Раби метод




НазваниеРаби метод
страница2/19
Дата конвертации30.11.2012
Размер2.27 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19
РАВНОВЕСИЯ СОСТОЯНИЕ колеба­тельной системы, состояние динамич. системы, к-рое не изменяется во вре­мени. Р. с. могут быть устойчивыми, неустойчивыми и безразлично-устой­чивыми. Движение системы вблизи положения равновесия (при малом от него отклонении) может быть существенно разным в зависимости от ха­рактера типа) Р. с.



Для систем с одной степенью свободы, если Р. с. устойчиво, при малом возмущении (от­клонении) система возвращается к нему, совершая затухающие колеба­ния (на фазовой плоскости — см. Фа­зовое пространство — такому движе­нию соответствует устойчивый фокус; рис 1, а), или апериодически (устойчивый узел; рис. 2, а). Вблизи не­устойчивого Р. с. малые отклонения нарастают, совершая колебания



(неустойчивый фокус; рис. 1, б), или апериодически (неустойчивый узел; рис. 2, б); вблизи седлового Р. с. (рис. 3) возможно вначале приближе­ние к Р. с., а затем уход. Наконец, в случае безразлично-устойчивого Р. с. (центр; рис. 4) малые отклонения приводят к незатухающим колебаниям вблизи Р. с. Для систем с неск. сте­пенями свободы движение вблизи Р. с. может быть более сложным и сущест­венно зависеть от характера нач. от­клонения. Движение динамич. си­стемы вблизи Р. с. чаще всего описы­вается линеаризованными ур-ниями, имеющими решение в виде суммы экспонент aeit с комплексными (в общем случае) характеристич. пока­зателями i. Р. с. устойчиво, если действит. части всех характеристич. показателей отрицательны (Rei<0); если же имеется хотя бы один i с положительной действительной ча­стью, то Р. с. неустойчиво. Если же часть характеристич. показателей име­ет Rei=0, а для остальных Rei<0, то исследование устойчивости стано­вится более сложным. Для систем с одной степенью свободы (напр., матем. маятник) этих показателей два: 1 и 2. В зависимости от их величины на фазовой плоскости системы воз­можны четыре типа Р. с.: узел (Im1,2=0, Re1Re2>0) — рис. 2, фокус (Im1,20, Re1=Re20) — рис. 1, седло (Im1,2=0, Re1Re2<0) — рис. 3 и центр (Im1,20, Re1=Re2=0) — рис. 4.

• Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э., Теория колебаний, [3 изд.], М., 1981; Меркин Д. Р., Вве­дение в теорию устойчивости движения, 2 изд., М., 1976.

М. И. Рабинович.

РАВНОВЕСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, теп­ловое излучение, находящееся в тер­модинамич. равновесии с в-вом. Р. и.— излучение абсолютно чёрного тела. Спектр Р. и. не зависит от состава в-ва излучающей системы и опреде­ляется только темп-рой, одинаковой для всех частей системы (см. Планка закон излучения).

РАВНОВЕСНЫЙ ПРОЦЕСС (квази­статический процесс) в термодинами­ке, процесс перехода термодинамич. системы из одного равновесного со­стояния в другое, столь медленный, что все промежуточные состояния можно рассматривать как равновес­ные, т. е. характеризующиеся очень медленным (в пределе — бесконечно медленным) изменением термодинамич. параметров состояния. Р. п.— одно из осн. понятий термодинамики рав­новесных процессов. Всякий Р. п. явл. обратимым процессом и, наобо­рот, любой обратимый процесс явл. равновесным.

РАВНОДЕЙСТВУЮЩАЯ системы сил, сила, эквивалентная данной системе сил и равная их геом. сумме: R=Fk. Система сил, приложенных в одной точке, всегда имеет Р., если R0. Любая другая система сил, приложен­ных к телу, если R0, имеет Р., когда главный момент этой системы или равен нулю, или перпендикуля­рен R. В этом случае замена системы сил их Р. допустима лишь тогда, когда тело можно рассматривать как абсолютно твёрдое, и недопустима, напр., при определении внутр. уси­лий или решении др. задач, требую­щих учёта деформации тела. Примеры систем сил, не имеющих Р.,— пара сил или две силы, не лежащие в одной плоскости.

РАВНОМЕРНОЕ ДВИЖЕНИЕ, дви­жение точки, при к-ром численная величина её скорости v постоянна. Путь, пройденный точкой при Р. д. за промежуток времени t, равен s=vt. Тв. тело может совершать п о с т у п а т е л ь н о е Р. д., при к-ром всё сказанное относится к каждой точке тела, равномерное вращение во­круг неподвижной оси, при к-ром уг­ловая скорость тела  постоянна, а угол поворота тела =t, и равно­мерное винтовое движение.

РАВНОПЕРЕМЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ, движение точки, при к-ром её каса­тельное ускорение w (в случае пря­молинейного Р. д. всё ускорение w) постоянно. Скорость v, к-рую имеет точка через время t после начала дви­жения, и её расстояние s от нач. по­ложения, измеренное вдоль дуги тра­ектории, определяются при Р. д. равенствами: v= v0+wt, s=v0t+wt2/2, где v0 — нач. скорость точки. Когда знаки v и w одинаковы, Р. д. явл. ускоренным, а когда раз­ные - - замедленным.

Тв. тело может совершать поступа­тельное Р. д., при к-ром всё сказан­ное относится к каждой точке тела, и равнопеременное вращение вокруг не­подвижной оси, при к-ром угловое ускорение тела  постоянно, а угловая скорость  и угол поворота тела  равны:=0+t, =0t+et2/2, где 0 — нач. угловая скорость.

РАВНОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАКОН, закон классич. статистической фи­зики, утверждающий, что для стати­стич. системы в состоянии термодина-

602


мич. равновесия на каждую трансляц. и вращат. степень свободы приходит­ся в среднем кинетич. энергия kT/2, а на каждую колебат. степень свобо­ды — в среднем энергия kT (где Т -абс. темп-ра системы, k Больцмана постоянная). Р. з.— приближённый за­кон; он нарушается в тех случаях, ког­да становятся существенными квант. эффекты (а в случае колебат. степеней свободы — также и ангармоничность колебаний). Р. з. позволяет легко оценить предельные значения теплоёмкостей многоатомных газов и тв. тел при высоких темп-рах.

