| 21970318 23552 19854 932 1к-ром заряж. частицы, вылетающие с одного электрода (эмиттера), накапливаются на др. электроде (коллекторе), образуя разность потенциалов; 2) с преобразованием кинетич. энергии испускаемых заряж. частиц в электрич. энергию при помощи промежуточных сред - газообразных, жидких или твёрдых; в этом случае используют явления контактной разности потенциалов электродов в ионизированном газе, электрохимия, генерации энергии из радикальных и молекулярных продуктов, образующихся под действием радиоактивного излучения на электролит, а также полупроводниковые р - и-переходы. Источником заряж. частиц (b-частиц, а-частиц, осколков деления ядер) в Я. б. служат либо радиоактивные изотопы, либо нерадиоактивные элементы (напр., серебро), активируемые в ядерном реакторе при нейтронном облучении.
Н. С. Лидоренко.
ЯДЕРНАЯ БОМБА, авиационная бомба с ядерным зарядом', один из видов ядерных боеприпасов. Сбрасывается с самолётов или др. летательных аппаратов для поражения различных целей. См. также Атомная бомба.
ЯДЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ, см. Радиогеология.
ЯДЕРНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, ядерная энергетическая установка, предназначена для использования, как правило, на трансп. средствах.
Осн. сфера применения Я. с. у.- атомный флот. Это объясняется рядом преимуществ Я. с. у. перед корабельными установками на обычном топливе: практически неогранич. автономность плавания, большая мощность на валу, и, как следствие, возможность длительно использовать высокую скорость хода. Я. с. у. состоит из ядерного реактора с оборудованием и паро- или газотурбинной установки, посредством к-рых тепловая энергия, выделяющаяся в реакторе, преобразуется в механич. или в электрич. энергию. Наибольшее распространение в Я. с. у. получили водо-водяные реакторы под давлением.
Преимуществ, использование Я. с. у. на судах, в первую очередь на подводных лодках, обусловлено тем, что Я. с. у. при работе не требуют кислорода, благодаря чему подводные лодки могут более длительное время находиться в погружённом состоянии. В 1959 в Сов. Союзе было построено первое невоенное судно с Я. с. у.- атомный ледокол "Ленин". В дальнейшем были построены более мощные атомные ледоколы - "Арктика" (1974) и "Сибирь" (1977). В 60-
70-х гг. за рубежом также были построены трансп. эксперимент, суда невоенного назначения, оснащённые Я. с. у., - "Саванна" (США), "Отто Ган" (ФРГ), "Муцу" (Япония).
В разное время в ряде стран велись разработки возд. трансп. средств с Я. с. у. (самолётов, дирижаблей), однако к 1978 работа по ним не вышла за рамки технико-экономич. исследований и проектных проработок. Несколько дальше продвинулись работы по Я. с. у. для космических летательных аппаратов', напр., в США (проект Nerva) работы были доведены до стадии стендовых испытаний. Ю. И. Корякин.
ЯДЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, раздел ядерной физики, посвящённый изучению дискретного спектра ядерных состояний - определение энергии, спина, чётности, изотопического спина и др. квантовых характеристик ядра в основном в возбуждённых состояниях. Значение этих данных необходимо для выяснения структуры ядер и получения сведений о силах, действующих между нуклонами (см. Ядро атомное). Установление перечисленных характеристик производится путём измерения энергий, интенсивностей, угловых распределений и поляризаций излучении, испускаемых ядром либо в процессе радиоактивного распада, либо в ядерных реакциях. Получение спектроскопич. данных по исследованию радиоактивного распада часто наз. спектроскопией радиоактивных излучений, причём различают а-, (3- и у-спектроскопии в соответствии с типом излучений. В ядерно-спектроскопич. исследованиях, основанных на использовании ядерных реакций, отчётливо выделены 3 направления: применение т. н. прямых ядерных реакций, кулоновского возбуждения ядра и резонансных реакций. В последнем направлении особое место занимает т. н. нейтронная спектроскопия (изучение энергетич. зависимостей вероятностей ядерных реакций, вызываемых нейтронами).
