Четвертая научная революция Макс Карл Эрнст Людвиг

Четвертая научная революция

Макс Карл Эрнст Людвиг Планк немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой физики. Лауреат Нобелевской премии по физике Дата рождения: 23 апреля 1858 Место рождения: Киль Дата смерти: 4 октября 1947 (89 лет) Научная сфера: теоретическая физика Место работы: Мюнхенский ун. Кильский университет Берлинский университет

Еще в конце XIX века большинство ученых склонялись к точке зрения, что физическая картина мира в основном построена и останется в дальнейшем незыблемой. Предстоит уточнять лишь детали. Но в первые десятилетия XX века физические воззрения изменились коренным образом. Это было следствием «каскада» научных открытий, сделанных в течение чрезвычайно короткого исторического периода, охватывающего последние годы XIX столетия и первые десятилетия XX века. В 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель (18521908) открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли. В его исследование включились французские физики, супруги Пьер Кюри (1859 -1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867 -1934). В 1898 году были открыты новые элементы, также обладающие свойством испускать «беккерелевы лучи» , — полоний и радий. Это свойство супруги Кюри назвали радиоактивностью. А годом раньше, в 1897 году, в лаборатории Кавендиша в Кембридже при изучении электрического разряда в газах (катодных лучей) английский физик Джозеф Джон Томсон (18561940) открыл первую элементарную частицу — электрон. В 1911 году знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд

Открытие радиоактивности

Антуан Анри Беккерель французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике и один из первооткрывателей радиоактивности. . В 1892 г. он стал третьим человеком из их семьи, который возглавил кафедру физики в Muséе National d'Histoire Naturelle. Дата рождения: 15 декабря 1852 Место рождения: Париж, Франция Дата смерти: 25 августа 1908 (55 лет) Страна: Франция Научная сфера: физика

Открытие Явление радиоактивности было открыто А. Беккерелем 1 марта 1896 года при случайных обстоятельствах. Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик своего стола и, чтобы на них не попал видимый свет, он придавил их куском соли урана. После проявления и исследования он заметил почернение пластинки, объяснив это излучением солью урана невидимых лучей. От солей урана Беккерель перешёл к чистому металлическому урану и Опыт Беккереля

Открытие Изображение фотопластинки Беккереля, которая была засвечена излучением солей урана. Ясно видна тень металлического мальтийского креста, помещённого между пластинкой и солью урана. Кусок соли урана без предварительного освещения испускал невидимые лучи, действовавшие на фотопластинку через непрозрачный экран. Беккерель немедленно ставит повторные опыты. Оказалось, что соли урана сами по себе без всякого внешнего воздействия испускают невидимые лучи, засвечивающие фотопластинку и проходящие через непрозрачные слои. 2 марта 1896 г Беккерель сообщил о своем открытии.

Радиоактивное излучение Радиоактивность появились на земле со времени ее образования , и человек за всю историю развития своей цивилизации находился под влиянием естественных источников радиации. Земля подвержена радиационному фону, источниками которого служат излучения Солнца, космическое излучение, излучение от залегающих в Земле радиоактивных элементов.

Джозеф Джон Томсон английский физик, удостоенный в 1906 Нобелевской премии по физике за работы, которые привели к открытию электрона. Работы относятся к атомной и ядерной физике, квантовой механике Дата рождения 18 декабря 1856 Место рождения: Великобритания Дата смерти: 30 августа 1940 (83 года) Научная сфера: Физика Место работы: Кембриджский ун-т

Открытие электрона Д. Д. Томсон Схема опыта Д. Д. Томсона по «изучению Электрон – это первая открытая элементарная частица, являющаяся материальным носителем наименьшей массы и наименьшего электрического заряда в природе. Это произошло 29 апреля 1897 года, когда профессор Кембриджского университета, английский физик Джозеф Томсон, объявил о своем открытии электрона. Открытие было сделано в результате изучения газового разряда.

