Ядерная  физика  — это  раздел  физики,  в котором  изучаются структура  и свойства атомных ядер.

Ядерная  физика  занимается  также  изучением взаимопревращения атомных  ядер, совершающиеся  как  в результате радиоактивных распадов, так и в результате различных ядерных реакций.

Основная  ее задача связана с выяснением природы ядерных сил, воздействующих между нуклонами, и особенностей  движения нуклонов в ядрах.

К ядерной физике тесно  прилегает физика элементарных частиц, физика и техника ускорителей заряженных  частиц, ядерная энергетика. Крупный составной частью ядерной физики является нейтронная физика.

Современная   ядерная  физика  разделяется на  теоретическую и экспериментальную ядерную  физику.  Теоретическая   ядерная физика  изучает  модели  атомного  ядра и ядерные  реакции,  она опирается  на  фундаментальные физические  теории,  созданные в процессе исследования физики микромира. Экспериментальная ядерная физика использует такие исследовательские средства, как ускорители заряженных  частиц,  ядерные реакторы,  разнообразные детекторы частиц.

Общие сведения

Число протонов в ядре (зарядовое число, также порядковый номер элемента) принято обозначать через Z, число нейтронов — через N. Их сумма A = Z + N называется массовым числом ядра. Атомы с одинаковым Z (т. е. атомы одного и того же элемента), но различными N называются изотопами, с одинаковыми A, но различными Z — изобарами, с одинаковыми N, но различными Z — изотонами.

 

Основное отличие между протоном и нейтроном состоит в том, что протон — заряженная частица, заряд которой e = 4,803×10−10 ед. СГСЭ = 1,602×10−19 Кл. Это элементарный заряд, численно равный заряду электрона. Нейтрон же, как показывает уже его название, электрически нейтрален. Спины протона и нейтрона одинаковы и равны спину электрона, т. е. 1/2 (в единицах , постоянной Планка). Массы протона и нейтрона почти равны: 1836,15 и 1838,68 масс электрона соответственно.

 

Протон и нейтрон не являются элементарными частицами. Они состоят из двух типов кварков — d-кварка с зарядом —1/3 и u-кварка с зарядом +2/3 от элементарного заряда е. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка (суммарный заряд +1), а нейтрон из одного u-кварка и двух d-кварков (суммарный заряд — 0). Свободный нейтрон — частица нестабильная. Он распадается через 15 минут после своего возникновения на протон, электрон и антинейтрино. В ядре нейтрон находится в глубокой потенциальной яме, поэтому его распад может быть запрещён законами сохранения.

 

Ядерная физика имеет принципиальное значение для многих разделов астрофизики (первичный нуклеосинтез, термоядерные реакции в звёздах как во время жизни на главной последовательности, так и при сходе с неё), и, очевидно, для ядерной энергетики.

 

История 

Первое явление из области ядерной физики было открыто в 1896 г. Анри Беккерелем. Это естественная радиоактивность солей урана, проявляющаяся в самопроизвольном испускании невидимых лучей, способных вызывать ионизацию воздуха и почернение фотоэмульсий. Через два года Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри открыли радиоактивность тория и выделили из солей урана полоний и радий, радиоактивность которых оказалась в миллионы раз сильнее радиоактивности урана и тория.

 

Детальное экспериментальное изучение радиоактивных излучений было произведено Резерфордом. Он показал, что радиоактивные излучения состоят из трех типов лучей, названных, соответственно, α-, β- и γ-лучами. Бета-лучи состоят из отрицательных электронов, альфа-лучи — из положительно заряженных частиц (альфа-частиц, которые, как выяснилось несколько позднее, являются ядрами гелия-4), гамма-лучи аналогичны лучам Рентгена (не имеют заряда), только значительно более жесткие.

 

Ядерная природа радиоактивности была понята Резерфордом после того, как в 1911 г. он предложил ядерную модель атома и установил, что радиоактивные излучения возникают в результате процессов, происходящих внутри атомного ядра.

 

Долгое время предполагалось, что ядро состоит из протонов и электронов. Однако такая модель находилась в противоречии с экспериментальными фактами, относящимися к спинам и магнитным моментам ядер. В 1932 г. после открытия Чедвиком нейтрона было установлено, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы получили общее наименование нуклонов.

 

В последние годы вырисовывается шанс описать свойства по крайней мере лёгких ядер в строгой картине киральной квантовой теории поля.