Арсенал технич. средств совр. Я. с. чрезвычайно разнообразен. Он включает в себя магнитные спектрометры для измерения энергий заряж. частиц, кристалл-дифракционные спектрометры для измерения энергий -у-излучения, различные детекторы ядерных излучений, позволяющие регистрировать и измерять энергию частиц и Y-квантов по эффектам взаимодействия быстрых частиц с атомами вещества (возбуждение и ионизация атомов). Среди спектрометрич. приборов этого типа большое значение приобрели твердотельные детекторы (см. Сцинтилляционный счётчик, Полупроводниковый детектор), сочетающие сравнительно хорошее энергетич. разрешение (относит, точность измерения энергии ~ 1- 10% ) с высокой "светосилой" (доля эффективно используемого излучения), достигающей в нек-рых приборах величин, близких к 1 (энергетич. разрешение лучших магнитных спектрометров 0,1% при светосиле ок.10-3).
Благодаря появлению полупроводниковых детекторов и развитию ускорит, техники (см. Ускорители заряженных частиц), а также применению ЭВМ (для накопления и обработки эксперимент, данных и для управления экспериментом) стало возможным создание автоматизированных измерит, комплексов, позволяющих получить большие объёмы систематизированной прецизионной информации о свойствах ядер (см. рис.).
Методы Я. с. применяются практически во всех .ядерных исследованиях, а также за пределами физики (в биологии, химии, медицине, технике); напр., активационный анализ опирается на данные о схемах распада радиоактивных изотопов; Мёссбауэра эффект, первоначально использовавшийся в Я. с. как метод измерения времён жизни возбуждённых состояний ядер, применяется для исследования электронной структуры твёрдого тела, строения молекул и др. Данные Я. с. необходимы также при хим., биол. и др. исследованиях методами изотопных индикаторов.
Лит.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, пер. с англ., М., 1969. См. также лит. при ст. Ядро атомное. А. А. Сорокин.
ЯДЕРНАЯ ТЕХНИКА, отрасль техники, использующая ядерную энергию; совокупность технич. средств и организац. мероприятий, связанных с технич. использованием ядерных свойств различных веществ. Осн. направления Я. т.- реакторостроение, произ-во ядерного топлива, изготовление тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов, переработка отработавшего ядерного топлива, изотопов разделение, произ-во и применение радиоактивных изотопов, разработка методов и средств защиты организма от излучения. С Я. т. тесно связаны пром. получение конструкц. материалов для ядерных реакторов, в частности графита, тяжёлой воды, циркония, бериллия и др.; создание надёжных систем автоматич. регулирования и управления реакторами и ядерными силовыми установками; разработка рациональных систем отвода и использования тепла, выделяющегося в реакторе; разработка теории и методов расчёта ядерно-физич. и тепловых процессов и мн. др. науч.-технич. проблемы.
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, раздел физики, посвящённый изучению структуры атомного ядра, процессов радиоактивного распада и механизма ядерных реакций. Придавая этому термину более общий смысл, к Я. ф. часто относят также физику элементарных частиц. Иногда разделами Я. ф. продолжают считать направления исследований, ставшие самостоятельными ветвями техники, напр, ускорит, технику (см. Ускорители заряженных частиц), ядерную энергетики. Исторически Я. ф. возникла ещё до установления факта существования ядра атомного. Возраст Я. ф. можно исчислять со времени открытия радиоактивности.
Канонизированного деления совр. Я. ф. на более узкие области и направления не существует. Обычно различают Я. ф. низких, промежуточных и высоких энергий. К Я. ф. низких энергий относят проблемы строения ядра, изучение радиоактивного распада ядер, а также исследования ядерных реакций, вызываемых частицами с энергией до 200 Мэв. Энергии от 200 Мэв до 1 Гэв наз. промежуточными, а св. 1 Гэв - высокими. Это разграничение в значит, мере условно (особенно деление на промежуточные и высокие энергии) и сложилось в соответствии с историей развития ускорит, техники. В совр. Я. ф. структуру ядра исследуют с помощью частиц высоких энергий, а фундамент, свойства элементарных частиц устанавливают в результате исследования радиоактивного распада ядер.