Открытие новых радиоактивных элементов Мария Склодовская-Кюри обнаружила излучения тория. Позже она с мужем открыла неизвестные ранее элементы: полоний, радий. Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными. Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри

Эрне ст Ре зерфорд - Дата рождения: Место рождения: Дата смерти: Страна: Научная сфера: Место работы: британский физик новозеландского происхождения. Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную модель атома. Лауреат Нобелевской премии по химии Открыл альфа- и бета-излучение, короткоживущий изотоп радона (их несколько, сам радон ранее открыл немецкий химик) и множество 30 августа 1871 изотопов. Объяснил на основе свойств радона радиоактивность Новая Зеландия тория, открыл и объяснил радиоактивное превращение 19 октября 1937 (66 лет) химических элементов, создал Новая Зеландия — теорию радиоактивного распада, Великобритания расщепил атом азота, обнаружил протон. Доказал, что альфа-частица физика — ядро гелия. Университет Манчестера

Планетарная модель атома Резерфорда В 1911 году в Кембридже английский ученый Эрнест Резерфорд, со своими учениками проведении опытов и расчетов установили: атом любого химического элемента – как бы крохотная Солнечная система, с положительно заряженным ядром в центре подобно Солнцу и движущимися вокруг него отрицательно заряженными электронами вместо планет. Поэтому такую модель атома, предложенную Резерфордом, называют планетарной. Экспериментально было доказано, что сила притяжения электронов к ядру подобна силе притяжения планет к Солнцу. Солнечная система Планетарная модель атома калия

Естественная радиоактивность - радиоактивность у неустойчивых изотопов, существующих в природе. У больших ядер нестабильность возникает вследствие конкуренции между притяжением нуклонов ядерными силами и кулоновским отталкиванием протонов. Не существует стабильных ядер с зарядовым числом Z > 83 и массовым числом A > 209. Искусственная радиоактивность - радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях.

Радиоактивность – это самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц.

Виды радиоактивных излучений В 1899 году Э. Резерфорд в результате экспериментов обнаружил, что радиоактивное излучение неоднородно и под действием сильного магнитного поля распадается на две составляющие, - и -лучи. Третью составляющую, лучи, обнаружил французский физик П. Вилард в 1900 году.

Альфа-частицы - лучи - это потоки -частиц, представляющих собой ядра атомов гелия. Они заряжены положительно. -лучи отличаются малой проникающей способностью. Они не могут пробить лист бумаги толщиной 0, 1 мм.

Бета- частица -лучи - потоки электронов, скорости которых близки к значению скорости света. Проникающая способность -лучей выше, чем -излучения. Защитой от -лучей может являться алюминиевая пластина толщиной в несколько миллиметров.

Га мма-излуче ние -лучи обладают очень высокой проникающей способностью. Чем больше атомный номер поглощающего вещества, тем лучше вещество поглощает -лучи. Проникающая способность -лучей настолько велика, что слой свинца толщиной 1 см уменьшает

Действие гамма-излучения Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество: • Фотоэффект — энергия гамма-кванта поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится ионизированным). • Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевые болезни. Стохастические эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток. Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором.

Области применения гамма-излучения: • Гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами. • Консервирование пищевых продуктов. • Стерилизация медицинских материалов и оборудования. • Лучевая терапия. • Уровнемеры. • Гамма-высотомер, измерение расстояния до поверхности приземлении спускаемых космических аппаратов. • Гамма-стерилизация специй, зерна, рыбы, мяса и других продуктов для увеличения срока хранения.

Несмотря на существенные различия, все виды радиоактивных излучений проявляют общие свойства: они обладают химическим и биологическим действием.

