Eισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική Σηµείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιµέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειµένων σύµφωνα µε τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστηµονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραµ- µάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδηµαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΣΠOY EΣ ΣTIΣ ΦYΣIKEΣ EΠIΣTHMEΣ Θεµατική Ενότητα KBANTIKH ΦYΣIKH Eισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ A. AΣΗΜΑΚΟΠΟΥΛΟΣ Kαθηγητής του Tµήµατος Φυσικής του Πανεπιστηµίου Iωαννίνων ΠATPA 2004
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΣΠOY EΣ ΣTIΣ ΦYΣIKEΣ EΠIΣTHMEΣ Θεµατική Ενότητα KBANTIKH ΦYΣIKH Eισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική Συγγραφή ΠANAΓIΩTHΣ A. AΣHMAKOΠOYΛOΣ Kαθηγητής Tµήµατος Φυσικής Πανεπιστηµίου Iωαννίνων Κριτική Ανάγνωση EYΣTAΘIOΣ KOΣIONI HΣ ιευθυντής Έρευνας EKEΦE HMOKPITOΣ Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος για την επιστηµονική επιµέλεια του τόµου APIΣTEI HΣ Z ETΣHΣ Καθηγητής Tµήµατος Φυσικής Πανεπιστηµίου Πατρών Επιµέλεια στη µέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση IΩANNHΣ ΠAPΘENIOΣ Γλωσσική Επιµέλεια MAPIA MIPANTA MEΘENITH Τεχνική Επιµέλεια ΕΣΠΙ ΕΚ ΟΤΙΚΗ Ε.Π.Ε. Καλλιτεχνική Επιµέλεια TYPORAMA Σελιδοποίηση ΛY IA AΠOΣTOΛAKH Συντονισµός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιµέλεια των εκδόσεων ΟΜΑ Α ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΟΥ ΕΑΠ / 1997 2004 ISBN: 960 538 022 6 Kωδικός Έκδοσης: ΦYE 40 Copyright 2004 για την Ελλάδα και όλο τον κόσµο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Οδός Παπαφλέσσα & Υψηλάντη, 26222 Πάτρα Τηλ: 2610 314094, 314206 Φαξ: 2610 317244 Σύµφωνα µε το Ν. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασµατική αναδηµοσίευση του Βιβλίου αυτού ή η αναπαραγωγή του µε οποιοδήποτε µέσο, χωρίς την άδεια του εκδότη.
ÂÚÈÂ fiìâó K º π 1 O Ú Ó ÙÔ AÙfiÌÔ 1.1 οµικοι λίθοι, µάζα και ηλεκτρικό φορτίο... 9 1.2 Mέγεθος και σχήµα του πυρήνα... 14 1.3 υνάµεις µεταξύ νουκλεονίων... 20 1.4 Φυσικά πλαίσια της πυρηνικής φυσικής... 22 1.5 Πυρηνικές καταστάσεις και κβαντικοί αριθµοί... 23 Σύνοψη... 28 Προσδωκόµενα αποτελέσµατa... 29 K º π 2 ÚËÓÈÎ Ù ıâúfiùëù 2.1 Mάζα του πυρήνα... 31 2.2 Tο πρότυπο της υγρής σταγόνας... 38 2.2.1 Eνέργεια όγκου... 39 2.2.2 Eνέργεια επιφάνειας... 39 2.2.3 Eνέργεια Coulomb... 40 2.2.4 Eνέργεια ασυµµετρίας... 40 2.2.5 Eνέργεια σύζευξης... 41 2.2.6 H ολική ενέργεια σύνδεσης... 43 2.3 Πυρηνική σταθερότητα... 44 Σύνοψη... 54 Προσδωκόµενα αποτελέσµατa... 56
6 EI A ø H THN YPHNIKH ºY IKH K º π 3 ÚËÓÈÎ AÛÙ ıâè 3.1 Pαδιενέργεια... 57 3.2 Πιθανότητα µετάπτωσης... 62 Σύνοψη... 64 Προσδωκόµενα αποτελέσµατa... 65 K º π 4 AappleÔ È ÚÁÂÛË Aποδιέργεση α... 67 Σύνοψη... 74 Προσδωκόµενα αποτελέσµατα... 74 K º π 5 AappleÔ È ÚÁÂÛË 5.1 Eνεργειακό φάσµα σωµατίων β... 76 5.2 O ρόλος της στοφορµής... 83 5.3 Hλεκτρονική σύλληψη... 88 Σύνοψη... 92 Προσδωκόµενα αποτελέσµατα... 93 K º π 6 AappleÔ È ÚÁÂÛË Á 6.1 O τελεστής της ηλεκτροµαγνητικής αλληλεπίδρασης... 96 6.2 Eσωτερική µετατροπή... 104 Σύνοψη... 107 Προσδωκόµενα αποτελέσµατα... 108
EPIEXOMENA 7 K º π 7 AÏÏËÏÂapple Ú ÛË Ô ÓÔ ÎÏÂÔÓ ˆÓ 7.1 Eξάρτηση του δυναµικού από την απόσταση... 111 7.2 Kαταστάσεις δύο νουκλεονίων... 116 7.3 Tο δευτέριο και ο τανυστικός τελεστής... 120 7.4 Tο δυναµικό δύο νουκλεονίων όπως είναι γνωστό σήµερα... 124 Σύνοψη... 127 Προσδωκόµενα αποτελέσµατα... 129 K º π 8 ÚËÓÈÎ ÔÌ Î È apple ÚËÓÈÎ appleúfiù apple 8.1 Kεντρικό δυναµικό και ανεξάρτητη κίνηση νουκλεονίων... 132 8.2 Συµµετρίες ανταλλαγής συντεταγµένων και η απαγορευτική αρχή του Paul... 134 8.3 Tο δυναµικό αρµονικού ταλαντωτή... 138 8.4 Mαγικοί αριθµοί και το πρότυπο των φλοιών... 143 8.5 Συλλογική κίνηση νουκλεονίων... 155 Σύνοψη... 163 Προσδωκόµενα αποτελέσµατα... 165 K º π 9 ÚËÓÈÎ ÓÙÈ Ú ÛÂÈ 9.1 Kινηµατική των πυρηνικών αντιδράσεων... 167 9.2 Πυρηνική ενεργός διατοµή... 173 9.3 Eπιτάνχυση φορτισµένων σωµατίων... 178 9.4 Aνίχνευση σωµατίων... 189 9.5 Aνίχνευση ουδετερονίων... 197 9.6 Πυρηνικές αντιδράσεις και πυρηνική δοµή... 199 Σύνοψη... 207 Προσδωκόµενα αποτελέσµατα... 209
8 EI A ø H THN YPHNIKH ºY IKH K º π 10 ÛË Î È Û ÓÙËÍË 10.1 Πυρηνική σχάση... 211 10.2 Πυρηνική σύντηξη... 219 Σύνοψη... 227 Προσδωκόµενα αποτελέσµατα... 228 K º π 11 ÚËÓÈÎ º ÛÈÎ Î È appleâúè ÏÏÔÓ 11.1 Φυσική ακτινοβολία... 229 11.2 Eφαρµογές της ραδιενέργιας... 236 11.3 Eπιπτώσεις της ραδιενέργειας στον άνθρωπο και στο περιβάλλον... 244 Σύνοψη... 252 Προσδωκόµενα αποτελέσµατα... 253 Παράρτηµα... 255 Aπαντήσεις ασκήσεων αυτοαξιολόγησης... 259 Aπαντήσεις ραστηριοτήτων... 283 Βιβλιογραφία... 305