Протон

Протон (элементарная частица) — Vladimir Gorunovich

Протон

Данная статья была написана Владимиром Горунович для сайта «Викизнание» еще до того как аналогичная статья на сайте Викизнание подверглась правке, исказившей действительность. Теперь я могу свободно писать правду только на своих сайтах, и еще тех сайтах, которые позволяют это сделать.

Оглавление

  • 1 Протон (элементарная частица)
  • 2 Протон в физике
    • 2.1 Радиус протона
    • 2.2 Магнитный момент протона
    • 2.3 Электрическое поле протона
      • 2.3.1 Электрическое поле протона в дальней зоне
      • 2.3.2 Электрические заряды протона
      • 2.3.3 Электрическое поле протона в ближней зоне
    • 2.4 Масса покоя протона
    • 2.

      5 Время жизни протона

  • 3 Протон в Стандартной модели
  • 4 Протон — это элементарная частица
  • 5 Когда физика оставалась наукой
  • 6 Протон — итог

1 Протон (элементарная частица)

Протон — элементарная частица квантовое число L=3/2 (спин = 1/2) — группа барионов, подгруппа протона, электрический заряд +e (систематизация по полевой теории элементарных частиц).

ПротонОсновные квантовые числа (по полевой теории элементарных частиц)Дополнительные квантовые числаДругие свойства
Символ p, p+
Масса 938,272046(21)МэВ
Группы барионы
Главное квантовое число (L) 3/2
Подгруппа (ML) протона (-3/2)
Квантовое число V 0
Электрический заряд +1
Спин 1/2
Барионное число 1
Время жизни >2.9•1029 лет (в свободном состоянии)
Схема распада n0 + e+ + ve (наблюдаются в атомных ядрах)

Подгруппа протона (основные и возбужденные состояния)

2 Протон в физике

Протон — элементарная частица квантовое число L=3/2 (спин = 1/2) — группа барионов, подгруппа протона, электрический заряд +e (систематизация по полевой теории элементарных частиц).

Согласно полевой теории элементарных частиц (теории — построенной на научном фундаменте и единственной получившей правильный спектр всех элементарных частиц), протон состоит из вращающегося поляризованного переменного электромагнитного поля с постоянной составляющей.

Все голословные утверждения Стандартной модели о том, что протон якобы состоит из кварков, не имеют ничего общего с действительностью. — Физика экспериментально доказала, что протон обладает электромагнитными полями, и еще гравитационным полем.

О том, что элементарные частицы не просто обладают — а состоят из электромагнитных полей, физика гениально догадалась еще 100 лет назад, но вот построить теорию никак не удавалось до 2010 года.

Теперь в 2015 году появилась еще и теория гравитации элементарных частиц, установившая электромагнитную природу гравитации и получившая уравнения гравитационного поля элементарных частиц, отличные от уравнений гравитации, на основании которых была построена не одна математическая сказка в физике.

Структура электромагнитного поля протона (E-постоянное электрическое поле ,H-постоянное магнитное поле, желтым цветом отмечено переменное электромагнитное поле)

Энергетический баланс (процент от всей внутренней энергии):

  • постоянное электрическое поле (E) — 0,346%,
  • постоянное магнитное поле (H) — 7,44%,
  • переменное электромагнитное поле — 92,21%.

Соотношение между энергией сосредоточенной в постоянном магнитном поле протона и энергии сосредоточенной в постоянном электрическом поле равно 21,48. Этим объясняется наличие у протона ядерных сил. Структура протона приведена на рисунке.

Электрическое поле протона состоит из двух областей: внешней области с положительным зарядом и внутренней области с отрицательным зарядом. Разность зарядов внешней и внутренней областей определяет суммарный электрический заряд протона +e. В основе его квантования лежат геометрия и строение элементарных частиц.

А так выглядят фундаментальные взаимодействия элементарных частиц, действительно существующие в природе:

Фундаментальные взаимодействия в природе, их (физические поля)
• Электромагнитные взаимодействия (электромагнитные поля)• Гравитация (гравитационное поле)

2.1 Радиус протона

Полевая теория элементарных частиц определяет радиус (r) частицы как расстояние от центра до точки в которой достигается максимум плотности массы.

Для протона это будет 3,4212 •10-16 м. К этому необходимо добавить еще толщину слоя электромагнитного поля, в результате получится:

что равно 4,5616 •10-16 м. Таким образом, внешняя граница протона находится от центра на расстоянии 4,5616 •10-16 м. Но необходимо помнить, что небольшая (порядка 1%) часть массы покоя, заключенная в постоянном электрическом и постоянном магнитном полях, в соответствии с классической электродинамикой, находится вне данного радиуса.

2.2 Магнитный момент протона

В противовес квантовой теории полевая теория элементарных частиц утверждает, что магнитные поля элементарных частиц не создаются спиновым вращением электрических зарядов, а существуют одновременно с постоянным электрическим полем как постоянная составляющая электромагнитного поля. Поэтому магнитные поля есть у всех элементарных частиц с квантовым числом L>0.

Полевая теория элементарных частиц не считает магнитный момент протона аномальным — его величина определяется набором квантовых чисел в той степени, в какой квантовая механика работает в элементарной частице.

Так основной магнитный момент протона создается двумя токами:

  • (+) с магнитным моментом +2 eħ/m0pc
  • (-) с магнитным моментом -0,5 eħ/m0pc

Для получения результирующего магнитного момента протона надо сложить оба момента, умножить на процент энергии переменного электромагнитного поля, разделенный на 100 процентов и добавить спиновую составляющую, в результате получим 1,3964237 eh/m0pc. Для того чтобы перевести в обычные ядерные магнетоны надо полученное число умножить на два — в итоге имеем 2,7928474.