Обширной составной частью Я. ф. низких энергий является нейтронная физика, охватывающая исследования взаимодействия медленных нейтронов с веществом и ядерные реакции под действием нейтронов (см. Нейтронная спектроскопия). Молодой областью Я. ф. является изучение ядерных реакций под действием многозарядных ионов. Эти реакции используются как для поиска новых тяжёлых ядер (см. Трансурановые элементы), так и для изучения механизма взаимодействия сложных ядер друг с другом. Отдельное направление Я. ф.- изучение взаимодействия ядер с электронами и фотонами (см. фотоядерные реакции). Все эти разделы Я. ф. тесно переплетаются друг с другом и связаны общими целями.
В Я. ф. (как и во всей совр. физике) существует резкое разделение эксперимента и теории. Арсенал эксперимент, средств Я. ф. разнообразен и технически сложен. Его основу составляют ускорители заряж. частиц (от электронов до многозарядных ионов), ядерные реакторы, служащие мощными источниками нейтронов, и детекторы ядерных излучений, регистрирующие продукты ядерных реакций. Для совр. ядерного эксперимента характерны большие интенсивности потоков ускоренных заряж. частиц или нейтронов, позволяющие исследовать редкие ядерные процессы и явления, и одновременная регистрация неск. частиц, испускаемых в одном акте ядерного столкновения. Множество данных, получаемых в одном опыте, требует использования ЭВМ, сопрягаемых непосредственно с регистрирующей аппаратурой (см. Ядерная спектроскопия). Сложность и трудоёмкость эксперимента приводит к тому, что его выполнение часто оказывается посильным лишь большим коллективам специалистов.
Для теоретич. Я. ф. характерна необходимость использования аппаратов разнообразных разделов теоретич. физики: классич. электродинамики, теории сплошных сред, квантовой механики, статистической физики, квантовой теории поля. Центр, проблема теоретич. Я. ф.- квантовая задача о движении мн. тел, сильно взаимодействующих друг с другом. Теорией ядра и элементарных частиц были рождены и развиты новые направления теоретич. физики (напр., в теории сверхпроводимости, в теории химич. реакции), получившие впоследствии применение в др. областях физики и положившие начало новым математич. исследованиям (обратная задача теории рассеяния и её применения к решению нелинейных ур-ний в частных производных) и др. Развитие теоретич. и эксперимент, ядерных исследований взаимозависимо и тематически связано. Стоящие перед Я. ф. проблемы слишком сложны и лишь в немногих случаях могут быть решены чисто теоретич. или эмпирич. путём. Я. ф. оказала большое влияние на развитие ряда др. областей физики (в частности, астрофизики и физики твёрдого тела) и др. наук (химии, биологии, биофизики).
Прикладное значение Я. ф. в жизни совр. общества огромно, её практические приложения фантастически разнообразны - от ядерного оружия и ядерной энергетики до диагностики и терапии в медицине (см. Радиология). Вместе с тем (и это является специфической особенностью Я. ф.) она остаётся той фундамент, наукой, от прогресса к-рой можно ожидать выяснения- глубоких свойств строения материи и открытия новых общих законов природы.
Лит. см. при ст. Ядро атомное.
И. С. Шапиро.
"ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА", науч. журнал Отделения ядерной физики АН СССР. Осн. в 1965, издаётся в Москве. Выходит 2 тома в год по 6 выпусков в каждом. Публикует оригинальные статьи, рассчитанные на специалистов по физике атомного ядра, физике элементарных частиц, физике частиц высоких энергий, физике космич. лучей. Тираж (1978)ок. 1000 экз. Переиздаётся в США на англ. яз. (с 1965).
