Атомная физика — это один из самых больших разделов физики, исследующий внутреннее строение атомов и простые процессы, которые происходят только на атомном уровне и являются постоянными.
Рисунок 1. Основные формулы ядерной физики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
К атомной физике ученые непременно относят теорию элементарных частиц, методы и технику ускорителей положительно заряженных частиц, ядерную энергетику. Центральным составным элементом в этом направлении является нейтронная физика.
Статья: Атомная физика, формулы
Основы атомной физики
Современная ядерная физика условно разделяется на экспериментальную и теоретическую. Первое направление применяет такие исследовательские методы, как центральные ускорители положительно заряженных частиц, различные детекторы частиц и ядерные мощные реакторы. Экспериментальный вид атомных процессов изучает модели комплексного строения ядра и ядерные реакции, базируясь на фундаментальных физических теоремах, которые были разработан физиками-теоретиками в процессе изучения свойств микромира.
Закон радиоактивного распада можно описать в такой формуле:
$N = No • t / T$, где:
- $N$- число оставшихся ядер;
- $No$ -начальное количество ядер;
- $t$ - время;
- $T$ - период полураспада.
Ядра всех атомов исследователи делят на два масштабных класса: радиоактивные и стабильные. Последние абсолютно независимы, и поэтому способны бесконтрольно распадаться, трансформируясь в ядра других химических элементов. Такие атомные преобразования протекают зачастую со стабильными ядрами при их тесном и систематическом взаимодействии друг с другом и с различными микрочастицами.
Средняя продолжительность жизни ядер в атомной физике приравнивается $t = 1,44 T$. В этой формуле $T$ - период полураспада, а $t$ - среднее время существований мельчайших частиц.
Активность ядер ученые записывают согласно такой формуле:
$A = N / (1.44 T)$, где:
- $A$ -активность ядер;
- $N$ - количество ядер;
- $T$ - период полураспада.
В атомной физике особое внимание уделяется излучению и поглощению частиц, ведь эти процессы происходят регулярно и каждый раз трансформируются в разную энергию. Физики определяют поглощенную дозу излучения таким образом:
$D = E / m$, где:
- $D$ - поглощенная доза излучения;
- $E$ - поглощенная энергия;
- $m$ - масса самого облучаемого вещества.
Энергия связи атомных ядер
Под постоянной энергией связи в атомной физике принято понимать тот параметр, который необходим для полноценного распада ядра на отдельные нуклоны. В конце XIX столетия общественности была представлена неустойчивость мельчайших частиц, к которым исследователи отнесли атомы полония, радия и урана.
Радиоактивность – это самостоятельное и бесконтрольное испускание химических веществ благодаря действию атомов.
Изучение этого явления занимались супруги Кюри, Беккерель и Резерфорд. В процессе многолетних исследований было определено, что радиоактивные частицы способны испускать три типа излучения. Природа данных лучей крайне своеобразна и многогранна, - это универсальные электромагнитные волны с очень маленькой длиной волны (от $10^{-8}$ до $10 ^{-11}$ см), которые движутся со скоростями, близкими к скорости световой волны.
Параллельно при таких трансформациях формируется огромное количество энергии и появляется вещество совершенно нового типа, которое обладает совершенно иными химическими и физическими свойствами, чем исходный предмет.
Оно может быть радиоактивным и трансформироваться одновременно в другое вещество. Таким образом, радиоактивность предполагает спонтанное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое систематическим испусканием разнообразных частиц.
Таким образом, радиоактивность подразумевает спонтанное изменение одних ядер, которое сопровождается систематическим испусканием и поглощением разнообразных частиц.
Ядерная физика в химии
Основное использование радионуклидов и радиоактивного поглощения в химии — сфера анализа и мониторинга более качественного и количественного состава химического вещества. Это направление получило в науке название радио аналитическая химия. До официального открытия искусственной радиоактивности количество действующих радионуклидов, которые могут быть пригодны для применения в обычном анализе, было крайне ограничено. Однако постепенно были созданы другие универсальные методы, которые основываются на измерении самой радиоактивности, причем естественные элементы применялись исключительно в качестве реагентов, взаимосвязанных с другими веществами.
Гораздо шире радионуклиды начали использоваться в мониторинге только после окончательного налаживания производства необходимых искусственных радионуклидов в ядерных процессах.
Это и дало хороший толчок к развитию радио аналитической химии. Данное научное течение, которое возникло на стыке аналитического учения и прикладной радиохимии, применяет только атомные характеристики конкретных нуклидов при количественном и качественном анализе веществ.
Методы радио аналитической химии помогают исследователям точно определить элементы, обнаруживая и измеряя характеристическое нестабильное рентгеновское излучение. Причем это явление может поглощать как само анализируемое вещество, так и его радиоактивный изотоп. Изотопы зачастую присутствуют в химическом веществе, или же присоединяются к нему в результате активации. Кроме того, вполне вероятна ситуация, когда излучение формируется в результате различных процессов, происходящих с физическим телом (поглощение, отражение, рассеяние и т. д.). Доказано экспериментально, что интенсивность излучения зависит от концентрации исследуемого вещества.
Поэтому самое активное применение радио-аналитические методы наблюдается в количественном анализе. Реже они используются при радиохимическом качественном анализе, которые не позволяет определить источник излучения по периоду самого полураспада, энергии и типу испускаемого излучения. Все методы радио аналитической химии можно разделить на три группы:
- радиохимический анализ изучает все процессы, происходящие внутри различных химических веществ;
- радио аналитические методы используются для исследования систем искусственных и естественных радионуклидов;
- радио иммунологический анализ.
К указанным критериям принадлежит также активационный анализ, который основывается на детальном изучении радионуклида, что появляется в анализируемом объекте непосредственно в результате активной ядерной реакции. С точки зрения практического применения данный метод значительно сложнее индикаторного. В современной физике атомов выделяют еще и не активационные методы анализа, базирующиеся на явлениях поглощения и излучения разных видов излучений ($α$, $β$, $γ$, нейтронного и так далее) при их трансформации в исследуемое вещество. Иными словами, указанные способы ученые используют в процессе взаимодействия атома с другими веществом.
