Ядро. Элементарные частицы

7 Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц 1 Ядро. Элементарные
частицы
Ф7.1.1-1
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Прямая линия
соответствует равновесным значениям Zβ , соответствующим β-стабильным ядрам.
Здесь Z – порядковый номер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
1:
ядра
обладают
избытком нейтронов и
-активны
2:
ядра
обладают
избытком протонов и
-активны
3:
ядра
обладают
избытком нейтронов и
-активны*
4:
ядра
обладают
избытком протонов и
-активны
В области Z<Zβ…
Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, называются   -радиоактивными. Для области Z  Z  при
постоянном количестве нейтронов число протонов (порядковый номер) меньше нормы, значит, ядра обладают избытком
нейтронов, соответственно этот избыток должен превратиться в протоны. По определению такие ядра называются   активными.
Ответ: 3
Ф7.1.1-2
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Прямая линия
соответствует равновесным значениям Z , соответствующим β-стабильным ядрам.
Здесь Z – порядковый номер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
1:
ядра
обладают
избытком протонов и
-активны*
2:
ядра
обладают
избытком нейтронов и
-активны
3:
ядра
обладают
избытком нейтронов и
-активны
4:
ядра
обладают
избытком протонов и
-активны
В области Z>Zβ…
Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, называются   -радиоактивными. Для области Z  Z  при
постоянном количестве нейтронов число протонов (порядковый номер) больше нормы, значит, ядра обладают избытком
протонов, соответственно этот избыток должен превратиться в нейтроны. Обратно определению такие ядра называются   активными.
Ответ: 1
Ф7.1.1-3
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Прямая линия
соответствует равновесным значениям Z , соответствующим β-стабильным ядрам.
Здесь Z – порядковый номер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
1: обладают избытком
нейтронов и находятся в
области Z<Zβ*
2: обладают избытком
протонов и находятся в
области Z<Zβ
3: обладают избытком
нейтронов и находятся в
области Z>Zβ
4: обладают избытком
протонов и находятся в
области Z>Zβ
-активные ядра…
Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, называются   -радиоактивными. Для   -активных ядер
характерно, что в них происходит превращение нейтрона в протон. Это означает, что при постоянном количестве нейтронов
число протонов (порядковый номер) меньше нормы, ядра обладают избытком нейтронов. Это выполняется для области
Z  Z .
Ответ: 1
Ф7.1.1-4
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Прямая линия
соответствует равновесным значениям Z , соответствующим β-стабильным ядрам.
Здесь Z – порядковый номер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
1: обладают избытком
протонов и находятся в
области Z>Zβ*
2: обладают избытком
протонов и находятся в
области Z<Zβ
3: обладают избытком
нейтронов и находятся в
области Z>Zβ
4: обладают избытком
нейтронов и находятся в
области Z<Zβ
-активные ядра…
Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, называются   -радиоактивными. Для   -активных ядер
характерно, что в них происходит превращение протона в нейтрон. Это означает, что при постоянном количестве нейтронов
число протонов (порядковый номер) больше нормы, ядра обладают избытком протонов. Это выполняется для области Z  Z  .
Ответ: 1
Ф7.1.1-5
На рисунке показана область существования β-активных ядер. Прямая линия
соответствует равновесным значениям Z , соответствующим β-стабильным ядрам.
Здесь Z – порядковый номер элемента, а N – число нейтронов в ядре.
Ядра, нестабильные по отношению к
1: обладают избытком
протонов и находятся в
области Z>Zβ*
2: обладают избытком
протонов и находятся в
области Z<Zβ
3: обладают избытком
нейтронов и находятся в
области Z>Zβ
4: обладают избытком
нейтронов и находятся в
области Z<Zβ
-захвату…
Ядра, в которых происходит превращение нейтрона в протон, называются   -радиоактивными. Ядра, нестабильные по
отношению к e  -захвату являются   -активными. Для   -активных ядер характерно, что в них происходит превращение
протона в нейтрон. Это означает, что при постоянном количестве нейтронов число протонов (порядковый номер) больше
нормы, ядра обладают избытком протонов. Это выполняется для области Z  Z  .
