Реакции с тяжелыми ионами предоставляют уникальную возможность получить ядра вблизи границ стабильности и проникнуть в область химических элементов второй сотни. В курсе рассматриваются основы физики тяжелых ионов, а также современные тенденции в исследовании ядерных реакций. Предметом курса является одно из новых направлений ядерной физики — физика тяжелых ионов, занимающаяся исследованием ядерных реакций, переходом одних ядер в другие, синтезом новых ядер. Физика тяжелых ионов позволяет изучать коллективные ядерные процессы, характеризуемые предельно большими изменениями ядерной формы, сильным перераспределением энергии между различными степенями свободы систем. Дана классификация ядерных реакций с тяжелыми ионами и их анализ с точки зрения новых изотопов у границ ядерной стабильности. Рассматриваются возможности современных ускорителей для синтеза ядер с использованием ядерных реакций с тяжелыми ионами. На примерах показана связь исследований в области физики тяжелых ионов с прикладными исследованиями: ядерная медицина, радиационная физика твердого тела. Отдельный модуль курса посвящен вопросам истории образования Вселенной с точки зрения физики элементарных частиц, ядерной физики. Обсуждается проблема нуклеосинтеза и непосредственная связь ядерно-физических экспериментов, с астрофизическими явлениями.
История образования Вселенной. Часть 1
Loading...
Do curso por National Research Nuclear University MEPhI
Физика тяжелых ионов
classificações
Conheça os instrutores
Пенионжкевич Юрий ЭрастовичДоктор физико-математических наук
Кафедра экспериментальных методов ядерной физики
Тема моей сегодняшней лекции: ядерная астрофизика.
Почему ядерная? Потому что очень много процессов,
происходящих во Вселенной, в так называемом макромире,
объясняется или моделируется процессами,
происходящими в микромире.
То есть методами ядерной физики на ускорителях,
в лабораторных условиях.
Мы в первую очередь поговорим об истории
образования Вселенной, опять с точки зрения
физики элементарных частиц и ядерной физики.
Мы обсудим проблему нуклеосинтеза,
то есть образование элементов во Вселенной,
которая тоже в принципе,
моделируется ядерными реакциями на ускорителях,
ускорителях элементарных частиц или тяжелых ионов.
И наконец непосредственная связь
ядерно-физических экспериментов,
то есть экспериментов, проводимых на ускорителях,
еще раз в лабораторных условиях,
и проблемами, или так сказать, явлениями астрофизическими.
Значит, ядерная астрофизика зародилась в 65-м году,
когда при настройке радиотелескопа
был обнаружен, случайно, надо сказать,
обнаружено существование некого изотропного шума,
который был назван реликтовым излучением Вселенной.
После этого было определено,
что по интенсивности это излучение соответствует
излучению абсолютного черного тела
при температуре 30°К.
Был сформулирован закон Хаббла, так называемый,
что красное смещение излучений,
испускаемых галактиками, пропорционально
удаленности от этих галактик,
и в соответствии с этим, используя опять
представления о движении тел,
которые определяются эффектом Доплера,
была получена картина расширяющейся Вселенной,
в которой галактики разлетаются.
Вот это в 65-м году впервые было определено, получено,
я считаю, что вот, с этого момента,
с этого года, а это почти 50 лет,
начинает развиваться эта наука,
которую я называю ядерная астрофизика.
Таким образом, если экстраполировать, вот ситуацию,
которая существует сейчас, я позже об этом скажу,
так называемая звездная эра, в прошлое,
то можно сделать вывод, что
скорость расширения Вселенной была больше,
а плотность Вселенной была выше, чем сейчас
и вообще она даже превышала плотность ядерной материи,
о чем тоже пойдет речь дальше.
Эту экстраполяцию в настоящее время ученые,
занимающиеся проблемами астрофизики,
делают до той эпохи, когда вся Вселенная
была сжата в точку,
это было около 10 млрд лет тому назад,
именно в эту эпоху и возникла наблюдаемая ныне Вселенная.
Причем возникла она в чудовищном взрыве,
так называемом большом взрыве
и вот эта теория большого взрыва,
образование и развитие Вселенной из вот такого
точечного состояния, она до сих пор имеет место,
до сих пор ее развивают, до сих пор она считается
основой теории образования нашей Вселенной.
Большой взрыв положил начало Вселенной
и всем известным физическим понятиям,
включая понятия пространство и времени.
Эволюцию Вселенной, ее развитие
можно рассматривать в виде четырех последовательных эр,
четырех последовательных фаз,
в результате смены которых,
согласно новейшим моделям, она пришла к своему
теперешнему состоянию.
Вот здесь видите плотность ее в настоящее время
10 в –30 г/см3 и температура 30°К.
Для примера, на этом слайде мы видим плотность
материи во Вселенной.
Вселенная состоит из различных объектов,
естественно, плотность которых различная.
Значит, это скопление галактик, сами галактики,
звезды, планеты, молекулы, атомы
и самые мельчайшие образования,
это элементарные частицы, и наконец, поля:
электромагнитное и гравитационное.
И вот здесь показаны внизу плотности этих объектов,
это вот атомное ядро 10 в 14 г/см3,
наиболее плотное состояние материи,
это планеты звезды 10 г/см3,
и наконец, средняя плотность барионной материи
во Вселенной, которая составляет 10 в –31 г/см3.
Вот в этих моделях, так называемых четырех эрах,
которые соответствуют развитию и динамике,
развитию Вселенной, показано, что Вселенная
ведет себя, как абсолютно черное тело,
температура и плотность которого очень высокие.
Плотность его больше ядерной плотности, это 10 в 15 г/см3.
Излучение этого абсолютного черного тела
состоит из известных частиц: адронов, лептонов и фотонов,
и происходит до тех пор, пока температура выше,
чем масса самого легкого из адронов, то есть π-мезона.
И температура соответствует вот 1,6 на 10 в 12°К.
Это соответствует первой эре,
первому этапу развития Вселенной,
так называемой адронной эре,
продолжительность которой составляет примерно
10 в –4 с после большого взрыва.
К концу этой эры плотность сравнима
с плотностью ядерного вещества,
то есть она приблизилась уже к плотности ядерного вещества
и здесь уже вполне законно, вполне справедливо,
можно использовать представление из ядерной физики.
Когда температура Вселенной становится меньше
100 МэВ, то есть это 10 в 12°К,
адроны еще остаются,
но уже не могут рождаться спонтанно, сами по себе,
в излучении абсолютно черного тела.
Теперь излучение состоит главным образом
из лептонов и фотонов.
И так остается до тех пор пока температура
выше рождения пары, электрон-позитронной пары,
которая рождает гамма-кванты с энергией
где-то, примерно, 1 МэВ.
Охлаждение от 100 МэВ до 1 МэВ,
то есть от первой эры до второй, занимает около 1 с.
Вот переход от первой эры ко второй,
которая называется лептонная эра, составляет 1 с.
То есть вы видите первые этапы рождения
и развития Вселенной, занимает очень малое время,
по сравнению с последующими этапами
и современным этапом, который называется звездная эра.
Плотность в конце лептонная, составляет 10 в 4 г/см3.
Мы видим, что плотность уменьшается.
Я хочу заметить, что вот эти цифры —
температура, плотность, они все
получены неким косвенным образом из излучений,
из наблюдения различными методами, и в том числе
методами детектирования элементарных частиц
и частиц высоких энергий и определены другие методы,
есть наблюдение космических объектов.
Эти цифры получены в результате
из данных по экспериментам,
которые проводятся на ускорителях высоких энергий,
о которых речь пойдет ниже.
Следующая эра. Радиационная эра, так называемая,
она начинается при температуре ниже 1 МэВ.
Лептоны еще существуют, как частицы,
но уже не могут рождаться спонтанно.
Это начало радиационной эры,
конец которой определяется моментом
после которого излучение, а именно фотонное излучение,
гамма-кванты, существует отдельно от вещества.
Радиационная эра заканчивается,
примерно, через 10 в 6 лет после большого взрыва.
Плотность вещества становиться больше
плотности излучения, плотности энергии фотонов
и увеличивается по мере расширения.
Это соответствует звездной эре,
которая продолжается до наших дней.
Таким образом, вот эту экстраполяцию
можно делать до той эпохи,
когда вся Вселенная была сжата в точку,
тогда и возникла при большом взрыве
и потом ее динамика, ее развитие
связано, как уже было сказано,
из четырех последовательных эр,
в результате смены которых, согласно новейшим моделям,
моделям, которые так же появились из представления
о физике элементарных частиц и ядерной физике,
она пришла к своему теперешнему состоянию,
так называемой звездной эре.
Плотность вещества во Вселенной,
в наше время, в звездной эре составляет 10 –30 г/см3,
температура около 30°К.
Explore nosso catálogo
Registre-se gratuitamente e obtenha recomendações, atualizações e ofertas personalizadas.
O Coursera proporciona acesso universal à melhor educação do mundo fazendo parcerias com as melhores universidades e organizações para oferecer cursos on-line.
© 2019 Coursera Inc. Todos os direitos reservados.
