2. Модели строения атомного ядра; ядерные силы; нуклонная модель ядра; энергия связи ядра; ядер­ные спектры; ядерные реакции.

. Протонно-нейтронная модель атома.

В 1932 г. россий­ский физик Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра. Ядро атома любого химического элемента состоит из двух видов элементарных частиц: протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно атомному номеру элемента 2, в перио­дической системе элементов и называется зарядовым числом. Число нейтронов в ядре обозначают N. Сумма числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А: А = Z+ N. В качестве единицы массы в атомной и ядерной физике используется атомная единица массы (а. е. м.). Атомная единица массы равна 1/12 массы атома углерода атомной массой 12. 1 а. е. м. = 1,66057 *10-²⁷ кг).

Про­тон и нейтрон — это два так называемых зарядовых состоя­ния одной и той же частицы — нуклона (от латинского — ядро). Протон — нуклон в заряженных частиц, нейтрон — в нейтральном. Атомные ядра состоят из нуклонов.

Изотопы (от грече­ского- одинаковый, — место) представляют со­бой ядра с одним и тем же значением Z, но различными мас­совыми числами А, т. е. с различным числом нейтронов N.

Например, водород имеет три изотопа:¹₁ Н — протий (в яд­ре только один протон),²₁ Н— дейтерий (в ядре — протон и нейтрон), ³₁Н — тритий (в ядре — протон и два нейтрона).

Ядерные силы –это силы действующие между нуклонами в ядре.

Свойства ядерных сил:

1. Взаимодействия ядерных частиц час­то называют сильными взаимодействиями.

Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электриче­ские силы. Это самые мощные силы из всех.

2. Ядерные силы вплоть до некоторого расстояния являются силами притяже­ния, но начиная с некоторого расстояния между нукло­нами, силы притяжения заменяются силами отталкивания.

3. Ядерные силы имеют коротко­действующий характер. Ядерные силы заметно про­являются лишь на расстояниях, равных по порядку величины размерам ядра (Ю^-12 — 10~¹³ см). Ядерные силы — это, так сказать, «богатырь с очень короткими руками».

В ядерной физике вводится особая единица длины — ферми. 1 фм = 10~¹⁶ м.

Нейтрон начинает притягиваться к протону, находясь от него на расстоянии, меньшем 2 фм. На расстоянии, меньшем 0,4 фм, действуют мощные силы отталкивания между ними. При расстоянии между нуклонами всего 4,2 фм ядерные силы пренебрежимо малы.

Ядерными реакциями называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом.

Атомные ядра при взаимодействиях испытывают превращения, которые сопровождаются увеличением или уменьшением кинетической энергии участвующих в них частиц

Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил. Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга. Поэтому сближение положительно заряженных частиц с ядрами (или ядер друг с другом) возможно, если этим частицам (или ядрам) сообщена большая кинетическая энергия (например, протонам, ядрам дейтерия — дейтронам, а-частицам и другим ядрам с помощью ускорителей элементарных частиц ионов).

Первая ядерная реакция на быстрых протонах была осуществлена в 1932 г. Удалось расщепить литий на а-частицы:

Энергетический выход ядерных реакций.

В описанной выше ядерной реакции кинетическая энергия двух образующихся ядер гелия оказалась больше кинетической энергии вступавшего в реакцию протона на 7,3 МэВ. Превращение ядер сопровождается изменением их внутренней энергии (энергия связи Е_св ).

, где т_р, т_п, с- постоянные величины

В этой реакции удельная энергия связи в ядрах гелия больше удельной энергии связи в ядре лития. Поэтому часть внутренней энергии ядра лития превращается в кинетическую энергию разлетающихся а-частиц.

Изменение энергии связи ядер означает, что суммарная энергия покоя участвующих в реакциях частиц и ядер не остается неизменной. Ведь энергия покоя ядра М_я согласно формуле непосредственно выражается через энергию связи. В соответствии с законом сохранения энергии изменение кинетической энергии в процессе распада равно изменению энергии покоя участвующих в реакции ядер и частиц.

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции. Согласно сказанному ранее энергетический выход ядерной реакции равен также изменению кинетической энергии частиц — участников реакции.

Ядерные реакции на нейтронах.

Открытие нейтрона было поворотным пунктом в исследовании ядерных реакций. Так как нейтроны лишены заряда, то они беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения.

Например, наблюдается следующая реакция:

Энрико Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения вызываются не только быстрыми, но и медленными нейтронами.

Реакции, в которые вступают атомные ядра, очень разнообразны. Нейтроны не отталкиваются ядрами и поэтому особенно эффективно вызывают превращения ядер.

3. Задача по теме «Основное уравнение МКТ.

Билет 22