2. Энергия связи атомных ядер

Ядра атомов представляют собой сильно связанные системы из большого числа нуклонов. Для полного расщепления ядра на составные части и удаление их на большие расстояния друг от друга необходимо затратитьопределенную работу А. Энергией связи называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны. Е связи = - А По закону сохранения энергия связи одновременно равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных свободных нуклонов.

3. Атомные ядра способны вступать в соединения с другими ядрами, особенно легкими, такими, как дейтон   (ядро изотопа водорода – дейтерия), тритон  (ядро изотопа водорода – трития),  - частица (ядро атома гелия  ), а также с другими легкими частицами. Соединение ядер с другими ядрами или частицами, а также распад ядер принято называть ядерными реакциями.

В общепринятой сокращенной форме записи ядерных реакций сначала пишут символ исходного ядра, затем в скобках записывают налетающую и образующуюся частицы и за скобками в конце – символ образовавшегося ядра. Например, запись   означает, что в данной ядерной реакции в результате бомбардировки ядра    -частицей образовались протон и новое ядро :

В ядерных реакциях выполняются законы сохранения электрического заряда и числа нуклонов (массового числа).

Рассмотрим некоторую ядерную реакцию, уравнение которой в общем виде запишем так:

где A и B – исходное и образовавшееся ядра соответственно, a и b – легкие частицы. Массы частиц и ядер, участвующих в реакции, обозначим соответственно m_A, m_a, m_B, m_b. Сумма масс частиц, вступающих в реакцию, (m_A+m_a) не равна сумме масс частиц – продуктов реакции (m_B+m_b). Величина

называется дефектом масс ядерной реакции, а величина

называется энергией ядерной реакции или тепловым эффектом ядерной реакции. В общем случае

где масса частиц и ядер выражена в атомных единицах массы.

Если  m > 0, то тепловой эффект реакции положителен, и она идет с выделением энергии (экзотермическая реакция). Если  m < 0, то тепловой эффект отрицателен и реакция может идти только с поглощением энергии (эндотермическая реакция).

Основные виды ядерных реакций рассмотрим в следующих разделах.

4. Закон радиоактивного распада

Используя закон радиоактивного распада, можно определить число нераспавшихся атомов какого-то количества радиоактивного вещества в любой момент времени:

Время, за которое распадается половина первоначального числа радиоактивных ядер, называется периодом полураспада (Т).  Чем меньше период полураспада, тем меньше живут атомы, тем быстрее происходит распад.  Для разных химических элементов величина периода полураспада различна : от миллионных долей секунд (например, полоний)до миллиардов лет (например, уран). 

...... Период полураспада - это постоянная величина для данного химического элемента, и ее невозможно изменить. Период полураспада определяет скорость радиоактивного распада. Число нераспавшихся радиоактивных ядер убывает со временем по экспоненте.  За любой интервал времени распадается одна и та же доля имеющихся атомов, т.е с течением времени скорость распада не меняется.

Радиоактивные атомы "не стареют". Распад любого атомного ядра - это "несчастный случай". Время существования отдельных атомов может колебаться от долей секунды до миллиардов лет вне зависимости от времени периода полураспада. Для радиоактивных ядер принято определять среднее время жизни.

Закон радиоактивного распада – статистический закон и справедлив в среднем для большого числа частиц.

5. Время жизни ядра

Ноябрь 12, 2009 | admin    Рубрика: 1) Природный часовой механизм

Оставьте комментарий

С позиции классической физики, энергетический барьер не­возможно преодолеть без помощи извне, без добавления допол­нительной энергии, По представлениям классической физики, радиоактивного распада быть не может. Но в мире атомов свои законы - квантовомеханические. Подчиняясь этим законам, атомные ядра как бы проходят сквозь энергетический барьер. Это трудно себе представить, руководствуясь здравым смыслом. Получается, что недостающую для преодоления барьера энергию атомное ядро берет в долг … у самого себя. Но не так уж бессмысленно это утверждение, если учесть сложность ядер. Можно представить себе, например, такую кар­тину. Непрерывно перемещаясь внутри ядра, нуклоны случайно образуют друг с другом прочное соединение - другое, более мелкое ядро. Выделяется энергия - в недрах ядра. Оно нагре­вается, самовозбуждается. Этой энергии может хватить для прео­доления энергетического барьера. Такое ядро самопроизвольно распадается. Именно в подобных случаях говорят, что происхо­дит радиоактивный распад. Чем ниже и уже энергетический барьер, тем вероятнее радио­активный распад ядра. Сколько времени ядру жить - зависит от высоты и ширины энергетического барьера. Большинство из 2000-3000 атомных ядер, родившихся в космическом пекле пер­вичного ядерного синтеза, имело низкий и узкий энергетический барьер, поэтому они не выдержали испытания временем - рас­пались, вымерли вскоре после своего рождения. Это были радио­активные изотопы. Конечно, и практически стабильные ядра могут преодолеть энергетический барьер и распасться. Однако из-за большой шири­ны и высоты энергетического барьера вероятность такого события необычайно мала. Вот почему подобные ядра мы и называем практически стабильными.