Деле ние ядра - процесс расщепления атомного ядра на два ядра с близкими массами. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: альфачастицы, нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Виды радиоактивного распада 1. А льфа-распа д — вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание альфа-частицы. При этом массовое число уменьшается на 4, а атомный номер — на 2. Альфа-распад наблюдается только у тяжёлых ядер (Атомный номер должен быть больше 82, массовое число должно быть больше 200) Скорость вылета альфа-частицы 9400(Nd-144)23700(Po-212 m) км/с. В общем виде формула альфа-распада выглядит следующем образом: Пример альфа-распада для изотопа 238 U:

Супруги Жолио-Кюри Французский физик Жан Фредерик Жолио женился на Ирен Кюри, дочери Мари и Пьера Кюри, которая тоже работала в этом институте. С замужеством фамилия Ирен изменилась на Жолио-Кюри, однако Фредерик тоже использовал двойную фамилию. Супруги Жолио-Кюри впервые искусственно вызвали радиоактивность, создав новые радиоактивные изотопы, не наблюдаемые до этого в природе. Явление, открытое Жолио. Кюри, получило название «искусственная радиоактивность» . Шведская Академия наук оценила принципиальную важность открытия супругов Жолио-Кюри и присудила им в 1935 г. Нобелевскую премию по химии.

Искусственная радиоактивность - радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях. 15 января 1934 г. на заседании Парижской Академии наук Фредерик Жолио и Ирен Кюри сообщили об открытии ими нового вида радиоактивности. «Нам удалось доказать что некоторые легкие элементы (бериллий, бор, алюминий) испускают положительные электроны при бомбардировке их ачастицами полония» . «Мы полагаем, —писали они, — что в случае алюминия реакция происходит следующим образом: Изотоп фосфора является радиоактивным Он обладает периодом полураспада 3 мин 15 с и испускает положительный электрон согласно реакции:

Ядерное оружие — оружие массового поражения взрывного действия, основанного на использовании ядерной энергии, освобождающейся при цепной ядерной реакции деления тяжёлых ядер. Это мощнейший вид оружия, созданный человеком, уступающий по силе взрыва лишь термоядерному оружию, и обладающий множеством поражающих факторов.

Поражающие факторы ядерного взрыва • При наземном ядерном взрыве около 50 % энергии идёт на образование ударной волны и воронки в земле, 30— 40 % в световое излучение, до 5 % на проникающую радиацию и электромагнитное излучение и до 15 % в радиоактивное заражение местности. • При воздушном взрыве нейтронного боеприпаса доли энергии распределяются: ударная волна до 10 %, световое излучение 5 — 8 % и примерно 85 % энергии уходит в проникающую радиацию (нейтронное и гамма-излучения)

Термоядерная реа кция это разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счет кинетической энергии их теплового движения. Для начала ядерной реакции, исходные атомные ядра должны преодолеть силу электростатического отталкивания между ними. Для этого они должны иметь большую кинетическую энергию. Нагревая вещество можно достичь ядерной реакции. Именно эту взаимосвязь нагревания вещества и ядерной реакции и отражает термин термоядерная реакция.

Реакция дейтерий + тритий (Топливо D-T) -самая легко осуществимая реакция Атомные ядра, имеющие небольшой электрический заряд, проще свести на нужное расстояние, поэтому тяжелые изотопы водорода являются одними из лучших видов топлива для реакции синтеза. Недостаток — выход нежелательной нейтронной радиации. Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона:

Приемущества термоядерной реакции Термоядерная реакциия практически неисчерпаемый источник энергии в управляемом термоядерном синтезе (УТС). В настоящее время научная и технологическая база не позволяет использовать УТС в промышленных масштабах. Термоядерный реактор намного безопаснее ядерного реактора в радиационном отношении. Прежде всего, количество находящихся в нем радиоактивных веществ сравнительно невелико. Энергия, которая может выделиться в результате какой-либо аварии, тоже мала и не может привести к разрушению реактора. При этом в конструкции реактора есть несколько естественных барьеров, препятствующих распространению радиоактивных веществ. Проблемой является разработка материала, способного выдержать нейтронную бомбардировку, которая, как оценивается, должна быть в 100 раз интенсивнее, чем в традиционных ядерных реакторах.