2.3.1 Электрическое поле протона в дальней зоне

Знания физики об структуре электрического поля протона менялись по мере развития физики. Первоначально считалось, что электрическое поле протона представляет собой поле точечного электрического заряда +e. Для данного поля будут:
потенциал электрического поля протона в точке (А) в дальней зоне (r >> rp) точно, в системе СИ равен:

напряженность E электрического поля протона в дальней зоне (r >> rp) точно, в системе СИ равна:

где n = r/|r| — единичный вектор из центра протона в направлении точки наблюдения (А), r — расстояние от центра протона до точки наблюдения, e — элементарный электрический заряд, жирным шрифтом выделены вектора, ε0 — электрическая постоянная, rp=Lh/(m0~c) — радиус протона в полевой теории, L — главное квантовое число протона в полевой теории, h — постоянная Планка, m0~ — величина массы заключенной в переменном электромагнитном поле покоящегося протона, c — скорость света. (В системе СГС отсутствует множитель Множитель СИ .)

Данные математические выражения верны для дальней зоны электрического поля протона: r >> rp, но физика тогда предполагала, что их верность распространяется и в ближней зоне, до расстояний порядка 10-14 см.

2.3.2 Электрические заряды протона

В первой половине 20 века физика считала, что у протона имеется только один электрический заряд и он равен +e.

После появления гипотезы кварков, физика предположила что внутри протона имеются не один, а три электрических заряда: два электрических заряда +2e/3 и один электрический заряд -e/3. В сумме эти заряды дают +e.

Это было сделано, поскольку физика предположила, что протон имеет сложную структуру и состоит из двух u-кварков с зарядом +2e/3 и одного d-кварка с зарядом -e/3.

Но кварки не были найдены ни в природе, ни на ускорителях ни при каких энергиях и оставалось либо принять их существование на веру (что и сделали сторонники Стандартной модели), либо искать другую структуру элементарных частиц.

Но вместе с этим в физике постоянно накапливалась экспериментальная информация об элементарных частицах и когда ее накопилось достаточно для переосмысления сделанного, на свет появилась полевая теория элементарных частиц.

Согласно полевой теории элементарных частиц, постоянное электрическое поле элементарных частиц с квантовым числом L>0, как заряженных, так и нейтральных, создается постоянной компонентой электромагнитного поля соответствующей элементарной частицы (не электрический заряд является первопричиной электрического поля, как физика считала в 19 веке, а электрические поля элементарных частиц таковы, что они соответствуют полям электрических зарядов). А поле электрического заряда возникает в результате наличия асимметрии между внешней и внутренней полусферами, генерирующими электрические поля противоположных знаков. Для заряженных элементарных частиц в дальней зоне генерируется поле элементарного электрического заряда, а знак электрического заряда определяется знаком электрического поля, генерируемого внешней полусферой. В ближней зоне данное поле обладает сложной структурой и является дипольным, но дипольным моментом оно не обладает. Для приближенного описания данного поля как системы точечных зарядов потребуется не менее 6 «кварков» внутри протона — лучше если взять 8 «кварков». Понятное дело, что электрические заряды таких «кварков» будут совершенно иными, чем считает стандартная модель (со своими кварками).

Полевая теория элементарных частиц установила, что у протона, как и у любой другой положительно заряженной элементарной частицы, можно выделить два электрических заряда и соответственно два электрических радиуса:

  • электрический радиус внешнего постоянного электрического поля (заряда q+=+1.25e) — rq+= 4.39 10-14 см,
  • электрический радиус внутреннего постоянного электрического поля (заряда q-=-0.25e) — rq-= 2.45 10-14 см.

Данные характеристики электрического поля протона соответствуют распределению 1 полевой теории элементарных частиц.

Физика пока экспериментально не установила точность данного распределения, и какое распределение наиболее точно соответствует реальной структуре постоянного электрического поля протона в ближней зоне, равно как и саму структуру электрического поля протона в ближней зоне (на расстояниях порядка rp).

Как видите, электрические заряды близки по величине к зарядам предполагаемых кварков (+4/3e=+1.333e и -1/3e=-0.333e) в протоне, но в отличие от кварков, электромагнитные поля в природе существуют, и аналогичной структурой постоянного электрического поля обладает любая положительно заряженная элементарная частица, независимо от величины спина и … .

Величины электрических радиусов для каждой элементарной частицы уникальны и определяются главным квантовым числом в полевой теории L, величиной массы покоя, процентом энергии заключенной в переменном электромагнитном поле (где работает квантовая механика) и структурой постоянной составляющей электромагнитного поля элементарной частицы (одинаковой для всех элементарных частиц с заданным главным квантовым числом L), генерирующей внешнее постоянное электрическое поле. Электрический радиус указывает среднее местонахождение равномерно распределенного по окружности электрического заряда, создающего аналогичное электрическое поле. Оба электрических заряда лежат в одной плоскости (плоскости вращения переменного электромагнитного поля элементарной частицы) и имеют общий центр, совпадающий с центром вращения переменного электромагнитного поля элементарной частицы.

2.3.3 Электрическое поле протона в ближней зоне

Зная величины электрических зарядов внутри элементарной частицы и их местоположение, можно определить и создаваемое ими электрическое поле.

