58. Строение ядер, ядерные силы, устойчивые и неустойчивые ядра. Размер, состав и заряд атомного ядра

Атомное ядро состоит из элементарных частиц — протонов и нейтронов (протонно-нейтронная модель ядра была предложена российским физиком Д. Д. Иваненко (р. 1904), а впоследствии развита В. Гейзенбергом).

Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя т_р=1,672610^–27кг  1836 т_e, где т_e — масса электрона. Нейтрон (n) — нейтральная частица с массой покоя т_п=1,674910^–27кг 1839 т_e. Протоны и нейтроны называют­ся нуклонами (от лат. nucleus — ядро). Общее число нуклонов в атомном ядре называ­ется массовым числом А.

Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где Z — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева.

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: , где Х — символ химического элемента, Z атомный номер (число протонов в ядре), А — массовое число (число нуклонов в ядре).

Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме. От числа же электронов зависит их распределение по состояниям в атоме, от которого, в свою очередь, зависят химические свойства атома. Следовательно, заряд ядра определяет специфику данного химического элемента, т.е. определяет число электро­нов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутри­атомного электрического поля.

Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т. е. с разными числами нейтронов N=A–Z) называются изотопами, а ядра с одинаковыми А, но разными Z—изобарами.

Ядерные силы

Между составляющими ядро нуклонами действуют особые, специфические для ядра силы, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. Они называются ядерными силами.

С помощью экспериментальных данных по рассеянию нуклонов на ядрах, ядерным превращениям и т.д. доказано, что ядерные силы намного превышают гравитацион­ные, электрические и магнитные взаимодействия и не сводятся к ним. Ядерные силы относятся к классу так называемых сильных взаимодействий.

Перечислим основные свойства ядерных сил:

1) ядерные силы являются силами притяжения;

2) ядерные силы являются короткодействующими — их действие проявляется то­лько на расстояниях примерно 10^–15 м.

3) ядерным силам свойственна зарядовая независимость: ядерные силы, дейст­вующие между двумя протонами, или двумя нейтронами, или, наконец, между прото­ном и нейтроном, одинаковы по величине. Отсюда следует, что ядерные силы имеют неэлектрическую природу;

4) ядерным силам свойственно насыщение, т. е. каждый нуклон в ядре взаимодей­ствует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов.

5) ядерные силы не являются центральными, т. е. действующими по линии, соеди­няющей центры взаимодействующих нуклонов.

Энергия связи. Устойчивые и неустойчивые ядра.

Разница ∆m между суммарной массой свободных нуклонов и массой составленного из них ядра называется дефектом масс. Это означает, что для разделения атомного ядра на составляющие его нуклоны нужно затратить энергию, которая называется энергией связи ядра и определяется как Е_св = ∆mс². Эта энергия затрачивается на совершение работы против ядерных сил притяжения между нуклонами. Вычисленный для ядра гелия дефект масс соответствует энергии связи 28,2 МэВ; он значительно выше среднего. По меньшей мере такую энергию нужно передать ядру, чтобы оно могло распасться. Следовательно, ядро атома гелия (альфа-частица) – это устойчивая частица , которая при ядерных реакциях ведет себя как целое.

Примером частицы с низкой энергией связи является ядро дейтерия - изотопа водорода . В соединении с обычным кислородом дейтерий образует тяжелую воду, свойства которой слегка отличаются от свойств обычной воды. Дефект масс ядра дейтерия составляет 0,00238 а.е.м. Соответствующая энергия связи равна 2,21 МэВ – в 15 раз меньше энергии связи ядра гелия. Поэтому дейтерий – неустойчивое ядро, которое при ядерных реакциях распадается. Еще менее устойчиво ядро трития – изотопа водорода . Энергия связи трития меньше, чем у ядра дейтерия. Поэтому, образовавшись в результате ядерных реакций, тритий быстро распадается и в свободном состоянии в природе практически не встречается.

58. α - излучение, β - излучение, γ - излучение. Основные свойства. Правила смещения.