ЯДЕРНАЯ ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ЭМУЛЬСИЯ, фотографическая эмульсия, предназначенная для регистрации следов заряж. ядерных частиц. Используется в ядерной физике, физике элементарных частиц и космического излучения, для авторадиографии и в дозиметрии ядерных излучений. Первым применением фотоэмульсии в ядерной физике можно считать исследования А. А. Беккереля, к-рый в 1896 обнаружил радиоактивность солей U по вызываемому ими почернению фотоэмульсии. В 1910 япон. физик С. Киносита показал, что зёрна галогенида серебра обычной фотоэмульсии становятся способными к проявлению, если через них прошла хотя бы одна а-частица. В 1927 Л. В. Мысовский с сотрудниками (СССР) изготовил пластинки с толщиной эмульсионного слоя 50 мкм и наблюдал с их помощью рассеяние а-ча-стиц на ядрах эмульсии. В 30-х гг. началось изготовление Я. ф. э. со стандартными свойствами, с помощью к-рых можно было регистрировать следы медленных частиц (а-частиц, протонов). В 1937- 1938 М. Блау и Г. Вомбахер (Австрия) и А. П. Жданов с сотрудниками (СССР) наблюдали в Я. ф. э. расщепления ядер, вызванные космич. излучением. В 1945- 1948 появились Я. ф. э., пригодные для регистрации слабо ионизующих однозарядных релятивистских частиц, метод Я. ф. э. стал точным количеств, методом исследований.
Я. ф. э. отличается от обычной фотоэмульсии двумя особенностями: отношение массы галогенида серебра к массе желатины в 8 раз больше; толщина слоя, как правило, в 10-100 раз больше, достигая иногда 1000-2000 мкм и более (стандартная толщина фирменных Я. ф. э. 100-600 мкм). Зёрна галогенида серебра в эмульсии имеют сферич. или кубич. форму, их средний линейный размер зависит от сорта эмульсии и обычно составляет 0,08-0,30 мкм (рис. 1).
Заряж. частицы или электромагнитное излучение, связанное с ядерными реакциями, вызывают в Я. ф. э. действие, аналогичное свету. Процесс проявления играет роль сильного увеличения первоначального слабого эффекта (скрытого фотографического изображения), подобно тому как лавинный разряд в Гейгера - Мюллера счётчике или бурное вскипание пузырьков в пузырьковой камере многократно увеличивают слабые эффекты, связанные с начальной ионизацией, производимой заряженной частицей. Ядерные частицы, как правило, обладают большой энергией, благодаря чему они могут создавать центры чувствительности в лежащих на их пути зёрнах галогенида серебра. После фиксирования Я. ф. э. вдоль следа частицы образуется цепочка чёрных зёрен. Следы частиц наблюдают с помощью микроскопа при увеличении 200-2000.
В ядерной физике эмульсии обычно используют в виде слоев, нанесённых на стеклянные подложки. При исследовании частиц высоких энергий (на ускорителях или в космич. излучении) их иногда укладывают в большие стопки в несколько сотен слоев. Объём стопок доходит до десятков л; образуется практически сплошная фоточувствительная масса. После экспозиции отдельные слои могут быть наклеены на стеклянные подложки и обработаны обычным образом. Положение слоев точно маркируется, благодаря чему траекторию частиц легко прослеживать по всей стопке, переходя от слоя к слою.
Свойства следа, оставленного в эмульсии заряж. частицей, зависят от её заряда Z, скорости v и массы М. Так, остаточный пробег частицы (длина следа от его начала до точки остановки) при данных е и v пропорционален М; при достаточно большой скорости v частицы плотность зёрен (число проявленных зёрен на единицу длины следа) g ~ е2/v2. Если плотность зёрен слишком велика, они слипаются в сплошной чёрный след. В этом случае, особенно если е велико, мерой скорости может быть число 6-элект-ронов, образующих на следе характерные ответвления. Их плотность также ~e2/v2. Если е=1, a v ~ с (с - скорость света), то след частицы в релятивистской Я. ф. э. имеет вид прерывистой линии из 15-20 чёрных точек на 100 мкм пути (рис. 2). В Я. ф. э. можно измерять рассеяние частицы, среднее угловое отклонение на единицу пути: ф ~ e/pv (p - импульс частицы). Я. ф. э. можно поместить в сильное магнитное поле и измерить импульс частицы и знак её заряда, что позволяет определить заряд, массу и скорость частицы. Достоинства метода Я. ф. э.- высокое пространств, разрешение (можно различать явления, отделённые расстояниями < 1 мкм, что для релятивистской частицы соответствует временам пролёта <10-16 сек) и возможность длительного накопления редких событий.
