24. Загальні властивості атомного ядра. Енергія зв’язку атомних ядер.
Основна маса атома зосереджена у ядрі, яке складається з нуклонів: протонів і нейтронів, зв'язаних між собою силами ядерної взаємодії. Кількість протонів у ядрі атома визначає його атомним номером і те, якому елементові належить атом. Всі атоми із певним атомним номером мають однакові фізичні характеристики й проявляють однакові хімічні властивості. В періодичній таблиці елементи перелічені в порядку зростання атомного номеру.
Загальна кількість протонів та нейтронів в атомі елементу визначає його атомну масу, оскільки протон та нейтрон мають масу приблизно рівну 1 а.о.м. Нейтрони в ядрі не впливають на те, якому елементові належить атом, але хімічний елемент може мати атоми із однаковою кількістю протонів і різною кількістю нейтронів. Такі атоми мають однаковий атомний номер, але різну атомну масу, й називаються ізотопами елементу. Коли пишуть назву ізотопу, після неї пишуть атомну масу. Із збільшенням атомного номера зростає додатній заряд ядра, а, отже, кулонівське відштовхування між протонами. Щоб втримати протони вкупі необхідно дедалі більше нейтронів. Проте велика кількість нейтронів нестабільна, і ця обставина накладає обмеження на можливий заряд ядра і кількість хімічних елементів, що існують в природі. Хімічні елементи з великими атомними номерами мають дуже малий час життя, можуть спостерігатися лише під час експериментів з використанням прискорювачів. Чимало ізотопів хімічних елементів нестабільні й розпадаються з часом. Між протонами і нейтронами в ядрі діють значні сили кулонівського відштовхування, але ядро не розлітається, оскільки протони і нейтрони в ядрі утримують могутні ядерні сили. Це най потужніші сили в природі, що є мірою сильної взаємодії. Щоб вибити нуклон із ядра, потрібно виконати величезну роботу, тобто передати ядру енергію зв'язку. Це - енергія, яка потрібна для повного розщеплення ядра на нуклони, або енергія, яка виділяється під час утворення ядра із окремих частинок. Оскільки остаточну теорію ядерних сил поки що не створено, то енергію зв'язку розраховують за формулою Ейнштейна:
E = mc2.
Питомою енергією зв'язку називають енергію зв'язку, яка припадає на один нуклон. Питома енергія зв'язку елементів масові частки яких 50-60 найбільшоа, тому ядра цих елементів найбільш стійкі.
Питома енергія зв'язку тяжких ядер зменшується за рахунок зростаючої із збільшенням Z кулонівської енергії відштовхування, оскільки сила Кулона Fk намагається розірвати ядро.
25.Ядерні реакції. Закони збереження в ядерних реакції.
Ядерною реакцією називається процес перебудови ядра, що супроводжує-ться генерацією нових частинок. Ядерна реакція виникає під дією γ-випромінювання або в результаті взаємодії двох ядер або ядра і частинки при їх зближенні до відстаней, на яких починає проявлятися дія ядерних сил.
Закони зберігання в ядерних реакціях.
Ядерна реакція типу А+а→В+b супроводжується перебудовою атомних ядер. Ця перебудова супроводжується глибокими змінами речовини, проте, деякі фізичні величини системи А+a не змінюються, тобто мають місце зако-ни зберігання. Ці закони подібні законам при перетворенні елементарних ча-стинок. Використовуються такі точні закони зберігання:
1) Закон зберігання електричного заряду. Як показують дослідження, в усіх без винятку ядерних реакціях сумарний електричний заряд частинок, що вступають в реакцію, дорівнює сумарному електричному заряду продуктів реакції:
2) В ядерних реакціях звичайного типу без утворення античастинок зберігається повне число нуклон
3) Зберігання повної енергії. Відомо, що в ізольованій системі зберігають-ся повна енергія і повний імпульс. Систему з двох ядерних частинок, що зі-ткнулися, можна вважати ізольованою (замкнутою), оскільки інші ядра речо-вини віддалені на відстань порядку 10-10м, а розміри самих ядер малі (10-14м).
4) Зберігання імпульсу. Закон зберігання імпульсу для реакції, що супроводжується випусканням частинки “b” (a+A→b+B), має вигляд
Зазвичай передбачається, що мішень в спокої, тобто р=0;
5)Зберігання моменту кількості руху. При ядерній реакції зберігаються сумарний момент кількості руху взаємодіючих частинок (під частинками ми тут розуміємо також ядра-мішені і відбою) і проекція його на обраний на-прямок, наприклад,
Перераховані п'ять законів зберігання справедливі при неядерних перетвореннях типу радіоактивних розпадів (α - і β-розпади), а також у будь-яких взаємодіях між елементарними частинками. Крім того, використовуються й інші закони зберігання:
6)При зневазі слабкими взаємодіями - закон зберігання парності хвильо-вої функції. Закон зберігання парності виконується тільки в сильних і електромагнітних взаємодія.
7) При зневазі електромагнітними взаємодіями - закон зберігання ізотопі-чного спіну. Тому що ядерні сили інваріантні стосовно обертання в ізотопіч-ному просторі, тобто характер взаємодії не залежить від сорту нуклона. Ця властивість називається “изотопічною інваріантністю” взаємодії. Проте вона не відноситься до електромагнітних взаємодій частинок і порушується, якщо їх враховувати.. Користуючись різноманітними законами зберігання, можна прогнозувати ряд характеристик ядерної реакції.