РАД (рад, rad, сокр. от англ. radiation absorbed dose — поглощённая доза из­лучения), внесистемная ед. поглощён­ной дозы излучения, соответствует энергии излучения 100 эрг, погло­щённой веществом массой 1 г.

1 рад = 100 эрг/г = 0,01 грэй=2,38810-6 кал/г.

РАДИАН (от лат. radius — луч, ра­диус) (рад, rad), единица плоского угла; 1 рад равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между к-рыми равна радиусу. 1 рад=57°17'44,8"3,44103 угл. минут2,06105 угл. секунд63,7g (см. Град).

РАДИАН В СЕКУНДУ (рад/с, rad/s), единица угл. скорости; 1 рад/с — угл. скорость равномерно вращающегося тела, при к-рой за время 1 с тело совершает поворот относительно оси вращения на угол 1 рад. 1 рад/с=0,159 об/с57,3°/c.

РАДИАЦИОННАЯ ТЕМПЕРАТУРА r), физ. параметр, определяющий суммарную (по всему спектру) энер­гетич. яркость Вэ излучающего тела; Р. т. равна такой темп-ре абсолютно чёрного тела, при к-рой его суммар­ная энергетич. яркость В0ээ.

Законы теплового излучения (см. Стефана Больцмана закон излуче­ния и Кирхгофа закон излучения) позволяют выражение В0ээ запи­сать в виде Т4r=TT4, где T — излучательная способность (коэфф. черноты) тела,  — Стефана Больц­мана постоянная. Если известна T и измерена Тr (радиац. пирометром), то можно вычислить темп-ру тела Т— = ТrT-1/4. Для теплового излучения

всех тел, кроме чёрного, T<1, по­этому Тr<Т, но при люминесценции Тr может быть больше Т.

• Г о р д о в А. Н., Основы пирометрии,

2 изд., М.. 1971.

РАДИАЦИОННОЕ ДАВЛЕНИЕ в аку­стике, то же, что давление звукового излучения.

РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕ­ДЕНИЕ, совокупность методов для:

1) создания материалов (конструкци­онных, полимерных, ПП и др.), устой­чивых к воздействию яд. излучений;

2) придания материалам нужных св-в путём их дозированного облучения. Радиационные дефекты способны из­менить объёмные и поверхностные св-ва материалов. В металлах можно изменять уд. электросопротивление  и пластичность (у Cu, Аl, Аu, Pt, F, Ni и др. удвоение  наблюдается при концентрации вакансий и междоузлий ~1% от концентрации атомов). В результате ядерных реакций (n, ), (р, ) и т. п. образуются пузырьки газа (4Не), что в сочетании с вакан­сиями определяет изменение пластич. св-в металлов. После длит. облучения (напр., нейтронами) металлы упрочняются, а нек-рые переходные металлы с объёмно-центрир. решёткой приобре­тают повыш. хрупкость при низких темп-рах.

Облучение полимеров сопровожда­ется разрывом молекул и образовани­ем химически активных радикалов, взаимодействующих между собой и с кислородом воздуха. В результате у мн. полимеров вместо слабо связан­ных между собой длинных полимерных молекул образуется жёсткий трёх­мерный каркас. Напр., полиэтилен, полихлорвинил, мн. резины стано­вятся жёсткими, теряют пластичность (несколько увеличивается их термо­стойкость), а фторированные полимеры при облучении в присутствии кисло­рода теряют прочность и пластичность, превращаясь в порошок. Наибольшей устойчивостью к облучению обладают материалы на основе ароматич. угле­водородов.

Наибольшую чувствительность к ра­диации имеют полупроводники. Ра­диац. дефекты создают в запрещённой зоне разрешённые состояния, что при­водит к энергетич. перераспределению носителей заряда и интенсифицирует процессы рекомбинации. В результате время жизни неравновесных носите­лей изменяется даже при незначит. дозах облучения. В меньшей степени изменяется  ПП. Изменяются также оптич. и фотоэлектрич. свойства ПП. Ядерные реакции под действием теп­ловых нейтронов на нек-рых изотопах Ge и Si приводят к образованию при­месных атомов Ga и Р, что открыло возможность р а д и а ц и о н н о г о л е г и р о в а н и я, отличающегося высокой степенью однородности (не­достижимой в традиц. способах).

• Конобеевский С. Т., Действие облучения на материалы, М., 1967; Томпсон М., Дефекты и радиационные повреж­дения в металлах, пер. с англ., М., 1971.

Я. А. Ухин.

РАДИАЦИОННОЕ ТРЕНИЕ, то же, что реакция излучения.

РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ, структурные повреждения, образую­щиеся при облучении тв. тел пото­ками ч-ц и жёстким электромагн. (гамма- и рентгеновским) излучением. Переданная тв. телу энергия расхо­дуется (частично) на разрыв межатом­ных связей. Для образования простей­шего Р. д.— вакансии и междоузельного атома (п а р а Ф р е н к е л я) необходима энергия, превышающая пороговую п (14—35 эВ). При об­лучении быстрыми ч-цами (нейтро­нами, протонами с энергией в десятки МэВ и др.) энергия, сообщаемая смещаемым атомам, может достигать де­сятков кэВ, т. е. в неск. сотен и в тысячи раз превышать ξп. Ускорен­ный смещённый атом, двигаясь в плотной среде, ионизует атомы вдоль своей траектории и образует каскад смещений. Р. д. явл. также примеси, образующиеся в результате деления атомных ядер, хим. и ядерных реак­ций, а также сами бомбардирующие ч-цы (ионное внедрение). В резуль­тате в сравнительно небольшой об­ласти, размером в сотни А, возни­кают сотни и тысячи точечных де­фектов, образующих скопления (дивакансии, тривакансии, тетравакансии и т. д.).