Ответ: 1
Ф7.1.2-1
Ядра с долгоживущим возбуждённым состоянием называют …
1: изоспины
2: изотопы
3: изобары
4: изомеры*
Изотопический спин (изоспин) – одна из внутренних характеристик (квантовое число), определяющая число зарядовых
состояний адронов.
Изотопы – разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре.
Изобары – нуклиды, имеющие одинаковое массовое число;
Изомерия атомных ядер – явление существования у ядер атомов метастабильных (изомерных) возбуждённых состояний с
достаточно большим временем жизни.
Ответ: 4
Ф7.1.3-1
Для нуклонов верными
следующие утверждения:
являются
1: масса протона много больше массы нейтрона
2: оба нуклона обладают отличными от нуля магнитными моментами*
3: спины нуклонов одинаковы*
4: оба нуклона нейтральны
Нуклоны – частицы, из которых построены атомные ядра. Нуклоны представлены протонами и нейтронами.
масса
электрический спин
заряд
Нейтрон
939,6 МэВ
0
1/2 (фермион)
Протон
938,3 МэВ
+1
1/2 (фермион)
Магнитный момент – основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитный момент элементарных
частиц (протонов и нейтронов) обусловлен существованием у них собственного механического момента – спина, то есть они
обладают отличным от 0 магнитным моментом.
Ответы: 2,3
Ф7.1.3-2
Из перечисленных ниже частиц считается нуклоном …
1: фотон
2: электрон
3: мюон
4: нейтрон*
Нуклоны – частицы, из которых построены атомные ядра. Нуклоны представлены протонами и нейтронами.
Ответ: 4
Ф7.1.4-1
Реакция    е    е    не может идти из-за нарушения
1: электрического заряда
2: лептонного заряда*
закона сохранения …
3: барионного заряда
4: спинового момента импульса
Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы
сохраняется. Для данного уравнения этот закон выполняется согласно уравнению  1  1  0  0 .
Все представленные частицы являются лептонами, следовательно, закон сохранения барионного заряда здесь не учитывается, а
вернее выполняется по формуле 0  0 .
Лептонное число, лептонный заряд – разность числа лептонов и антилептонов в данной системе. Во всех наблюдавшихся
процессах лептонное число в замкнутой системе сохраняется. Лептонам присваивается лептонное число (по соглашению) L=+1,
для антилептонов L=−1. Для данной реакции уравнение лептонных зарядов выглядит следующим образом:
1  1  1  1  1  3 . Это противоречит закону сохранения лептонного заряда.
Ответ: 2
Ф7.1.4-2
Реакция    е    е    не может идти из-за нарушения
1: спинового момента импульса
2: лептонного заряда*
закона сохранения …
3: электрического заряда
4: барионного заряда
Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы
сохраняется. Для данного уравнения этот закон выполняется согласно уравнению  1  1  0  0 .
Все представленные частицы являются лептонами, следовательно, закон сохранения барионного заряда здесь не учитывается, а
вернее выполняется по формуле 0  0 .
Лептонное число, лептонный заряд – разность числа лептонов и антилептонов в данной системе. Во всех наблюдавшихся
процессах лептонное число в замкнутой системе сохраняется. Лептонам присваивается лептонное число (по соглашению) L=+1,
для антилептонов L=−1. Для данной реакции уравнение лептонных зарядов выглядит следующим образом:
1  1  1  1  1  3 . Это противоречит закону сохранения лептонного заряда.
Ответ: 2
Ф7.1.5-1
Установить соответствие процессов взаимопревращения частиц:
0
0
1.   - распад
А. 1 е 1 е  2
2. К-захват
3.   - распад
4. аннигиляция
1
1
0
Б. 1 р0 n 1  е   e
1: 1-Г, 2-Б, 3-В, 4-А*
2: 1-Б, 2-В, 3-А, 4-Д
3: 1-А, 2-Б, 3-Г, 4-Д
4: 1-Б, 2-Г, 3-А, 4-Д
1
0
1
В. 1 р  1 e 0 n   e
1
1
0
Г. 0 n1 p  1 e   e
Д. 0 n 1 e1 p   e
Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной частицы с ее античастицей, в результате которого они превращаются в γкванты (фотоны) электромагнитного поля или другие частицы. Например, при столкновении электрона и позитрона обе
частицы исчезают, а рождаются два γ-кванта (фотона): 10 e 01  2 .
Электронный захват, e-захват или k-захват – один из видов β-распада атомных ядер. При электронном захвате один из протонов
ядра захватывает орбитальный электрон и превращается в нейтрон, испуская электронное нейтрино: 11 p  10 e  01n   e
1
0
1
Бета-распад – тип радиоактивного распада, обусловленного слабым взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу.
При этом ядро может излучать β-частицу (электрон или позитрон). В случае испускания электрона он называется β-минус
(   ), а в случае испускания позитрона – β-плюс распадом (   ).
В   -распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино:
1
0
n  11p  10e   e .
В   -распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино: 11 p  01n  10e   e
Методом исключения из предложенных в задании вариантов получается 1-Г, 2-Б, 3-В, 4-А. Правильным же ответом является: 1Г, 2-В, 3-Б, 4-А
Ответ: 1
Ф7.1.5-2
Установить соответствие процессов взаимопревращения частиц:
1.  - распад
А.
2. К-захват
0
Б. р n 1  е   e


3.  - распад
4. аннигиляция
0
1
1
1
1: 1-Г, 2-Б, 3-В, 4-А*
2: 1-Б, 2-В, 3-А, 4-Д
3: 1-Б, 2-Г, 3-А, 4-Д
4: 1-А, 2-Б, 3-Г, 4-Д
е е  2
0
1
1
0
1
0
1
В. 1 р  1 e 0 n   e
1
1
0
Г. 0 n1 p  1 e   e
Д. 0 n 1 e1 p   e
Аннигиляция – процесс взаимодействия элементарной частицы с ее античастицей, в результате которого они превращаются в γкванты (фотоны) электромагнитного поля или другие частицы. Например, при столкновении электрона и позитрона обе
частицы исчезают, а рождаются два γ-кванта (фотона): 10 e 01  2 .
Электронный захват, e-захват или k-захват – один из видов β-распада атомных ядер. При электронном захвате один из протонов
ядра захватывает орбитальный электрон и превращается в нейтрон, испуская электронное нейтрино: 11 p  10 e  01n   e
1
0
1
Бета-распад – тип радиоактивного распада, обусловленного слабым взаимодействием и изменяющего заряд ядра на единицу.
При этом ядро может излучать β-частицу (электрон или позитрон). В случае испускания электрона он называется β-минус
(   ), а в случае испускания позитрона – β-плюс распадом (   ).
В   -распаде слабое взаимодействие превращает нейтрон в протон, при этом испускаются электрон и антинейтрино:
1
0
n  11p  10e   e .
В   -распаде протон превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино: 11 p  01n  10e   e
Методом исключения из предложенных в задании вариантов получается 1-Г, 2-Б, 3-В, 4-А. Правильным же ответом является: 1Г, 2-В, 3-Б, 4-А
Ответ: 1
Правильный ответ 2.
Ф7.1.6-1
1: q<0; S=0*
2: q<0; S=1/2
3: q>0; S=1/2
4: q>0; S=0
На рисунке показана фотография взаимодействия неизвестной частицы Х с протоном в
водородной пузырьковой камере, которое идёт по схеме
Если спин π-мезона S=0, то заряд и спин налетающей частицы будут равны …
Запишем уравнение реакции: X 11p  11p          .
Исходя из закона сохранения заряда, получаем, что заряд частицы X q  0 .
Согласно закону сохранения момента количества движения (спина), получаем S X 
частицы X S  0 .
Ответ: 1
1
1
  0  0  0 , следовательно, спин
2
2
Ф7.1.6-2
1*
2
3
Ф7.1.6-3
1*
2
3
Ф7.1.7-1
Ф7.1.7-2
1*
2
3
4
Ф7.1.8-1