Четвертая научная революция Макс Карл Эрнст Людвиг Планк Дата рождения:23 апреля 185823 апреля1858 Место рождения:КильКиль Дата смерти:4 октября 1947. - презентация

1

2 Четвертая научная революция

3 Макс Карл Эрнст Людвиг Планк Дата рождения:23 апреля апреля1858 Место рождения:КильКиль Дата смерти:4 октября 1947 (89 лет)4 октября1947 Научная сфера:теоретическая физикатеоретическая физика Место работы:Мюнхенский ун. Кильский университет Берлинский университет Кильский университет Берлинский университет немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой физики. Лауреат Нобелевской премии по физикефизик-теоретикквантовой физики Нобелевской премии по физике

4 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 ( ) открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли. В его исследование включились французские физики, супруги Пьер Кюри ( ) и Мария Склодовская-Кюри ( ). 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 ( ) открыл первую элементарную частицу электрон. В 1911 году знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд ( ) предложил свою модель атома, которая получила название планетарной. Н. Бор, зная о модели Резерфорда и приняв ее в качестве исходной, разработал в 1913 году квантовую теорию строения атома.

5 Открытие радиоактивности

6 Дата рождения:15 декабря декабря 1852 Место рождения:Париж, ФранцияПариж Франция Дата смерти:25 августа 1908 (55 лет)25 августа1908 Страна: Франция Франция Научная сфера:физикафизика французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике и один из первооткрывателей радиоактивности.. Антуан Анри Беккерель - В 1892 г. он стал третьим человеком из их семьи, который возглавил кафедру физики в Muséе National d'Histoire Naturelle.1892Muséе National d'Histoire Naturelle

7 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 отметил, что эффект испускания лучей усилился. Опыт Беккереля

8 Открытие 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. Изображение фотопластинки Беккереля, которая была засвечена излучением солей урана. Ясно видна тень металлического мальтийского креста, помещённого между пластинкой и солью урана.

9 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.

10 Джозеф Джон Томсон - Дата рождения 18 декабря декабря1856 Место рождения:Великобритания Дата смерти:30 августа 1940 (83 года)30 августа1940 Научная сфера:ФизикаФизика Место работы: Кембриджский ун-тКембриджский ун-т 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

11 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. Д. Д. Томсон Открытие электрона Схема опыта Д. Д. Томсона по «изучению катодных лучей»

12 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

13 Эрне́ст Ре́зерфорд - британскийбританский физик новозеландского происхождения. Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную модель атома. Лауреат Нобелевской премии по химииновозеландского ядерной физикипланетарную модель атомаНобелевской премии по химии Дата рождени я : 30 августа30 августа Место рождения: Новая Зеландия Дата смерти: 19 октября19 октября 1937 (66 лет)1937 Страна: Новая Зеландия ВеликобританияНовая Зеландия Великобритания Научная сфера: физика Место работы:Университет Манчестера Открыл альфа- и бета-излучение, короткоживущий изотоп радона (их несколько, сам радон ранее открыл немецкий химик) и множество изотопов. Объяснил на основе свойств радона радиоактивность тория, открыл и объяснил радиоактивное превращение химических элементов, создал теорию радиоактивного распада, расщепил атом азота, обнаружил протон. Доказал, что альфа- частица ядро гелия.альфабета-излучениерадона изотопов теорию радиоактивного распадаальфа- частица

14 Планетарная модель атома Резерфорда Планетарная модель атома калия В 1911 году в Кембридже английский ученый Эрнест Резерфорд, со своими учениками при 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

15 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.

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

17 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. Виды радиоактивных излучений

18 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.

19 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.

20 -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 интенсивность этого излучения всего в два раза. Га́мма-излуче́ние

21 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). Фотоэффект 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.лучевые болезнионкологических заболеваний тератогенным фактором

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

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

24 Деле́ние ядра́ - процесс расщепления атомного ядра на два ядра с близкими массами. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: альфа- частицы, 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.атомного ядраальфа- частицынейтроныгамма-квантыспонтаннымэкзотермический процесс ядерных реакторахядерном оружии

25

26 Виды радиоактивного распада 1.А́льфа-распа́д 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)радиоактивного распадаальфа-частицымассовое числоатомный номерАтомный номермассовое число Скорость вылета альфа-частицы 9400(Nd-144) (Po-212m) км/с. В общем виде формула альфа-распада выглядит следующем образом: Пример альфа-распада для изотопа 238U:изотопа238U

27 Супруги Жолио-Кюри 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. 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.

28 Искусственная радиоактивность 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 а- частицами 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: - радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях.

29 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.термоядерному оружиюпоражающих факторов

30 Поражающие факторы ядерного взрыва При наземном ядерном взрыве около 50 % энергии идёт на образование ударной волны и воронки в земле, % 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)

31 Термоядерная реа́кция - это разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счет кинетической энергии их теплового движения.ядерной реакцииатомные ядра 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. кинетическую энергию

32 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. водороданейтронной радиации Два ядра: дейтерия и трития сливаются, с образованием ядра гелия (альфа-частица) и высокоэнергетического нейтрона:ядрагелияальфа-частица нейтрона

33 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. ядерного реакторарадиационномрадиоактивныхнейтронную

34 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.Реакция синтезасилы, действующие на таких расстояниях силами кулоновского отталкиванияядросильного взаимодействия

35 Термоя́дерное ору́жие (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.ядерного оружияреакции ядерного синтезагелиядейтерия энергии

36 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.

37 Оболочка контейнера может быть изготовлена как из урана-238 вещества, расщепляющегося под воздействием быстрых нейтронов быстрых нейтронов Иллюстрация на тему распада урана-235. При делении тяжёлого ядра выделяется примерно 200 МэВурана-235 Для 238 U и 239 Pu период полураспада для спонтанного деления 1016 лет, а для 235U ещё больше. 238 U 239 Puпериод полураспада235U

38 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…пенополистирола

39 Термоядерный взрыв 1 ноября1 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 применению1952 годаСШАРДС-612 августа1953 годаполигоне Семипалатинске Самая крупная когда-либо взорванная водородная бомба советская 50-мегатонная «царь-бомба», взорванная 30 октября 1961 года на полигоне архипелага Новая Земля.царь-бомба30 октября1961 годаполигонеНовая Земля

40 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.

41 Большой адронный коллайдер Большой адронный коллайдер 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 ; 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 столкновения.