Нагреванием можно изменить кон­центрацию Р. д. вплоть до полного их исчезновения (отжиг). Р. д. типа скоплений или разупорядоченных об­ластей можно наблюдать с помощью электронных микроскопов, а точечные Р. д.— с помощью ионных проекто­ров. Исследования Р. д. позволяют создавать радиационно-стойкие мате­риалы и использовать облучение для целенаправленного изменения их св-в (см. Радиационное материаловедение).

• Емцев В. В., Машовец Т. В., Примеси и точечные дефекты в полупровод­никах, М., 1981; Болотов В. В., Ва­сильев А. В., Герасименко Н. Н., Физические процессы в облученных полу­проводниках, под ред. Л. С. Смирнова, Новосиб., 1977.

Н. А. Ухин.

РАДИАЦИОННЫЕ ПОПРАВКИ, в квантовой электродинамике поправки к значениям нек-рых физ. ве­личин и к сечениям разл. процессов (вычисленным по ф-лам релятивист­ской квант. механики), обусловленные вз-ствием заряж. ч-цы с собственным эл.-магн. полем. Р. п. рассчитывают по методу теории возмущений, пред­ставляя их в виде ряда по степеням постоянной тонкой структуры =e2/ћnc1/137 (где е — заряд эл-на), n-й член к-рого можно рассматривать как результат испускания и поглоще­ния n виртуальных фотонов или электрон-позитронных пар. При вы­числении Р. п. используется проце­дура перенормировки массы и заряда ч-цы.

Наибольший интерес представляют Р. п. к магн. моментам эл-на и мюона, к сверхтонкому расщеплению ат. уров­ней, радиац. смещение ат. уровней энергии (сдвиг уровней), Р. п. к се­чениям рассеяния эл-на эл-ном или ат. ядром. Результаты расчётов Р. п. вплоть до величин 3-го порядка по степеням а блестяще согласуются с эксперим. данными и свидетельствуют о справедливости квант. электроди­намики по крайней мере на расстоя­ниях, больших 10-15 см. Р. п. растут с ростом энергии, и эфф. параметром разложения (эффективным зарядом) при высоких энергиях явл. величина •ln(ξ/m), где ξ — энергия ч-цы в системе центра инерции, mеё масса в энергетич. единицах.

603


Р. п. могут быть в ряде случаев подсчитаны не только для электродииамич. процессов, но и для процессов, вызванных др. вз-ствиями. Напр., в квантовой хромодинамике вычисляют­ся Р. п. к сечениям глубоко неупругих процессов или к вероятностям распада мезонов со скрытым «очарованием».

При вычислении Р. п. к электродинамич. величинам с точностью выше 3-го порядка существ. вклад вносят процессы виртуального рождения ад­ронов и эффекты слабого взаимодей­ствия.

• Фейнман Р., Теория фундаменталь­ных процессов, пер. с англ., М., 1978; Бьёркен Дж., Дрелл С. Д., Реля­тивистская квантовая теория, пер. с англ., т. 1—2, М.,. 1978.

Б. Л. Иоффе.

РАДИАЦИОННЫЕ ПОСТОЯННЫЕ (постоянные излучения), физ. кон­станты с1=2hc2 и c2=hc/k, входя­щие в Планка закон излучения ,T =



где ,T — объёмная плотность излучения с длиной волны К и абс. темп-рой Т. Первая Р. п. c1=3,741832(20)10-16 Втм2, вто­рая Р. п. с2=0,01438786(45) мК.

РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА ЗЕМЛИ, внутренние области земной магнито­сферы, в к-рых магн. поле Земли удерживает заряж, ч-цы (протоны, эл-ны, альфа-частицы и ядра более тяжёлых хим. элементов), обладаю­щие кинетич. энергией от десятков кэВ до сотен МэВ. Выходу заряж. ч-ц из Р. п. 3. мешает особая конфи­гурация силовых линий геомагн. поля, создающего для заряж. ч-ц магн. ловушку. Р. п. 3. были открыты в 1958: внутр. пояс группой амер. учё­ных под руководством Дж. Ван Аллена, внеш. пояс сов. учёными во главе с С. Н. Верновым и А. Е. Чудаковым. Потоки ч-ц Р. п. 3. были зарегистрированы счётчиками Гей­гера, установленными на ИСЗ.

Принципиальная возможность су­ществования магн. ловушки в магн. поле Земли была показана расчётами норв. геофизика К. Стёрмера (1913) и швед. физика X. Альфвена (1950), но лишь эксперименты на спутниках показали, что ловушка реально су­ществует и заполнена ч-цами высоких энергий. Захваченные в магн. ловуш­ку Земли ч-цы под действием Лоренца силы совершают сложное движение, к-рое можно представить как колебат. движение по спиральной траектории вдоль силовой линии магн. поля из Сев. полушария в Южное и обратно с одновременным более медленным перемещением (долготным дрейфом) вокруг Земли (рис. 1). Когда ч-ца движется по спирали в сторону уве­личения магн. поля (приближаясь к Земле), радиус спирали и её шаг уменьшаются. Вектор скорости ч-цы, оставаясь неизменным по величине, приближается к плоскости, перпендикулярной направлению поля.



Рис. 1. Движение заряж. ч-ц, захваченных в гоомагн. ловушку (а). Ч-цы движутся по спирали вдоль силовой линии магн. поля Земли (б) и одновременно дрейфуют по дол­готе.


Нако­нец, в нек-рой точке (наз. зеркальной) происходит «отражение» ч-цы. Она начинает двигаться в обратном на­правлении — к сопряжённой зеркаль­ной точке в др. полушарии. Одно колебание вдоль силовой линии из Сев. полушария в Южное протон с энергией ~100 МэВ совершает за время ~0,3 с. Время нахождения («жизни») такого протона в геомагн. ловушке может достигать 100 лет (~3109 с), за это время он может совершить до 1010 колебаний. Дол­готный дрейф происходит со значи­тельно меньшей скоростью. В за­висимости от энергии ч-цы совершают полный оборот вокруг Земли за время от неск. минут до суток. Положит. ионы дрейфуют в зап. направлении, электроны — в восточном. Движение ч-цы по спирали вокруг силовой линии магн. поля можно представить как состоящее из вращения около т. н. мгновенного центра вращения и поступат. перемещения этого центра вдоль силовой линии.

При движении заряж. ч-цы в магн. поле Земли её мгновенный центр вращения находится на одной и той же поверхности, получившей назв.



Рис. 2. Поверхность, описываемая ч-цей (эл-ном) радиац. пояса; осн. характеристи­кой поверхности явл. параметр L; N и S — магн. полюсы Земли.

магн. оболочки (рис. 2). Магн. обо­лочку характеризуют параметром L, его численное значение в случае дипольного поля (см. Диполь) равно расстоянию, выраженному в радиусах Земли, на к-рое отходит магн. обо­лочка в экваториальной плоскости диполя от центра диполя. Для ре­ального магн. поля Земли параметр L приближённо сохраняет такой же

простой смысл. Энергия ч-ц связана со значением параметра L; на оболоч­ках с меньшими значениями L нахо­дятся ч-цы, обладающие большими энергиями. Это объясняется тем, что ч-цы высоких энергий могут быть удержаны лишь сильным магн. полем, т. е. во внутр. областях магнитосферы.



Рис. 3. Структура радиац. поясов Земли (сечение соответствует полуденному мери­диану): I —внутр. пояс, II —пояс прото­нов малых энергий, III — внеш. пояс, IV— зона квазизахвата.


Обычно выделяют внутр. и внеш. Р. п. 3., пояс протонов малых энергий (пояс кольцевого тока) и зону квази­захвата ч-ц (рис. 3) или авроральной радиации (по латинскому назва­нию полярных сияний). Внутр. Р. п. 3. характеризуется наличием протонов высоких энергий (от 20 до 800 МэВ) с максимумом плотности потока про­тонов с энергией ξр>20 МэВ до 104 протон/(см2сср) на расстоя­нии L~l,5. Во внутр. поясе присут­ствуют также эл-ны с энергиями от 20—40 кэВ до 1 МэВ; плотность по­тока эл-нов с ξр40 кэВ составляет в максимуме ~106—107 эл-н/(см2сср). С внеш. стороны этот пояс огра­ничен магн. оболочкой с L=2, к-рая пересекается с поверхностью Земли на геомагн. широтах ~45°. На ниж. границе внутр. пояса (на вы­сотах 200—300 км) ч-цы, испытывая частые столкновения с атомами и молекулами атм. газов, теряют свою энергию, рассеиваются и «поглоща­ются» атмосферой.

Внеш. Р. п. 3. заключён между магн. оболочками с L=3 и L=6 с макс. плотностью потока ч-ц на L~4—4,5. Для внеш. пояса характерны эл-ны с энергиями 40—100 кэВ, по­ток к-рых в максимуме достигает 106—107 эл-н/(см2сср). Среднее время «жизни» частиц внеш. Р. п. 3. со­ставляет 105—107 с. В периоды по­вышенной солнечной активности во внеш. поясе присутствуют также эл-ны больших энергий (до 1 МэВ и выше).

Пояс протонов малых энергий (~0,03 —10 МэВ) простирается от L~l,5 до L~7—8. Зона квазизахвата, или авроральной радиации, распо­ложена за внеш. поясом, она имеет сложную пространс7в. структуру, об­условленную деформацией магнитосфе­ры солнечным ветром (потоком заряж. ч-ц от Солнца). Осн. ч-цами в зоне квазизахвата явл. эл-ны и протоны с энергиями ξ<100 кэВ. Внеш. пояс и пояс протонов малых энергий ближе всего (до высоты 200—300 км) под-

604


ходит к Земле на широтах 50—60°. На широты выше 60° проецируется Зона квазизахвата, совпадающая с , областью макс. частоты появления полярных сияний.

Энергетич. спектры для всех ч-ц Р. п. 3. описываются ф-циями вида: N(ξ)~ξ-, где N(ξ)— число ч-ц с данной энергией ξ, или N(ξ)~e-ξ/ξ0 c характерными значениями 1,8 для протонов в интервале энергий ξ от 40 до 800 МэВ, ξ0~200—500 кэВ для эл-нов внеш. и внутр. поясов и ξ0~100 кэВ для протонов малых энергий.

Происхождение захваченных ч-ц с энергией, значительно превышающей среднюю энергию теплового движения атомов и молекул атмосферы, связы­вают с действием неск. физ. меха­низмов: распадом нейтронов, создан­ных космическими лучами в атмосфере Земли (образующиеся при этом про­тоны пополняют внутр. Р. п. 3.); «накачкой» ч-ц в пояса во время геомагн. возмущений (магн. бурь), к-рая в первую очередь обусловливает су­ществование эл-нов внутр. пояса; ус­корением и медленным переносом ч-ц солнечного происхождения из внеш. во внутр. области магнитосферы (так пополняются эл-ны внеш. пояса и пояс протонов малых энергий). Про­никновение ч-ц солнечного ветра в Р. п. 3. возможно через особые точки магнитосферы (т. н. дневные полярные каспы; рис. 4), а также через т. н. нейтральный слой в хвосте магнито­сферы (с её ночной стороны). В об­ласти дневных каспов и в нейтраль­ном слое хвоста геомагн. поле резко ослаблено и не явл. существенным препятствием для заряж. ч-ц межпла­нетной плазмы. Частично Р. п. 3. появляются также за счёт захвата



Рис. 4. Строение магнитосферы Земли в плоскости, проходящей через магн. полюсы Земли и линию Земля — Солнце. Стрелками указаны области, через к-рые ч-цы солнеч­ного ветра проникают в магнитосферу.


