở các thí nghiệm bắn phá proton. Lưu ý rằng mặc dù biểu đồ năng lượng của nguyên tử và hạt nhân giống nhau về mặt chất lượng, nhưng giữa chúng có những khác biệt đáng kể về mặt số lượng. Nếu cần năng lượng cỡ vài electron volt để chuyển một nguyên tử từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích, thì cần phải có năng lượng cỡ hàng trăm nghìn hoặc hàng triệu volt electron để kích thích hạt nhân nguyên tử. Sự khác biệt này là do lực hạt nhân tác dụng giữa các nucleon trong hạt nhân phần lớn vượt quá lực tương tác Coulomb của electron với hạt nhân.

Khả năng hạt nhân nguyên tử tự động chuyển từ trạng thái có nguồn cung cấp năng lượng lớn sang trạng thái có ít năng lượng hơn giải thích nguồn gốc của không chỉ bức xạ gamma mà còn cả sự phân rã phóng xạ của hạt nhân.

Nhiều dạng phổ hạt nhân có thể được giải thích nếu chúng ta sử dụng cái gọi là mô hình lớp vỏ của nguyên tử.