13. Удельная энергия связи. Зависимость удельной энергии связи от массового числа а и ее особенности.

Удельной энергией связи ядра называется энергия связи, приходящаяся на один нуклон Есв/А. На рис. представлен график зависимости удельной энергии связи от массового числа. Анализируя этот график, можно сделать следующие выводы:

1. Удельная энергия связи не является постоянной величиной для различных ядер, т.е. прочность связи нуклонов в различных ядрах различна. Наиболее прочно нуклоны связаны в ядрах с массовыми числами в диапазоне примерно от 40 до 100. Для этой группы ядер удельная энергия связи равна примерно 8,7 МэВ/нуклон.

2. Удельная энергия связи ядер с массовым числом А > 100 уменьшается и для урана составляет 7,6 МэВ.

3. В легких ядрах удельная энергия связи уменьшается с уменьшением числа нуклонов в ядре. Характерным для кривой удельной энергии связи в этой группе ядер является наличие острых максимумов и минимумов. Максимальное значение удельной энергии связи приходится на ядра HE, C, O, а минимальное – на ядра Li,B.

• Снижение удельной энергии связи к концу таблицы обусловлено кулоновским отталкиванием большого количества протонов в ядре.

• Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым ядрам объясняется электростатическим отталкиванием протонов.

Такой ход зависимости ε(A) показывает, что для легких ядер энергетически выгодны реакции синтеза более тяжелых ядер, а тяжелых - деление на более легкие осколки.

14. Распространенность стабильных ядер в природе. Основное правило.

В природе встречаются все типы стабильных ядер. Их относительная распространенность может изменяться в широких пределах - в 1015 раз. Определение распространенностей изотопов было проведено рядом авторов, и полученные результаты использовались для объяснения процесса образования элементов [16, 1968]; подобные измерения большей частью осуществлялись в области спектро-аналитических астрономических наблюдений и неорганической химии. Чувствительность масс-спектрометрического анализа образцов, приготовленных в удобной для изучения форме, высока, однако необходимо признать, что этот метод не является во всех случаях лучшим или наиболее чувствительным.

15. Устойчивость изобаров.

Изобарами называют ядра с одинаковым А и различным Z. Это ядра различных хим.элементов с одинаковым количеством нуклонов и, следовательно близкие по массе : , .

Если бы на самом деле β-радиоактивность с относительно небольшим периодом имела место, то изобар с большим зарядом ядра должен бы превращаться путём захвата электрона, что повело бы к заметному уменьшению количества этого изобара и относительному возрастанию распространённости изобара с меньшим атомным номером. Так как этого не наблюдается для указанных пар изобаров, то остаётся предположить, что в этих случаях бета-распад «сильно запрещается» правилами отбора. Можно, в частности предположить, что «запрет» обусловлен большой разностью спинов ядер соседних стабильных изобаров.

16.Ядерные силы. Свойства ядерных сил

Нуклоны в ядре удерживают ядерные силы.

Ядерные силы, силы, удерживающие нуклоны (протоны и нейтроны) в атомном ядре. Ядерные силы действуют только на расстояниях порядка 10-13 см и достигают величины в 100 – 1000 раз превышающей силу взаимодействия электрических зарядов. Ядерные силы не зависят от заряда нуклонов. Они обусловлены сильными взаимодействиями.

Сильное взаимодействие, самое сильное из фундаментальных взаимодействий элементарных частиц. В сильных взаимодействиях участвуют адроны. Сильное взаимодействие превосходит электромагнитное взаимодействие примерно 100 раз, его радиус действия около 10-13 см. частный случай сильного взаимодействия – ядерные силы. Современной теорией сильной связи является квантовая хронодинамика.

Андроны, элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии (барионы и мезоны, включая все резонансы).

Основные свойства ядерных сил:

-большая интенсивность (следует из большой величины энергии связи, рассчитанной на один нуклон

);

-малый радиус действия (из размеров ядра);

-насыщение (из пропорциональности энергии связи массовому числу: ΔW≈8A МэВ;

-спиновая зависимость (из отличия в устойчивости четно-четных, нечетных и нечетно-нечетных ядер);

-тензорный (нецентральный) характер (из существования квадрупольного момента у дейтона).

Можно выделить четыре типа взаимодействий ядерных частиц:

-сильные (адронные) взаимодействия, ответственные за основной энергетический вклад в связь нуклонов внутри ядра. Радиус действия этих сил очень мал (примерно равен радиусу ядер) и практически отсутствует вне радиуса их действия.

-слабые взаимодействия, ответственные за энергетический вклад в связь элементарных частиц, составляющих нуклоны. Взаимодействия этого типа проявляются при самопроизвольном распаде нуклонов.

Радиус ядерных сил по порядку величины равен размеру нуклона, поэтому ядра - сгустки очень плотной материи. Наиболее тесно нуклоны упакованы в ядре атома гелия, которое состоит из двух протонов и двух нейтронов. Атом гелия, лишенный своих электронов, называется альфа-частицей. Во многих случаях удобно считать, что и более тяжелые ядра состоят из α-частиц. Не вошедшие в α-частицы нуклоны слабее связаны с ядром, чем те, которые находятся в их составе. Ядерные силы - пример сильных взаимодействий. Они многократно превосходят кулоновскую силу. Короткодействие ограничивает действие ядерных сил ближайшим окружением нуклона, в то время как медленно спадающее с расстоянием электростатическое отталкивание протонов действует во всем объеме ядра. С ростом числа нуклонов ядра становятся неустойчивыми, и поэтому большинство тяжелых ядер радиоактивны, а совсем тяжелые вообще не могут существовать. Конечное число элементов в природе - следствие короткодействия ядерных сил. Ядерные силы очень слабо зависят от того, взаимодействует протон с протоном, нейтрон с нейтроном или протон с нейтроном.