протонов и эл-нов солнечных косм. лучей, проникающих во внутр. об­ласти магнитосферы. Перечисленных источников ч-ц, по-видимому, доста­точно для создания Р. п. 3. с харак­терным распределением потоков ч-ц. В Р. п. 3. существует динамич. рав­новесие между процессами пополне­ния поясов и процессами потерь ч-ц. В основном ч-цы покидают Р. п. 3. из-за потери своей энергии на ионизацию (эта причина ограничивает, напр., пребывание протонов внутр. пояса в магн. ловушке временем ~109 с), из-за рассеяния ч-ц при столкновениях с ч-цами окружающей холодной плазмы и рассеяния на магн. неоднородностях и плазменных волнах разл. происхождения (см. Плазма). Рассеяние может сократить время «жизни» эл-нов внеш. пояса до 104—105 с. Эти эффекты приводят к нарушению условий стационарного движения ч-ц в геомагн. поле (т. н. адиабатич. инвариантов) и к «высы­панию» ч-ц из Р. п. 3. в атмосферу вдоль силовых линий магн. поля. Высыпание ч-ц из магн. ловушки, в особенности из зоны квазизахвата (авроральной радиации), приводит к усилению ионизации ионосферы, а интенсивное высыпание — к поляр­ным сияниям.

Р. п. 3. представляют собой серь­ёзную опасность при длит. полётах в околоземном пр-ве. Потоки протонов малых энергий могут вывести из строя солнечные батареи и вызвать помутнение тонких оптич. покрытий. Длит. пребывание во внутр. поясе может привести к лучевому пораже­нию живых организмов внутри косм. корабля под воздействием протонов высоких энергий. Кроме Земли, радиац. пояса существуют у Мер­курия, Юпитера и Сатурна. Радиац. пояса Юпитера и Сатурна име­ют значительно большую протяжён­ность и большие энергии ч-ц и плот­ности потоков ч-ц, чем Р. п. 3.

• Тверской Б. А., Динамика радиа­ционных поясов Земли, М., 1968; X е с с В., Радиационный пояс и магнитосфера пер. с англ., М., 1972; Шабанский В. П. Явления в околоземном пространстве, М. 1972; Г а л ь п е р и н Ю. И., Г о р н Л. С. Хазанов Б. И., Измерение радиации в космосе, М., 1972; Чемберлен Дж. Теория планетных атмосфер, пер. с англ. М., 1981.

Ю. И. Логачёв

РАДИАЦИОННЫЙ ЗАХВАТ, ядер­ная реакция, в к-рой ядро-мишень захватывает налетающую ч-цу, а энер­гия возбуждения образующегося ядра излучается в виде -кванта.

РАДИОАКТИВАЦИОННЫЙ АНА­ЛИЗ, то же, что активационный ана­лиз.

РАДИОАКТИВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, -частицы, эл-ны, позитроны, анти­нейтрино, нейтрино, -кванты, испу­скаемые при радиоактивном распаде (см. Радиоактивность).

РАДИОАКТИВНОСТЬ (от лат. radio -излучаю, radius — луч и activus — действенный), способность нек-рых ат. ядер самопроизвольно (спонтанно) пре­вращаться в др. ядра с испусканием ч-ц. К радиоактивным превращениям относятся: альфа-распад, все виды бе­та-распада (с испусканием эл-на, пози­трона или с захватом орбитального эл-на), спонтанное деление ядер, про­тонная и двупротонная Р., двунейтронная Р. и др. виды распадов. В слу­чае -распада большое время жизни ядер обусловлено природой слабого взаимодействия, вызывающего -распад. За остальные виды радиоактив­ных процессов ответственно силь­ное взаимодействие; замедление та­ких процессов связано с наличием потенциальных барьеров (кулоновского и центробежного), затрудняю­щих вылет ч-ц из ядра.

С Р. связаны процессы испускания запаздывающих протонов и нейтро­нов, а также запаздывающее спонтан­ное деление ядер. В этих процессах -распад — предварительная стадия, задерживающая испускание яд. ч-ц. Радиоактивный распад часто сопро­вождается гамма-излучением, испуска­емым в результате электромагн. пе­реходов между различными кванто­выми состояниями одного и того же ядра.

Открытие Р. датируется 1896, когда франц. физик А. Беккерель обнару­жил испускание ураном неизвестного проникающего излучения, названного им радиоактивным. Вскоре была об­наружена Р. тория, а в 1898 франц. физики М. и П. Кюри открыли два новых радиоактивных элемента — полоний и радий. Работами англ. физика Э. Резерфорда и Кюри было установлено наличие трёх видов ра­диоактивных излучений — -, - и -лучей. Резерфорд и англ. физик Ф. Содди указали, что испускание -лучей сопровождается превращением хим. элементов, напр. превращением радия в радон. В 1913 амер. учёный К. Фаянс и Содди независимо сформулировали т. н. правило смещения, характеризующее перемещение нук­лида в периодич. системе элементов при а- и -распадах.

В 1934 франц. физики И. и Ф. Жолио-Кюри открыли искусственную Р., т. е. радиоактивность ядер — про­дуктов ядерных реакций, к-рая впо­следствии приобрела особенно важ­ное значение. Из общего числа (~2000) известных радиоактивных нуклидов лишь ок. 300 — природные, а ос­тальные получены в результате яд. реакций. Между искусств. и естеств. Р. нет принципиального различия. Изучение искусств. Р. привело к открытию новых видов -распада — позитронному + -распаду (И. и Ф. Жолио-Кюри, 1934) и электронному за­хвату. В 1939 был обнаружен распад с испусканием запаздывающих нейт­ронов (Дж. Даннинг с сотрудниками, США). В 1940 К. А. Петржак и Г. Н. Флёров открыли спонтанное деление ядер.

Для процессов радиоактивного рас­пада характерен экспоненциальный закон уменьшения во времени ср. числа радиоактивных ядер. Продол­жительность жизни радиоактивных ядер характеризуют п е р и о д о м п о л у р а с п а д а T1/2 (промежутком времени, за к-рый число радиоактив­ных ядер уменьшается в среднем вдвое).

605


Во мн. случаях продукты радио­активного распада сами оказываются радиоактивными, и тогда образованию стабильных нуклидов предшествует цепочка из неск. актов радиоактив­ного распада. Характерными приме­рами систем, в к-рых происходят сложные радиоактивные превращения, явл. радиоактивные ряды изотопов тяжёлых элементов. Мн. радиоактив­ные ядра могут распадаться по двум или неск. из перечисленных выше осн. типов Р. В результате конкуренции разных путей распада возникают раз­ветвления радиоактивных превраще­ний. Для природных радиоактивных изотопов характерны разветвления, обусловленные возможностью - и -распадов. Для трансурановых эле­ментов наиболее типичны разветвле­ния, связанные с конкуренцией -(реже -)распадов и спонтанного деления. У нейтронодефицитных ядер часто наблюдается конкуренция +-распада и электронного захвата. Для мн. ядер с нечётными Z (число протонов) и чётными А (массовое число) оказываются энергетически возмож­ными два противоположных варианта -распада: -распад и электронный захват или - и +-распады.

Открытие Р. оказало огромное влия­ние на развитие науки и техники. За работы, связанные с исследованием и применением Р., было присуждено более 10 Нобелевских премий по физике и химии, в т. ч. А. Беккерелю, П. и М. Кюри, Э. Ферми, Э. Резер­форду, Ф. и И. Жолио-Кюри, Д. Хевеши, О. Гану, Э. Макмиллану и Г. Си-боргу, У. Либби.

• Кюри М., Радиоактивность, пер. с франц., 2 изд., М., 1960; Учение о радиоак­тивности. История и современность, М., 1973.

В. И. Гольданский, Е. М. Лейкин.

РАДИОАКТИВНЫЕ РЯДЫ (радиоак­тивные семейства), ряды генетически связанных радиоактивных нуклидов, в к-рых каждый последующий возни­кает в результате - или --распадов предыдущего. Каждый Р. р. имеет родоначальника — нуклид с наиболь­шим периодом полураспада Т1/2 и завершается стабильным нуклидом. В каждом Р. р. массовые числа А нуклидов могут быть либо одинако­выми (--распад), либо различаться на число, кратное 4 (-распад). Если для всех членов ряда А делят­ся на 4 без остатка, то мы имеем Р. р. 4n (n — целое число). Если же в остатке будет 1,2 или 3, то Р. р. называют (4n+1), (4n+2), (4n+3). Известны четыре Р. р., родоначаль­никами к-рых являются: 23290Th (ряд 4n), 23793Np (ряд4n+1), 23892U(ряд4n+2), 23592U(ряд 4n+3). Ряд 23892U часто назы­вают рядом урана-радия, а ряд 23592U— рядом актиноурана.

В каждом Р. р. устанавливается т. н. в е к о в о е р а в н о в е с и е, при к-ром скорости образования и

распада промежуточных членов Р. р. равны. Вековое равновесие устанав­ливается за время ~10•T1/2 наиболее долгоживущего промежуточного чле­на ряда. Оно объясняет присутствие в земной коре всех членов естеств. Р. р., в т. ч. и быстро распадающихся. Число атомов каждого промежуточного члена ряда N'=N0•T'1/2/T01/2, где N0число атомов родоначальника ряда, Т01/2 — его период полураспада. Чем меньше Т'1/2 члена Р. р., тем ниже его содержание в земной коре. Напр., на 1 т урана в природе приходится ок. 0,36 г 226Ra и 1,310-9 г 218Ро. По мере распада родоначальника общее содержание промежуточных членов естеств. Р. р. в земной коре мед­ленно уменьшается. Для 237Np T1/2=2,14106 лет, и членов его Р. р. в природе уже нет, все они получены искусственно (см. Трансурановые эле­менты). Мн. члены естеств. Р. р. обнаружены до открытия изотопов и получили назв. и символы, к-рые частично сохранились.

• См. лит. при ст. Радиоактивность.

С. С. Бердоносов.

РАДИОВОЛНОВОДЫ, металлич. тру­бы и диэлектрич. стержни или ка­налы, в к-рых распространяются ра­диоволны. Механизм их распростра­нения в Р. обусловлен многократным отражением эл.-магн. волн от его стенок. Пусть плоская волна падает в вакууме на идеальную отражающую металлич.плоскость х=0 (рис. 1), причём электрич. поле Е волны па­раллельно этой плоскости. Суперпо­зиция падающей и отражённой волн образует плоскую неоднородную вол­ну, бегущую вдоль оси oz: exp(it-ikzz), и стоячую волну вдоль оси ох: exp(it)sin(kxx). Здесь kx и kzпроекции волнового вектора k на оси ох и oz, — частота волны. Узлы стоячей волны — плоскости, на к-рых Еу=0, отстоящие друг от друга на рас­стояниях x=n/kx (n=0, 1, 2, 3, . . .). В них можно помещать идеально проводящие тонкие металлич. листы, не искажая поля. Подобными листами можно ограничить систему с боков,




Рис. 1. Падение плоской однородной волны на идеально отражающую поверхность х=0; пунктир — отражённая волна, за­штрихованная область — распределение ам­плитуд поля Еу вдоль оси ох; в узлах этого поля можно помещать идеально проводящий лист, не внося искажений.


перпендикулярно линиям Ey. Т. о., удаётся построить распределение эл.-магн. поля для волны, распростра­няющейся внутри трубы прямоуголь­ного сечения (прямоугольный Р.). Построение поля путём многократного отражения плоских волн от стенок, поясняющее «механизм» его распро­странения в Р., наз. к о н ц е п ц и е й Б р и л л ю э н а.

Распространение волн в Р. воз­можно только при наклонном падении волны на стенки Р. (0). При норм. падении (=0) kz=0, поле перестаёт зависеть от z, и волна оказывается как бы запертой между двумя пло­скостями. В результате в Р. образу­ются нормальные колебания, частоты к-рых n определяются числом полу­волн n, укладывающихся между ме­таллич. плоскостями: nn/d (d — расстояние между металлич. плоско­стями). Эти частоты наз. критич. ч а с т о т а м и Р. Нижняя критич. ча­стота кр=c/d соответствует n=1.

