Номер 3, страница 184 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

3. Какие единицы измерения дополнительно применяются в ядерной физике?

Решение

В ядерной физике, которая изучает процессы и объекты микромира (атомные ядра, элементарные частицы), стандартные единицы системы СИ (Системы Интернациональной) часто оказываются неудобными из-за масштабов. Поэтому наряду с ними широко используются специальные внесистемные единицы измерения.

Единица энергии – электронвольт (эВ)

Вместо джоуля (Дж) для измерения энергии частиц и ядерных процессов используется электронвольт (эВ). Один электронвольт – это энергия, которую приобретает частица с зарядом, равным элементарному заряду (например, электрон), при прохождении ею в вакууме ускоряющей разности потенциалов в 1 вольт. Его связь с единицей СИ:

$1 \text{ эВ} \approx 1.602 \times 10^{-19} \text{ Дж}$

Так как энергии в ядерной физике велики, используются кратные единицы:

• Килоэлектронвольт (кэВ): $1 \text{ кэВ} = 10^3 \text{ эВ}$

• Мегаэлектронвольт (МэВ): $1 \text{ МэВ} = 10^6 \text{ эВ}$

• Гигаэлектронвольт (ГэВ): $1 \text{ ГэВ} = 10^9 \text{ эВ}$

Например, энергия связи нуклонов в ядре составляет порядка нескольких МэВ на нуклон, а энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана, – около $200 \text{ МэВ}$.

Единица массы – атомная единица массы (а. е. м.)

Массы атомов, ядер и элементарных частиц крайне малы, поэтому вместо килограмма (кг) удобнее использовать атомную единицу массы (а. е. м.). Она определяется как 1/12 массы нейтрального атома углерода-12 ($^{12}C$).

$1 \text{ а. е. м.} \approx 1.6605 \times 10^{-27} \text{ кг}$

В силу эквивалентности массы и энергии ($E=mc^2$), массу частиц часто выражают в энергетических единицах – МэВ/с² (мегаэлектронвольт на скорость света в квадрате) или просто МэВ, принимая $c=1$.

$1 \text{ а. е. м.} \approx 931.5 \text{ МэВ/с}^2$

Единица длины – ферми (фм)

Для измерения характерных размеров атомных ядер и радиуса действия ядерных сил используется единица длины ферми (обозначается фм или Фм), равная фемтометру.

$1 \text{ фм} = 10^{-15} \text{ м}$

Например, радиусы атомных ядер лежат в диапазоне от 1 до 10 фм.

Единица площади – барн (б)

Для характеристики вероятности протекания ядерных реакций вводится понятие эффективного поперечного сечения. Единицей его измерения служит барн (б).

$1 \text{ б} = 10^{-28} \text{ м}^2 = 100 \text{ фм}^2$

Эта величина по порядку величины соответствует площади поперечного сечения тяжелого ядра, что и послужило источником для названия: для бомбардирующей частицы такая площадь казалась "огромной, как сарай" (англ. barn).

Ответ: В ядерной физике дополнительно к системе СИ применяются следующие специальные единицы измерения:
• Для энергии: электронвольт (эВ) и его кратные единицы (кэВ, МэВ, ГэВ).
• Для массы: атомная единица массы (а. е. м.), а также ее энергетический эквивалент (например, МэВ/с²).
• Для длины: ферми (фм), равный $10^{-15}$ м.
• Для площади (эффективного сечения): барн (б), равный $10^{-28}$ м².