Напряженность E электрического поля протона в ближней зоне (r~rp), в системе СИ, как векторная сумма, приблизительно равна:

где n+ = r+/|r+| — единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда протона q+ в направлении точки наблюдения (А), n- = r-/|r-| — единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда протона q- в направлении точки наблюдения (А), r — расстояние от центра протона до проекции точки наблюдения на плоскость протона, q+ — внешний электрический заряд +1.25e, q- — внутренний электрический заряд -0.25e, жирным шрифтом выделены вектора, ε0 — электрическая постоянная, z — высота точки наблюдения (А) (расстояние от точки наблюдения до плоскости протона), r0 — нормировочный параметр. (В системе СГС отсутствует множитель Множитель СИ .)

Данное математическое выражение представляет собой сумму векторов и ее надо вычислять по правилам сложения векторов, поскольку это поле двух распределенных электрических зарядов (+1.25e и -0.25e).

Первое и третье слагаемое соответствуют ближним точкам зарядов, второе и четвертое — дальним.

Данное математическое выражение не работает во внутренней (кольцевой) области протона, генерирующей его постоянные поля (при одновременном выполнении двух условий: h/m0~c

Протон

Протон

протон майл, протон нейтрон электрон

Прото́н (от др.-греч. πρῶτος — первый, основной) — элементарная частица. Относится к барионам, имеет спин 1/2. Стабилен.

Протоны принимают участие в термоядерных реакциях, которые являются основным источником энергии, генерируемой звёздами. В частности, реакции pp-цикла, который является источником почти всей энергии, излучаемой Солнцем, сводятся к соединению четырёх протонов в ядро гелия-4 с превращением двух протонов в нейтроны.

Кварковая структура протона

В физике протон обозначается буквой p (или p+). Химическое обозначение протона (рассматриваемого в качестве положительного иона водорода) — H+, астрофизическое — HII.

  • 1 Свойства протона
  • 2 Протон в химии
  • 3 Интересные факты
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Ссылки
  • 7 Литература

Свойства протона

Относится к барионам, имеет спин 1/2, электрический заряд +1 (в единицах элементарного электрического заряда).

В физике элементарных частиц рассматривается как нуклон с проекцией изоспина +1/2 (в ядерной физике принят противоположный знак проекции изоспина). Состоит из трёх кварков (один d-кварк и два u-кварка).

Стабилен (нижнее ограничение на время жизни — 2,9·1029 лет независимо от канала распада, 1,6·1033 лет для распада в позитрон и нейтральный пион).

Масса протона, выраженная в разных единицах, составляет (рекомендованные значения CODATA 2014 года, в скобках указана погрешность величины в единицах последней значимой цифры, одно стандартное отклонение):

  • 938,272 0813(58) МэВ;
  • 1,007 276 466 879(91) а. е. м.;
  • 1,672 621 898(21)·10−27 кг;
  • 1836,152 673 89(17) массы электрона.

Внутренняя чётность: равна 1.

Отношение масс протона и электрона, равное 1836,152 673 89(17), с точностью до 0,002 % равно значению 6π5 = 1836,118…

Магнитный момент протона измеряется путём измерения отношения резонансной частоты прецессии магнитного момента протона в заданном однородном магнитном поле и циклотронной частоты обращения протона по круговой орбите в том же самом поле

Протон в атомном ядре способен захватывать электрон с ближайшей K- или L-электронной оболочки атома (т. н. «электронный захват»). Протон атомного ядра, поглотив электрон, превращается в нейтрон и одновременно испускает нейтрино.

«Дырка» в K- или L-слое, образовавшаяся при электронном захвате, заполняется электроном одного из вышележащих электронных слоев атома с излучением характеристических рентгеновских лучей, соответствующих атомному номеру Z-1.

Известно свыше 200 изотопов от 4Be7 до 101Md256, распадающихся путём электронного захвата.

Протон в химии

Ядро атома водорода состоит из одного протона. Протон в химическом смысле является ядром атома водорода (точнее, его лёгкого изотопа — протия) без электрона.

Протоны (вместе с нейтронами) являются основными составляющими атомных ядер. Порядковый номер химического элемента в периодической таблице (и, соответственно, все его химические свойства) полностью определяются зарядом ядра его атомов, который, в свою очередь, равен количеству протонов в ядре (протонному числу).

Положительно заряженный ион (катион) водорода — H+ в химии является мощным акцептором электронов и, соответственно, участвует в реакциях донорно-акцепторного взаимодействия. Протонирование, присоединение протона к веществу имеет важное значение во многих химических реакциях, например, при нейтрализации, электрофильном присоединении и электрофильном замещении, образовании ониевых соединений.

Источником протонов в химии являются минеральные (азотная, серная, фосфорная и другие) и органические (муравьиная, уксусная, щавелевая и другие) кислоты. В водном растворе кислоты способны к диссоциации с отщеплением протона, образующего катион гидроксония.

Интересные факты

  • Ультрарелятивистские протоны (как и любые другие адроны, а также атомные ядра) для неподвижного наблюдателя имеют форму двояковогнутой линзы.
  • Измерения радиуса протона с помощью атомов обычного водорода, проводимые разными методами с 1960-х годов, привели (CODATA-2014) к результату 0,8751±0,0061 фемтометра (1 фм = 10−15 м). Первые эксперименты с атомами мюонного водорода (где электрон заменён на мюон) дали для этого радиуса на 4 % меньший результат 0,84184±0.00067 фм. Причины такого различия пока неясны.

См. также

В Викисловаре есть статья «протон»

  • Антипротон
  • Нейтрон
  • Нуклон
  • Электрон
  • Фемтоскопия
  • Распад протона
  • Ядерные модели

Примечания

  1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.

    txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing

  2. 12 CODATA Value: proton mass
  3. 12 CODATA Value: proton mass in u
  4. CODATA Value: proton mass energy equivalent in MeV
  5. 12 CODATA Value: proton-electron mass ratio
  6. Широков, 1972, с. 67
  7. Бете, Г., Моррисон Ф. Элементарная теория ядра. — М: ИЛ, 1956. — С. 48.
  8. Химический энциклопедический словарь / гл. редактор И.Л.Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1983. — С. 484. — 792 с.
  9. Иванов И. Какую форму имеет быстро летящий протон? = B. Blok, L. Frankfurt, M. Strikman. On the shape of a rapid hadron in QCD.
  10. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing
  11. Randolf Pohl, Aldo Antognini, François Nez, Fernando D. Amaro, François Biraben, João M. R. Cardoso, Daniel S. Covita, Andreas Dax, Satish Dhawan, Luis M. P. Fernandes, Adolf Giesen, Thomas Graf, Theodor W. Hänsch, Paul Indelicato, Lucile Julien, Cheng-Yang Kao, Paul Knowles, Eric-Olivier Le Bigot, Yi-Wei Liu, José A. M. Lopes, Livia Ludhova, Cristina M. B. Monteiro, Françoise Mulhauser, Tobias Nebel, Paul Rabinowitz, et al. (8 July 2010). «The size of the proton». Nature 466 (7303): 213–216. DOI:10.1038/nature09250. PMID 20613837. Bibcode: 2010Natur.466..213P. Проверено 2010-07-09.
  12. Proton Structure from the Measurement of 2S-2P Transition Frequencies of Muonic Hydrogen

Ссылки

  • ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ // Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

Литература

  • Многие известные свойства протона систематически изложены в публикации Particle Data Group.  (англ.)
  • Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. — М.: Наука, 1972. — 670 с.
  • Резерфорд Э., Избр. научные труды кн 2 — Строение атома и искусственное превращение элементов, пер. с англ., М., 1972
  • Жакоб М., Ландшофф П., Внутренняя структура протона, «УФН», 1981, т. 133, в. 3, с 505
  • «Phvs. Lett. В», 1990, v. 239, Review of particle properties

п·о·р Частицы в физике (Список частиц · Список квазичастиц · Список барионов · Список мезонов) 

Элементарныечастицы

Составныечастицы

Другиеклассификациичастиц

Квазичастицы

Фермионы
Кварки u · d · s · c · b · t
Лептоны e− · e+ · μ− · μ+ · τ− · τ+ · νe · νe · νμ · νμ · ντ · ντ
Бозоны Калибровочные бозоны (γ · g · W± · Z0) • Бозоны Хиггса (H0)
Гипотетические
Суперпартнёры
Гейджино Глюино · Вино · Бино · Зино · Фотино · Гравитино
Сфермионы Скварки · Слептоны
Другие Хиггсино · Нейтралино · Чарджино · Аксино · Саксион · LSP · NLSP
Другие G · A0 · Дилатон · J · X · Y · W’ · Z’ · Стерильное нейтрино · Ду́хи · Хамелеон · Лептокварк · Преон · Планковская частица · Максимон
Адроны
Барионы / Гипероны / Пентакварки Нуклоны (p · p · n · n) · Δ · Λ · Σ · Ξ · Ω
Мезоны / Кварконии / Тетракварки π · η · η′ · ρ · ω · φ · J/ψ · ϒ · θ · K · B · D · T
Соединенияэлементарных и/илисоставных частиц
Обычные Атомные ядра (Дейтрон · Тритон · Гелион · α) · Атомы · Ионы (Катионы · Анионы) · Молекулы
Необычные В физике гиперядер: Λ‑гиперядра (Гиперводород · Гипертритон) · Σ‑гиперядра  • Экзотические атомы: Мезоатомы · Мюонные (Мюонный водород) · Адронные · Пионные · Каонные · Антипротонные · Σ-гиперонные  • Лептонные атомы (Позитроний · Мюоний) · Протоний · Пионий • Мезомолекула · Дипозитроний
Гипотетические
Экзотические адроны Экзотические барионы (Дибарион)  • Экзотические мезоны (Глюоний · X(4140))
Другие Мезонная молекула · Померон
По скорости относительно скорости света Тардионы (или брадионы) · Люксоны • Гипотетические: Тахионы · Сверхбрадионы
По наличию античастицы Фермионы Дирака · Фермионы Майораны
Образуются при радиоактивном распаде α · β · γ · δ · ε
Дроплетон · Солитон Давыдова · Экситон · Биэкситон · Магнон · Фонон · Плазмон · Поляритон · Полярон · Примесон · Ротон · Биротон · Дырка · Электрон · Куперовская пара · Орбитон · Трион · Фазон · Флуктуон · Энион · Холон и спинон

протон дэлгүүр, протон м, протон майл, протон нейтрон электрон, протон харьков, протон це, протон электроникс, протони і нейтрони, протоникс, протонная терапия

Протон Информацию О

Протон

Протон
Протон Вы просматриваете субъект
Протон что, Протон кто, Протон описание

There are excerpts from wikipedia on this article and video

Наш сайт имеет систему в функции поисковой системы. Выше: «что вы искали?»вы можете запросить все в системе с коробкой. Добро пожаловать в нашу простую, стильную и быструю поисковую систему, которую мы подготовили, чтобы предоставить вам самую точную и актуальную информацию.

Поисковая система, разработанная для вас, доставляет вам самую актуальную и точную информацию с простым дизайном и системой быстрого функционирования. Вы можете найти почти любую информацию, которую вы ищете на нашем сайте.

На данный момент мы служим только на английском, турецком, русском, украинском, казахском и белорусском языках.
Очень скоро в систему будут добавлены новые языки.

Жизнь известных людей дает вам информацию, изображения и видео о сотнях тем, таких как политики, правительственные деятели, врачи, интернет-сайты, растения, технологические транспортные средства, автомобили и т. д.

Ракета-носитель Протон. История, фото, характеристики

Протон

Разработчик ГКНПЦ им. Хруничева
Статус  Эксплуатируется
Первый полет 1965
Произведено пусков 409 (2015)

УР-500 Протон – советская/российская ракета-носитель тяжелого класса, разработанная в ОКБ-52 Челомея (ныне ГКНПЦ им. Хруничева) в 1960-хх годах.

История ракет Протон

В начале 1960-хх годов космическая гонка между СССР и США достигла апогея.

Исследования космического пространства и появление огромного количества новых технологий и методик делало еще недавно разработанные ракеты морально устаревшими.

Уже к началу 1960-хх руководство СССР приняло решение о создании нового поколения ракет, способных выводит в космос как большую полезную нагрузку, так и тяжелые сверхмощные ядерные заряды.

В конкурсе участвовали основные конструкторские школы: ОКБ Королева предложило ракету Н-1, ОКБ Янгеля тяжелую ракету Р-56, а ОКБ №52 под руководством Челомея предложило семейство ракет под наименованием УР – Универсальная Ракета. Челомей планировал создать сразу 4 унифицированные ракеты: легкую МБР УР-100, среднюю МБР УР-200, тяжелый носитель УР-500 и сверхтяжелый носитель УР-700.

По итогу конкурса было решено отказаться от варианта легкой ракеты. ОКБ №52 получило заказ на среднюю МБР и тяжелый носитель. Заказ на сверхтяжелый носитель получил Королев со-своей Н-1.

Изначально, УР-500 предполагал «пакетную» схему, составленную из четырех параллельно соединенных ракет УР-200, с третьей ступенью, так же созданной на базе УР-200. Со-временем от такой схемы отказались в пользу тандемной, хотя верхние ступени все же были созданы из УР-200.

Ракета создавалась как гражданская – для доставки в космос тяжелых грузов, так и военная – в качестве стратегического носителя сверхтяжелых бомб мощностью до 150 мегатонн.

Для этого ракета должна была быть весьма мощной, т.к.

, например, созданная в 1961 году водородная бомба АН602 (знаменитая Кузькина мать или Царь-бомба) мощностью 58 мегатонн весила 26,5 тонн и не помещалась в фюзеляже бомбардировщика Ту-95.

Для УР-500 были адаптированы двигатели РД-253, разработанные в КБ Глушко. В свое время этот двигатель был отвергнут Королевым в проекте Н-1 из-за применяемого в нем токсичного топлива. Было решено применить эту технологию с УР-500, хотя токсичность топлива до сих пор является главной претензией к ракетам Протон.

Над проектом надвисла серьезная опасность закрытия после отставки поддерживавшего его Хрущева. Проект УР-200 был закрыт, как дублировавший уже действующие проект МБР Р-9. Однако, после длительного противостояния политиков и инженеров УР-500 было решено сохранить в гражданской версии.

Первый пуск двухступенчатой версии УР-500 совершил в 1965 году с грузом массой в 8,4 тонны. Всего, за 1965-1966 годы было осуществлено 4 запуска, доставивших в космос спутники Протон. Изначально ракету планировали назвать Геркулес, но из-за того, что первые 2 года УР-500 доставляла в космос спутники Протон, то и ее саму стали  так называть.

Тогда же началась разработка тяжелой версии Протон-К – уже трехступенчатой для возможности полетов к Луне. Эта ракета взлетела в 1967 году с прототипом будущего корабля для облета Луны.

Тем не менее, Лунная программа СССР не увенчалась успехом: из 11 запусков Протона-К и лунным кораблем полностью успешным признали только 1, а всего из 21 запуска Протона-К успешными признали лишь 6. Вкупе с неудачными запусками ракет Н-1 и тем фактом, что в 1969 году Аполлон-11 достиг Луны, в СССР программа была свернута.

Из-за высокой аварийности и большого количества доработок Протон-К была принят на вооружение только к 1978 году после 61 осуществленного пуска.

Протон-К использовалась для запуска различных научных, военных и гражданских космических аппаратов. Ракета использовалась для выведения полезной нагрузки на низкие орбиты, четырёхступенчатый — для выведения космических аппаратов на высокие. В зависимости от модификации ракета была способна вывести до 21 т полезной нагрузки на орбиту высотой 200 км и до 2,6 т на геостационарную орбиту.

В первом десятилетии XXI века ракета Протон-К сменилась модернизированной версией Протон-М, которая успешно эксплуатируется в России.

Конструкция ракет Протон

УР-200

Базовая УР-500 была двухступенчатой ракетой, у которой первая ступень – более мощная, была разработана специально, а вторая ступень унаследована от УР-200. Ракета могла вывести до 8,4 тонн груза на низкую орбиту.

Первая ступень семиблочная: один центральный, окруженный шестью боковыми блоками. Центральный блок включает хвостовой отсек, переходный отсек и бак окислителя, двигателей нет. Боковые блоки содержат хвостовые отсеки с двигателями РД-253, топливных баков и передних отсеков.

Вторая ступень состоит из переходного, топливного и хвостового отсеков. Оснащается тремя двигателями РД-0210 и одним РД-0211 (может обеспечивать наддув топливных баков).

Протон-К

Появление модификации Протон-К потребовало внести ряд изменений во вторую ступень базовой ракеты для обеспечения возможности добавления третьей и четвертой ступени. Это позволило увеличить массу полезной нагрузки и работать на более высоких орбитах.

Мощность двигателей первой ступени была увеличена на 7,7% (обновленные двигатели получили индекс РД-275).

Во второй ступени были увеличены топливные баки и изменилась конструкция переходного отсека между первой и второй ступенями.

Третья ступень – новая для УР-500 – состоит из приборного, топливного и хвостового отсеков. Ее разработали на базе второй ступени, но укоротили и установили 1 двигатель РД-0212 + небольшой рулевой двигатель РД-0214.

Протон-М

К 2012 году основной ракетой России стала обновленная модификация Протон-М. Она создана на базе модификации «К», но в нее был внесен ряд изменений, в первую очередь, в систему управления.

Благодаря этому ракета эффективнее сжигает топливо, отработанные ступени возвращаются на Землю более точно, получает возможность маневрировать в космосе, а так же позволяет устанавливать более габаритные грузы.

Так же двигатели РД-275 были заменены на РД-276, что увеличило на 650 кг массу забрасываемого на ГПО груза.

Все ступени используют топливо, составленное из несимметричного диметилгидразина (НДМГ или гептил) и тетраоксида азота. Это топливо позволило упростить двигатели, но считается крайне токсичным.

Разгонные блоки

Для окончательного выведения груза на орбиту и маневрирования в космосе используются разгонные блоки ДМ и Бриз-М.

Блок ДМ (изначально Блок Д) создавался в ОКБ-1 Королева. После модернизации до версии ДМ блок мог работать в космосе до 9 часов с тремя возможными запусками. Сейчас на его базе создаются новые модификации.

Блок Бриз-М предназначен для ракет Протон-М и Ангара и является универсальной и наиболее активно применяющейся системой. Блок позволяет увеличить массу нагрузки до 3,5 тонн на ГСО. Впервые был запущен в 2001 году.

запуска ракеты-носителя Протон-М

Эксплуатация ракет Протон

Разработка ракеты-носителя явилась одной из основных программ в советской космонавтике. Несмотря на череду неудач в первые годы своего существования, наряду с «семёркой» (РН Восток, РН Союз и др.

), Ракета Протон стала одной из наиболее используемых ракет-носителей в советской и позже в российской космонавтике.

Со временем первоначальные ошибки конструкции были отработаны, и в настоящее время «Протон» является одним из самых надёжных носителей из когда-либо созданных.

Ракета Протон изготавливается на ГКНПЦ им. Хруничева. Собранные элементы ракет доставляются на космодромы по железной дороге. Окончательная сборка ракеты и подготовка к пуску осуществляется на космодроме на площадке 92А-50.

Пуски осуществляются  с космодрома Байконур. Из четырех пусковых прощадок, построенных для ракеты в советский период эксплуатируются три: площадки 81Л, 81П и 200Л.

Специально для продвижения коммерческих пусков была учреждена международная компания International Launch Services (ILS). На 2011 год под эгидой ILS было проведено 72 пуска.

Начиная с 1965 года РН Протон в трех своих модификациях запускалась 409 раз (2015 год) из которых 27 пусков были неудачными и 20 частично неудачными.

Планируется, что к 2020 годам ракета уступит место новой, более совершенной и экологичной ракете Ангара.

Конструкция модификаций ракет Протон

ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТ ПРОТОН

Тип ракета-носитель тяжелого класса
Топливо НДМГ + АТ
I ступень 6 РД-276
II ступень 3 РД-0210, 1 РД-0211
Разгонный блок Бриз-М
Стартовая масса 705 т.
Тяга (на уровне земли) 1022 тс.
Полезная нагрузка (НОО) 23 т.
Длина ракеты 58,2 м.

Открытие[ | ]

Открыт Эрнестом Резерфордом в 1919 году.

Свойства протона[ | ]

Относится к барионам, имеет спин 1⁄2, электрический заряд +1 (в единицах элементарного электрического заряда). В физике элементарных частиц рассматривается как нуклон с проекцией изоспина +1⁄2 (в ядерной физике принят противоположный знак проекции изоспина). Состоит из трёх кварков (один d-кварк и два u-кварка). Стабилен.

Масса протона, выраженная в разных единицах, составляет (рекомендованные значения CODATA 2014 года, в скобках указана погрешность величины в единицах последней значимой цифры, одно стандартное отклонение):

Внутренняя чётность протона равна 1.[7]

Отношение масс протона и электрона, равное 1836,152 673 89(17)[6], с точностью до 0,002 % равно значению 6π5 = 1836,118…

Внутренняя структура протона впервые была экспериментально исследована Р. Хофштадтером путём изучения столкновений пучка электронов высоких энергий (2 ГэВ) с протонами (Нобелевская премия по физике 1961 г.)[8].

Протон состоит из тяжёлой сердцевины (керна) радиусом ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 {displaystyle approx 0,25cdot 10{-13}} см, с высокой плотностью массы и заряда, несущей ≈ 35 % {displaystyle approx 35\%} электрического заряда протона и окружающей его относительно разреженной оболочки.

На расстоянии от ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 {displaystyle approx 0,25cdot 10{-13}} до ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 {displaystyle approx 1,4cdot 10{-13}} см эта оболочка состоит в основном из виртуальных ρ- и π-мезонов, несущих ≈ 50 % {displaystyle approx 50\%} электрического заряда протона, затем до расстояния ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 {displaystyle approx 2,5cdot 10{-13}} см простирается оболочка из виртуальных ω- и π-мезонов, несущих ~15 % электрического заряда протона[9][10].

Давление в центре протона, создаваемое кварками, составляет порядка 1035 Па (1030 атмосфер), то есть выше давления внутри нейтронных звёзд[11].

Магнитный момент протона измеряется путём измерения отношения резонансной частоты прецессии магнитного момента протона в заданном однородном магнитном поле и циклотронной частоты обращения протона по круговой орбите в том же самом поле[12].

С протоном связаны три физических величины, имеющих размерность длины:

  • комптоновская длина волны протона λ K = 2 π ℏ m c ≈ 1 , 32 ⋅ 10 − 13 {displaystyle lambda _{K}={frac {2pi hbar }{mc}}approx 1,32cdot 10{-13}} см;
  • расстояние от центра протона до максимума плотности электрического заряда R E ≈ 0 , 75 ⋅ 10 − 13 {displaystyle R_{E}approx 0,75cdot 10{-13}} см[10];
  • гравитационный радиус протона R G = 2 G m c 2 ≈ 2 , 48 ⋅ 10 − 52 {displaystyle R_{G}={frac {2Gm}{c{2}}}approx 2,48cdot 10{-52}} см.

Измерения радиуса протона с помощью атомов обычного водорода, проводимые разными методами с 1960-х годов, привели (CODATA-2014) к результату 0,8751 ± 0,0061 фемтометра (1 фм = 10−15 м)[13]. Первые эксперименты с атомами мюонного водорода (где электрон заменён на мюон) дали для этого радиуса на 4 % меньший результат 0,84184 ± 0,00067 фм[14][15]. Причины такого различия пока неясны.

Ультрарелятивистские протоны (как и любые другие адроны, а также атомные ядра) для неподвижного наблюдателя имеют форму двояковогнутой линзы[16].

Так называемый протона Qw ≈ 1 − 4 sin2 θW, определяющий его участие в слабых взаимодействиях путём обмена Z0-бозоном (аналогично тому как электрический заряд частицы определяет её участие в электромагнитных взаимодействиях путём обмена фотоном), составляет 0,0719 ± 0,0045, согласно экспериментальным измерениям нарушения чётности при рассеянии поляризованных электронов на протонах[17]. Измеренная величина в пределах экспериментальной погрешности согласуется с теоретическими предсказаниями Стандартной модели (0,0708 ± 0,0003)[17].

Стабильность[ | ]

Основная статья: Распад протона

Свободный протон стабилен, экспериментальные исследования не выявили никаких признаков его распада (нижнее ограничение на время жизни — 2,9⋅1029 лет независимо от канала распада[4], 8,2⋅1033 лет для распада в позитрон и нейтральный пион[18], 6,6⋅1033 лет для распада в положительный мюон и нейтральный пион[18]).

Поскольку протон является наиболее лёгким из барионов, стабильность протона является следствием закона сохранения барионного числа — протон не может распасться в какие-либо более лёгкие частицы (например, в позитрон и нейтрино) без нарушения этого закона.

Однако многие теоретические расширения Стандартной модели предсказывают процессы (пока не наблюдавшиеся), следствием которых было бы несохранение барионного числа и, следовательно, распад протона.

Протон, связанный в атомном ядре, способен захватывать электрон с электронной K-, L- или M-оболочки атома (т. н. «электронный захват»). Протон атомного ядра, поглотив электрон, превращается в нейтрон и одновременно испускает нейтрино: p+e− → ne.

«Дырка» в K-, L- или M-слое, образовавшаяся при электронном захвате, заполняется электроном одного из вышележащих электронных слоев атома с излучением характеристических рентгеновских лучей, соответствующих атомному номеру Z − 1, и/или Оже-электронов.

Известно свыше 1000 изотопов от 7
4Be до 262
105Db, распадающихся путём электронного захвата. При достаточно высоких доступных энергиях распада (выше 2mec2 ≈ 1,022 МэВ) открывается конкурирующий канал распада — позитронный распад p → n+e+e.

Следует подчеркнуть, что эти процессы возможны только для протона в некоторых ядрах, где недостающая энергия восполняется переходом образовавшегося нейтрона на более низкую ядерную оболочку; для свободного протона они запрещены законом сохранения энергии.

Эффект Унру должен приводить к тому, что в неинерциальных системах отсчета протон (как и другие стабильные частицы) приобретает конечное время жизни[19] — открывается возможность его обратного бета-распада на нейтрон, позитрон и нейтрино p → n+e++νe, запрещённого законом сохранения энергии для покоящегося или равномерно движущегося протона[20][21]. Однако при достижимых в лаборатории ускорениях этот эффект мал и никогда не наблюдался экспериментально.

Протон в химии[ | ]

Ядро атома водорода состоит из одного протона. Протон в химическом смысле является ядром атома водорода (точнее, его лёгкого изотопа — протия) без электрона.

Протоны (вместе с нейтронами) являются основными составляющими атомных ядер. Порядковый номер химического элемента в периодической таблице (и, соответственно, все его химические свойства) полностью определяются зарядом ядра его атомов, который, в свою очередь, равен количеству протонов в ядре (протонному числу).

Положительно заряженный ион (катион) водорода — H+ в химии является мощным акцептором электронов и, соответственно, участвует в реакциях донорно-акцепторного взаимодействия.

Протонирование, присоединение протона к веществу имеет важное значение во многих химических реакциях, например, при нейтрализации, электрофильном присоединении и электрофильном замещении, образовании ониевых соединений[22].

Источником протонов в химии являются минеральные (азотная, серная, фосфорная и другие) и органические (муравьиная, уксусная, щавелевая и другие) кислоты. В водном растворе кислоты способны к диссоциации с отщеплением протона, образующего катион гидроксония.

В газовой фазе протоны получают ионизацией — отрывом электрона от атома водорода. Потенциал ионизации невозбуждённого атома водорода составляет 13,595 эВ.

При ионизации молекулярного водорода быстрыми электронами при атмосферном давлении и комнатной температуре первоначально образуется молекулярный ион водорода (H2+) — физическая система, состоящая из двух протонов, удерживающихся вместе на расстоянии 1,06 Å одним электроном.

Стабильность такой системы, по Полингу, вызвана резонансом электрона между двумя протонами с «резонансной частотой», равной 7·1014 с−1[23]. При повышении температуры до нескольких тысяч градусов состав продуктов ионизации водорода изменяется в пользу протонов — H+.

Применение[ | ]

Пучки ускоренных протонов используются в экспериментальной физике элементарных частиц (изучение процессов рассеяния и получение пучков других частиц), в медицине (протонная терапия онкологических заболеваний)[24][25].

Примечания[ | ]

  1. ↑ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing
  2. 12 CODATA Value: proton mass
  3. 12 CODATA Value: proton mass in u
  4. 12 Ahmed S.; et al. (2004).

    “Constraints on Nucleon Decay via Invisible Modes from the Sudbury Neutrino Observatory”. Physical Review Letters. 92 (10): 102004. arXiv:hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID 15089201.

  5. ↑ CODATA Value: proton mass energy equivalent in MeV
  6. 12 CODATA Value: proton-electron mass ratio
  7. ↑ Широков, 1972, с. 67.
  8. Хофштадтер P. Структура ядер и нуклонов // УФН. — 1963. — Т. 81, № 1. — С. 185—200. — ISSN. — URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
  9. Щёлкин К. И.

    Виртуальные процессы и строение нуклона // Физика микромира — М.: Атомиздат, 1965. — С. 75.

  10. 12 Упругие рассеяния, периферические взаимодействия и резононы // Частицы высоких энергий. Высокие энергии в космосе и лаборатории — М.: Наука, 1965. — С. 132.
  11. Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X.

    The pressure distribution inside the proton (англ.) // Nature. — 2018. — May (vol. 557, no. 7705). — P. 396—399. — DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.

  12. Бете, Г., Моррисон Ф. Элементарная теория ядра. — М: ИЛ, 1956. — С. 48.
  13. ↑ Proton rms charge radius (англ.). Fundamental Physical Constants. NIST (2014). Проверено 3 апреля 2016.
  14. ↑ Pohl R.

    ; et al. (8 July 2010). “The size of the proton”. Nature. 466 (7303): 213—216. Bibcode:2010Natur.466..213P. DOI:10.1038/nature09250. PMID 20613837. Проверено 2010-07-09.

  15. ↑ Proton Structure from the Measurement of 2S-2P Transition Frequencies of Muonic Hydrogen
  16. Иванов И. Какую форму имеет быстро летящий протон? = B. Blok, L. Frankfurt, M.

    Strikman. On the shape of a rapid hadron in QCD.

  17. 12The Jefferson Lab Qweak Collaboration. Precision measurement of the weak charge of the proton (англ.) // Nature. — 2018. — May (vol. 557, no. 7704). — P. 207—211. — DOI:10.1038/s41586-018-0096-0.
  18. 12 Nishino H.; et al. (2009).

    “Search for Proton Decay via p→e+π0 and p→μ+π0 in a Large Water Cherenkov Detector”. Physical Review Letters. 102 (14): 141801. arXiv:0903.0676. Bibcode:2009PhRvL.102n1801N. DOI:10.1103/PhysRevLett.102.141801. PMID 19392425.

  19. Mueller R. Decay of accelerated particles (англ.) // Phys. Rev. D. — 1997. — Vol. 56. — P. 953—960. — DOI:10.1103/PhysRevD.

    56.953. — arXiv:hep-th/9706016.

  20. Vanzella D. A. T., Matsas G. E. A. Decay of accelerated protons and the existence of the Fulling-Davies-Unruh effect (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2001. — Vol. 87. — P. 151301. — DOI:10.1103/PhysRevLett.87.151301. — arXiv:gr-qc/0104030.
  21. Suzuki H., Yamada K.

    Analytic Evaluation of the Decay Rate for Accelerated Proton (англ.) // Phys. Rev. D. — 2003. — Vol. 67. — P. 065002. — DOI:10.1103/PhysRevD.67.065002. — arXiv:gr-qc/0211056.

  22. ↑ Химический энциклопедический словарь / гл. редактор И.Л.Кнунянц. — М.: «Советская энциклопедия», 1983. — С. 484. — 792 с.
  23. Л. Паулинг. Природа химической связи.

     — Госхимиздат, 1947. — С. 26. — 440 с.

  24. Гольдин Л. Л., Джелепов В. П., Ломанов М. Ф., Савченко О. В., Хорошков В. С. Применение тяжелых заряженных частиц высокой энергии в медицине // УФН. — 1973. — Т. 110. — С. 77—99.
  25. Кокурина E. Лечебная подводная лодка // В мире науки. — 2017. — № 8/9. — С. 40—48.

Литература[ | ]

  • Многие известные свойства протона систематически изложены в публикации Particle Data Group. [1] (англ.)
  • Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. — М.: Наука, 1972. — 670 с.
  • Резерфорд Э. Избр. научные труды. Кн. 2 — Строение атома и искусственное превращение элементов, пер. с англ. М., 1972.
  • Жакоб М., Ландшофф П. Внутренняя структура протона // УФН. — 1981. — Т. 133, вып. 3. — С. 505—524. — DOI:10.3367/UFNr.0133.198103d.0505.
  • Дрелл С. Д., Захариазен Ф. Электромагнитная структура нуклонов. — М.: ИЛ, 1962. — 175 с.
  • Лекции о структуре и свойствах адронов. — М: Атомиздат, 1976. — 248 с.
Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

×
Рекомендуем посмотреть