Внутри Р. могут распространяться волны только с частотами >кр,



Рис. 2. Формы поперечного сечения некото­рых радиоволноводов.

или <кр~2d. Длина волны в Р. (периодичность поля вдоль оси oz):

=(1-(/кр)2): при <кр >,

при кр . Это означает, что при =кр поле в Р. имеет не волно­вой, а колебат. хар-р. При >кр волна в Р. затухает.

Для длинных волн Р. слишком громоздки. Поэтому они применя­ются только для 10—20 см. В тех­нике СВЧ используются каналы разл. сечений (рис. 2). Обычно к Р. относят только каналы с односвязными се­чениями; каналы с двух- или много­связными сечениями рассматриваются в теории длинных линий (см. Линии передачи). Но концепция Бриллюэна пригодна в любом из этих случаев.

Волновые моды. В Р. могут воз­буждаться разл. типы волн, отличающиеся структурой эл.-магн. поля и частотой (моды). Волноводные моды находятся на основании решения Мак­свелла уравнений при соответствующих граничных условиях (для идеальных проводников равенство нулю танген­циальной составляющей электрич. по­ля). Поперечная структура полей в Р. определяется скалярной ф-цией (x, у), удовлетворяющей ур-нию мембраны с закреплёнными (=0)

или свободными /дn=0, n — нор­маль к границе) краями в зависимости от типа поляризации эл.-магн. поля. Задача о собств. колебаниях мем­браны имеет бесконечное, но счётное множество решений, соответствующих дискретному набору действительных собств. частот. Каждое из этих собств.

606


колебаний соответствует либо нор­мальной волне, распространяющейся вдоль Р., либо экспоненциально убы­вающей или нарастающей колебат. модам. Для прямоугольного Р. спектр собств. частот



где m и n — числа стоячих полуволн, укладывающихся вдоль а и 6. Чем больше т и n, тем сложнее поле в Р.



Рис, 3. Структура поля волны ТЕ10 в пря­моугольном волноводе; сплошные линии — силовые линии электрич. поля, пунктир­ные — магн. поля.



Рис. 4. Структура поля волны ТЕ11 в пря­моугольном волноводе.



Рис. 5. Структура поля волны TM11 в пря­моугольном волноводе.



Рис. 6. Структура поля волны TM01 в круглом волноводе.



Рис. 7. Структура поля волны ТЕ01 в круг­лом волноводе.



Рис. 8. Структура поля волны TM11 в круг­лом волноводе.



Рис. 9. Структура поля волны ТЕ11 в круг-дом волноводе.


Наименьшее кр соответствует n=1, m=0, если bm=1, если aE поляризовано в плоскости z=const. Эти волны наз. ТE-волнами (от англ. transverse — поперечный) или Н-волнами. Простейшие моды прямоуголь­ного Р.— волны TE10 (рис. 3) и ТЕ11 (рис. 4). Мембранная задача с за­креплёнными краями порождает вол­ны типа ТМnm (или Еnm). Здесь n0 и m0, т. к. силовые линии магн. поля не могут упираться в идеально проводящие стенки (они всегда за­мыкаются сами на себя). Простейшая волна этого типа — ТМ11 (рис. 5). С увеличением размера Р. число мод растёт. При этом поперечное сечение Р. разбивается на ячейки, каждая из к-рых как бы представляет собой элем. Р. с одной из простейших мод — типа ТЕ10, ТЕ11 или ТМ11.

Аналогично можно построить рас­пределение полей в Р. любого попе­речного сечения. На рис. 6—9 по­казаны структуры полей для мод внутри Р. круглого сечения. Про­стейшей является мода ТЕ11 (рис. 9), к-рая топологически соответствует вол­не TE10 в прямоугольном волноводе.

Все волноводные моды быстрые, их фазовая скорость v>с (точнее, больше скорости однородной плоской волны в среде, заполняющей Р.) и всегда нелинейно зависит от частоты ,

причём дv/д<0, т. е. Р. подобен среде

с норм. дисперсией (см. Дисперсия волн). Групповая скорость волны лю­бого типа в Р. обратно пропорц. v: vгр=c2/v; она меньше скорости света с в вакууме. Т. к. v и vгр различны для разных мод, то для неискажённой передачи сигналов следует либо ра­ботать в диапазоне частот, допуска­ющих распространение только одной, простейшей моды, либо, наоборот, пользоваться «сверхразмерными» многомодовыми Р., когда при vc может быть сформирован почти оторванный от стенок волновой пучок (см. Ква­зиоптика, Оптический резонатор).

Возбуждение радиоволноводов осу­ществляется с помощью антенн: ме­таллич. штыря (электрич. диполь), петли (магн. диполь), отверстия или щели (щелевая антенна). Электрич. диполь должен быть ориентирован по силовым линиям поля E нужной моды, петли должны пронизываться линиями Н, а щели прорезываться в стенках поперёк линий тока, т. е. вдоль линий Н. Эффективность воз­буждения зависит также от харак­теристик антенны, оптимальным явл. равенство её внутр. сопротивления сопротивлению излучения в данную моду.

Затухание волн в радиоволноводах обусловлено потерями энергии в ме­таллич. стенках или диэлектрич. сре­де. Частотная зависимость коэфф.



Рис. 10. Частотная зависимость коэфф. за­тухания К для моды TE11 круглого волно­вода из-за потерь в проводящих стенках.


затухания K() из-за потерь в стен­ках показана на рис. 10; при очень больших  потери растут с частотой для всех мод, кроме ТЕоп круглого Р.

Диэлектрические радиоволноводы представляют собой стержни из ди­электрика или магнетика (обычно круглые).