Принцип действия УТС Реакция синтеза заключается в следующем: два или больше атомных ядра в результате применения некоторой силы сближаются настолько, чтобы силы, действующие на таких расстояниях, преобладали над силами кулоновского отталкивания между одинаково заряженными ядрами, в результате чего формируется новое ядро. При создании нового ядра выделится большая энергия сильного взаимодействия.

Термоя дерное ору жие (оно же водородная бомба) - — тип ядерного оружия, разрушительная сила которого основана на использовании энергии реакции ядерного синтеза лёгких элементов в более тяжёлые (например, синтеза одного ядра атома гелия из двух ядер атомов дейтерия), при которой выделяется колоссальное количество энергии.

Устройство водородной бомбы Термоядерная бомба состоит из двух ступеней: триггера и контейнера с термоядерным горючим. Триггер — это небольшой плутониевый ядерный заряд с термоядерным усилением и мощностью в несколько килотонн. Задача триггера — создать высокую температуру и давление. Контейнер с термоядерным горючим — основной элемент бомбы. Внутри него находится термоядерное горючее — дейтерид лития-6 — и расположенный по оси контейнера плутониевый стержень, играющий роль запала термоядерной реакции.

Оболочка контейнера может быть изготовлена как из урана-238 — вещества, расщепляющегося под воздействием быстрых нейтронов Для 238 U и 239 Pu период Иллюстрация на тему распада урана-235. полураспада для спонтанного При делении тяжёлого ядра выделяется деления 1016 лет, а для 235 U ещё примерно 200 Мэ. В больше.

A Боеголовка перед взрывом; первая ступень вверху, вторая ступень внизу. Оба компонента термоядерной бомбы. B Взрывчатое вещество подрывает первую ступень, сжимая ядро плутония до сверхкритического состояния и инициируя цепную реакцию расщепления. C В процессе расщепления в первой ступени происходит импульс рентгеновского излучения, который распространяется вдоль внутренней части оболочки, проникая через наполнитель из пенополистирола. D Вторая ступень сжимается вследствие абляции (испарения) под воздействием рентгеновского излучения, и плутониевый стержень внутри второй ступени переходит в сверхкритическое состояние, инициируя цепную реакцию, выделяя огромное количество тепла. E В сжатом и разогретом дейтериде лития-6 происходит реакция слияния, испускаемый нейтронный поток является инициатором реакции расщепления тампера. Огненный шар расширяется…

Термоядерный взрыв 1 ноября 1952 года США взорвали первый термоядерный заряд. Первая в мире водородная бомба — советская РДС-6 была взорвана 12 августа 1953 года на полигоне в Семипалатинске. Устройство, испытанное США в 1952 году фактически не являлось «бомбой» , а представляла собой лабораторный образец, Советские же ученые разработали именно бомбу — законченное устройство, пригодное к практическому применению Самая крупная когда-либо взорванная водородная бомба — советская 50 -мегатонная «царь-бомба» , взорванная 30 октября 1961 года на полигоне архипелага Новая Земля.

Все вышеизложенные революционные открытия в физике перевернули ранее существующие взгляды на мир. Исчезла убежденность в универсальности законов классической механики, разрушились прежние представления о неделимости атома, о постоянстве массы, о неизменности химических элементов и т. д. Теперь уже вряд ли можно найти физика, который считал бы, что все проблемы его науки можно решить с помощью механических понятий и уравнений. Рождение и развитие атомной физики таким образом, окончательно сокрушило прежнюю механистическую картину мира.

Большой адронный коллайдер Большой адро нный колла йдер— ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно -исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований, на границе Швейцарии и Франции, недалеко от Женевы. БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659; адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть тяжёлые частицы, состоящие из кварков; коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках