89.Визначення розмірів атомних ядер

90.Енергія зв’язку ядер

Вимірювання мас атомів і ядер відбувається за допомогою мас-спектрографа – приладу, який дозволяє розділити заряджені частинки за їх питомими зарядами, тобто за відношенням заряду частинки до її маси.

Точні вимірювання показали, що маса будь-якого ядра менша від мас вільних протонів і нейтронів, що входять до складу цього ядра. Дефектом мас називають різницю між сумарною масою всіх нуклонів ядра у вільному стані і масою ядра.

Але маса й енергія пов’язані між собою. За формулою Ейнштейна, енергія частинки дорівнює добутку маси на квадрат швидкості світла. Отже, повна енергія вільних протонів і нейтронів буде більшою ніж, повна енергія ядра атома.

Енергія зв’язку – це мінімальна енергія, необхідна для роз’єднання ядра на окремі нуклони. Ця енергія витрачається на виконання роботи проти дії ядерних сил притягання між нуклонами. Знайти енергію зв’язку можна, помноживши дефект мас на квадрат швидкості світла.

Відношення енергії зв’язку ядра до числа нуклонів у ядрі називають питомою енергією зв’язку, тобто енергією, яка припадає на один нуклон.

91.Дефект мас

Дефект маси — різниця між масою спокою атомного ядра даного ізотопу, вираженої в атомних одиницях маси, і сумою мас спокою складових його нуклонів (масовим числом). Позначається  .

Згідно із формулою Ейнштейна дефект маси і енергія зв'язку нуклонів в ядрі еквівалентні:

де с — швидкість світла у вакуумі.

Дефект маси характеризує стійкість ядра.

Дефект маси, віднесений до одного нуклона, називається пакувальним множником.

Дефект маси виникає внаслідок притягання між нуклонами у ядрі завдяки сильній взаємодії. Він найбільший для ядер у середині періодичної таблиці (як видно з наведеного рисунка) та зменшується при збільшенні атомного номера елемента. Завдяки цьому поділу важких елементів, наприклад, урану або плутонію, вивільняється енергія. З другого боку, як видно з рисунка, енергію можна отримати також при утворенні ядра гелію з ядер водню. Такий процес називається ядерним синтезом. Він є джерелом енергії зірок.

92.Властивості ядерних сил

Існує кілька основних властивостей ядерних сил.

1. Ядерні сили — сили притягання.

2. Ядерні сили є короткодіючими. їхня дія виявляється тільки на відстанях приблизно 10-15 м. При збільшенні відстані між нуклонами ядерні сили швидко зменшуються до нуля, а при відстанях, менших за їхній радіус дії ((1,5- 2,2) 10-15 м), виявляються приблизно в 100 разів більшими за кулонівські сили, що діють між протонами на тій самій відстані.

3. Ядерні сили виявляють зарядову незалежність: притягання між двома нуклонами постійне і не залежить від зарядового стану нуклонів (протонного або нейтронного). Це означає, що ядерні сили мають неелектронну природу.

Зарядова незалежність ядерних сил помітна з порівняння енергій зв'язку в дзеркальних ядрах. Так називаються ядра, в яких однаковим є загальна кількість нуклонів, але кількість протонів в одному дорівнює кількості нейтронів в іншому. Наприклад, ядра гелію і тритію.

4. Ядерні сили мають властивість насичення, тобто кожен нуклон у ядрі взаємодіє тільки з обмеженим числом найближчих нуклонів. Насичення виявляється в тому, що питома енергія зв'язку нуклонів у ядрі при збільшенні кількості нуклонів залишається постійною. Практично повне насичення ядерних сил досягається в а-частинки, яка є дуже стійкою.

5. Ядерні сили залежать від взаємної орієнтації спінів взаємодіючих нуклонів. Наприклад, протон і нейтрон утворюють дейтрон (ядро ізотопу) тільки за умови рівнобіжної орієнтації їхніх спінів.

6. Ядерні сили не є центральними, тобто не діють по лінії, яка з'єднує центри взаємодіючих нуклонів.

Складність і неоднозначний характер ядерних сил, а також труднощі точного розв'язання рівнянь руху всіх нуклонів ядра (ядро з масовим числом А являє собою систему з А тіл) досі не дозволили розробити єдину струнку теорію атомного ядра.