Создание совр. Я. ф. э. явилось большим науч.-технич. достижением. По словам англ, физика С. Пауэлла, "разработка улучшенных эмульсий как бы открыла новое окно в природу, через к-рое мы впервые увидели следы, странные и неожиданные, еще неизвестные физикам...".
С 1945 по 1955 методом Я. ф. э. были сделаны важные открытия: зарегистрированы я-мезоны (пионы) и последовательности распадов л = ц + v, м = е + v + v в Я. ф. э., экспонированных космич. излучением, а также обнаружены ядерные взаимодействия л- и К~-мезонов. С помощью Я. ф. э. удалось оценить время жизни л°-мезона (10-16сек), обнаружен распад К-мезона на 3 пиона, открыт 2-гиперон и обнаружено существование гипер-ядра, открыт антилямдагиперон (см. Гипероны). Методом Я. ф. э. был исследован состав первичного космич. излучения; кроме протонов, в нём были обнаружены ядра Не и более тяжёлых элементов, вплоть до Fe (рис. 3). С 60-х гг. метод Я. ф. з. вытесняется пузырьковыми камерами, к-рые дают большую точность измерений и возможность применения ЗВМ для обработки данных.
Лит.: П а у э л л С., Ф а у л е р П., П е р к н н с Д., Исследование элементарных частиц фотографическим методом, пер. с англ., М., 1962. А. О. Вайсенберг.
ЯДЕРНАЯ ХИМИЯ, термин, к-рый часто применяется в том же смысле, что и радиохимия. К Я. х. иногда относят также ряд проблем, связанных с исследованием продуктов ядерных реакций и использованием методов ядерной физики в химич. исследованиях (см. Мёссбауэра эффект, Ядерный магнитный резонанс, Ядерный квадрупольный резонанс и др.).
ЯДЕРНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, совокупность методов ядерной физики, в к рых используются электронные приборы для получения, преобразования и обработка информации, поступающей от детекторов ядерных излучений. Эти методы применяются помимо ядерной физики и физики элементарных частиц всюду, где приходится иметь дело с ионизирующими излучениями (химия, медицина, космич. исследования и т. д.). Малая длительность процессов и, как правило, высокая их частота, а также наличие фона требуют от приборов Я. э. высокого временного разрешения (~10-9сек). Необходимость одновременного измерения большого .числа параметров (амплитуды сигнала, времени его прихода, координаты точки его детектирования и др.) привела к тому, что именно в Я. э. впервые были разработаны схемы аналого-цифрового преобразования, применены цифровые методы накопления информации, многоканальный и многомерный анализ и использованы ЭВМ (см. Электронная вычислительная машина).
При регистрации частиц (или квантов) задача Я. э. сводится к счёту импульсов от детектора; при идентификации типа излучения или при исследовании его спектра анализируется форма импульса, его амплитуда или относительная задержка между импульсами. В случае исследования пространств, распределения излучения регистрируются номера "сработавших" детекторов или непосредственно определяется координата точки детектирования.
Гл. элементами устройств Я. э. являются: совпадений схемы, антисовпадений схемы, амплитудные дискриминаторы, линейные схемы пропускания и сумматоры, многоканальные временные и амплитудные анализаторы, различные устройства для съёма информации с координатных детекторов (искровых камер и пропорциональных камер) и т. д. Полный перечень насчитывает сотни наименований.
Устройство для регистрации частиц содержит детектор, усилитель, преобразователь сигнала и регистрирующее устройство. Преобразователь переводит сигнал детектора в стандартный импульс или преобразует амплитуду или время прихода сигнала в цифровой код. Для регистрации результатов измерения применяются счётчики импульсов, запоминающие устройства или ЭВМ, реже самопишущие приборы или фотоаппаратура.
На рис. 1 изображена упрощённая система для исследования спектров излучения. Заряж. частица пересекает детекторы Д1, Д2 Д3 и останавливается в детекторе Д4. Сигналы с Д1, Д2, Дз через формирователи Ф1 Ф2, Ф3 поступают на схему совпадений СС, к-рая отбирает события, при к-рых сигналы на её входы приходят одновременно. Одновременность прихода импульсов обеспечивается согласующимися линиями задержки ЛЗ. Схема совпадения вырабатывает сигнал, к-рый "разрешает" преобразование исследуемого импульса от детектора Д4. Результат преобразования из аналого-цифрового преобразователя АЦП в виде цифрового кода заносится в оперативное запоминающее устройство или ЭВМ. Измеренный амплитудный спектр выводится на экран электроннолучевой трубки ЭЛТ. Эта часть системы, ограниченная пунктиром, представляет собой многоканальный амплитудный анализатор. Скорость счёта на выходе схемы совпадений, фиксируемая счётчиком СЧ, показывает число зарегистрированных событий. Временной отбор сигналов осуществляется схемами совпадений, к-рые срабатывают от импульсов с определённой длительностью и амплитудой. Схемы совпадения реализуют логич. функцию "И" (логич. умножение), т. е. на её выходе сигнал появляется лишь тогда, когда импульсы на всех входах имеют определённый уровень, наз. "единичным". Если на один из входов схемы совпадения подать сигнал с инвертированной полярностью, она превращается в схему антисовпадений. В совр. схемах совпадений и антисовпадений используются стандартные интегральные схемы (рис. 2).
Амплитудный отбор осуществляется дискриминаторами, к-рые выполняются по схеме триггера Шмидта или на туннельных диодах (ТД) и формируют стандартный выходной импульс лишь в случае, если напряжение (или ток) на входе превысит заданный порог. Для амплитудной дискриминации часто используются схемы сравнения (компараторы). Эволюция схем совпадений и амплитудных дискриминаторов типична и для др. приборов Я. э. Вместо блоков, реализующих одну логич. функцию ("И", "ИЛИ" и т. д.), разрабатываются универсальные многофункциональные устройства, логич.
Функцию к-рых можно задавать извне, тому способствовало внедрение ЭВМ в Я. э. Вычислительная техника позволила создать автоматизированную аппаратуру с программно регулируемыми параметрами: ЭВМ управляет порогами срабатывания схем, временным разрешением, задержкой сигналов, логикой отбора событий, режимом работы измерит, системы и т. д. Внедряются в практику физ. эксперимента также микропроцессоры и специализированные процессоры для распознавания образов, для накопления и предварит, обработки результатов измерений (рис. 3). Накопление эксперимент, данных происходит в ЭВМ с последующей переписью на магнитную ленту. Результаты предварит, обработки выводятся на экран электроннолучевой трубки, что позволяет оператору вмешиваться в ход измерений. ЭВМ управляет различными исполнит, устройствами: моторами, перемещающими детекторы или мишени, реле, коммутаторами сигналов и т. д.
Лит.: Ковальскив Е., Ядерна" электроника, пер. с англ., М., 1972; Элек" тронные методы ядерной физики, М., 1973; Колпаков И. Ф., Электронная аппаратура на линии с ЭВМ в физическом экеперименте, М., 1974; Современная ядерная электропика, т. 1 - 2, М., 1974. Ю. А. Семёнов.
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА, отрасль энергетики, использующая ядерную энергию (атомную энергию) в целях электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая и использующая на практике методы в средства преобразования ядерной энергии в тепловую и электрическую. Основу Я. э. составляют атомные электростанц |