В естеств. условиях диэлектрич. Р.— это среды с плавным изменени­ем диэлектрич. проницаемости , обус­ловливающим формирование волноводного канала. Внутри диэлектрич. Р. плоские волны испытывают на границе раздела с внеш. средой пол­ное внутр. отражение, образуя сна­ружи экспоненциально убывающие при удалении от Р. поля (поверхност­ные волны). Это возможно, когда скорость распространения вдоль Р. меньше скорости распространения пло­ских волн в окружающем пр-ве. Этим диэлектрич. Р. существенно отличаются от металлических. Другая их особенность состоит в том, что из-за неоднородности среды в них могут распространяться т. н. гибридные ЕН- или НЕ-волны. Они возникают и в экранированных системах с неодно­родным заполнением. Аналоги таких Р. в оптике — волоконные системы (см. Волоконная оптика). Диэлектрич. Р., образуемые благодаря неоднород­ному распределению концентрации плазмы в ионосфере, обеспечивают сверхдальнее распространение радио­волн с малым ослаблением сигнала (см. Атмосферный волновод, Распро­странение радиоволн). При облучении нелинейного диэлектрика, магнетика или плазмы мощными радиоволнами внутри этих сред могут образовы­ваться самоподдерживающиеся Р., но они, как правило, не обладают до­статочным запасом устойчивости.

Р. служат фидерными системами в радиолокац. и др. системах для пе­редачи сигнала от передатчика в пе­редающую антенну и от приёмной антенны к приёмнику. Фидерная си­стема на СВЧ имеет вид волнового тракта, состоящего из различных волноводных узлов. Для сочленения Р. с разными поперечными сечениями применяются плавные волноводные переходы с перем. сечением. Осн. преимуществом металлич. Р. по срав­нению с линиями передачи (двух­проводной симметричной линией и коаксиальным кабелем) явл. отно-

607


сителъно малые потери энергии. При­чина состоит в том, что в экраниро­ванных Р. полностью отсутствует из­лучение энергии в пр-во; кроме того, при одинаковых внеш. размерах Р., и двухпроводной линии (или коакси­ального кабеля) поверхность Р., по к-рой протекают электрич. токи (при распространении волны), обычно боль­ше, чем поверхность проводов двух­проводной линии (или жилы коак­сиального кабеля). Т. к. глубина проникновения токов во всех случаях определяется скин-эффектом, то плот­ности токов, а следовательно и джоулевы потери в Р. меньше, чем в линии.

• Каценеленбаум Б. 3., Высоко­частотная электродинамика, М., 1966; Лебедев И. В., Техника и приборы СВЧ, 2 изд., т. 1, М., 1970; X а р в ей А. Ф., Техника сверхвысоких частот, пер. с англ., т. 1—2, М., 1965; Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р., Смирнов В. П., Справоч­ник по элементам волноводной техники, 2 изд., М., 1967; Фелсен Л., М а р к у в и ц Н., Излучение и рассеяние волн, пер. с англ., т. 1—2, М., 1978; Виноградова М. В., Р у д е н к о О. В., С у х о р у к о в А. П., Теория волн, М., 1979.

М. А. Миллер.

РАДИОВОЛНЫ (от лат. radio — из­лучаю), электромагнитные волны с длиной волны К от 510-5 и до 1010 м (частотой (о от 61012 Гц до неск. Гц). В опытах Г. Герца (1888) впервые

Таблица 1.




были получены электромагн. волны с  в неск. десятков см. В 1895—99 А. С. Попов впервые применил эл.-магн. колебания с ~102—2104 см для осуществления беспроволочной связи на расстоянии. По мере раз­вития радиотехники расширялся ча­стотный диапазон (табл. 1) радио­волн, к-рые могут генерироваться, излучаться и приниматься радиоап­паратурой. В природе существуют и естеств. источники Р., во всех ча­стотных диапазонах. Источником Р. явл. любое нагретое тело (тепловое излучение). Источниками Р. явл. звёз­ды, в т. ч. Солнце, галактики и ме­тагалактики. Р. генерируются и при нек-рых процессах, происходящих в земной атмосфере, напр. при разряде молний (а т м о с ф е р и к и), при воз­буждении колебаний в ионосферной плазме.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Похожие:

Раби метод iconФизика, 11 класс Гаврилов Андрей Владимирович, двггу
При решении задач, в которых необходимо провести расчет электрической цепи, наиболее часто используются следующие методы: метод свертывания,...

Раби метод iconКурс: 4 Тип: курсовая работа Прибыль и ее роль в рыночной экономике Содержание
Метод прямого счета, аналитический метод и метод совмещенного расчета

Раби метод icon16. Численные методы решения систем конечных уравнений (метод итераций, метод Ньютона). Метод Ньютона (метод касательных или метод линеаризации)
Численные методы решения систем конечных уравнений (метод итераций, метод Ньютона)

Раби метод icon1 Лангитюдний метод це: форма контролю вид контролю метод поздовжнього зрізу метод поперечного зрізу Правильный ответ: c 2
Який з термінів означає кількісні техніки, що базуються на об'єктив┐ному реєструванні дій піддослідного

Раби метод icon-
Взбранной Воеводе, Заступнице нашей, взирающе на первописанный образ Твой, хвалебное пение воспеваем Ти раби Твои, Богомати. Ты же,...

Раби метод iconВопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Анализ финансовой отчетности»
Методологическая основа финансового анализа: метод абсолютных, относительных и средних величин, метод сравнения, вертикальный анализ,...

Раби метод iconАкафист Пресвятой Богородице пред Ея иконой, именуемой «Всецарица»
Новоявленней Твоей иконе предстояще вернии умильно, воспеваем Ти, Всецарице, раби Твои; ниспосли цельбы к Тебе притекающим ныне рабом...

Раби метод iconЛекция 3 Образовательные технологии «Кейс-стади» и«Дебаты»
Метод case-study или метод конкретных ситуаций (от английского case – случай, ситуация) – метод активного проблемно-ситуационного...

Раби метод iconРаби Нахман из Браслава. Рассказы о необычайном По изд.: Рассказы о необычайном

Раби метод iconЛабораторная работа №1 Экспериментальная проверка основных законов токопрохождения
Цель работы – изучение основных методов расчета сложной линейной цепи при постоянном токе: метод контурных токов (мкт), метод узловых...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница