Элементы ядерной физики состав атомного ядра

Атомное ядро состоит из нейтронов и протонов. Элементарные частицы, образующие ядра (нейтроны и протоны), называются нуклонами. Протон (ядро атома водорода) обладает положительным зарядом, равным заряду электрона. Его масса в 1836 раз больше массы электрона. Нейтрон — электрически нейтральная частица с массой примерно равной 1839 масс электрона.

Количество протонов Z в ядре нейтрального атома равно числу электронов в его электронной оболочке и определяет его заряд, равный +Ze . Число Z называется зарядовым числом. Оно определяет порядковый номер химического элемента периодической системы Менделеева. N — число нейтронов в ядре. A — массовое число, равное суммарному количеству протонов Z и нейтронов N в ядре. Ядро атома обозначается тем же символом, что и химический элемент, снабжаясь двумя индексами, из которых верхний обозначает массовое, а нижний — зарядовое число, т.е. где Х — символ химического элемента. Например, .

Изотопами называются ядра с одним и тем же зарядовым числом и различными массовыми числами. Например, водород имеет три изотопа: протий ( ), дейтерий ( ) и тритий ( ).Изотопы обладают одинаковыми химическими свойствами и почти одинаковыми физическими свойствами. Исключение составляют, например, изотопы водорода, кальция и др.

Энергия связи ядра

Для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, необходимо затратить определённую энергию, называемую энергией связи ядра.

Оценим энергию связи атомных ядер. Пусть масса покоя нуклонов, из которых образуется ядро, равна m₁. Согласно специальной теории относительности, ей соответствует энергия _, рассчитываемая по формуле _ = m₁c², где c — скорость света в вакууме. После образования ядро обладает энергией _ = Mc². Здесь M — масса ядра. Измерения показывают, что масса покоя ядра всегда меньше, чем масса покоя частиц в свободном состоянии, составляющих данное ядро. Разность этих масс называют дефектом массы. Поэтому при образовании ядра происходит выделение энергии  =  ₁ –  ₂ = (m₁ – M)c² = m·c². Из закона сохранения энергии можно заключить, что такая же энергия должна быть затрачена на расщепление ядра на протоны и нейтроны. Поэтому энергия связи _св равна _св = m·c². Если ядро с массой M образовано из Z протонов с массой m_p и из N = A – Z нейтронов с массой m_n, то дефект массы равен

m = Z m_p + (A – Z) m_n – M . (1)

С учётом этого энергия связи находится по формуле

_св = [Z m_p + (A – Z) m_n – M]c². (2)

Радиоактивность

Процесс самопроизвольного распада атомных ядер называют радиоактивностью. Радиоактивный распад ядер сопровождается превращением одних нестабильных ядер в другие и испусканием различных частиц. Было установлено, что эти превращения ядер не зависят от внешних условий: освещения, давления, температуры и т.д. Существует два вида радиоактивности: естественная и искусственная. Естественная радиоактивность наблюдается у химических элементов находящихся в природе. Как правило, она имеет место у тяжёлых ядер, располагающихся в конце таблицы Менделеева, за свинцом. Однако имеются и лёгкие естественно-радиоактивные ядра: изотоп калия , изотоп углерода и другие. Искусственная радиоактивность наблюдается у ядер, полученных в лаборатории с помощью ядерных реакций. Однако принципиального различия между ними нет.

Известно, что естественная радиоактивность тяжёлых ядер сопровождается излучением, состоящим из трёх видов: ,  и лучи. -лучи — это поток ядер гелия , обладающих большой энергией. -лучи — поток электронов, -лучи — электромагнитные волны с очень малой длиной волны.