Свойства ядерных сил:

• зарядовая независимость;

• короткодействующий характер (ядерные силы действуют на расстояниях, не превышающих 2·10-15 м);

• насыщаемость (ядерные силы удерживают друг возле друга не больше определенного числа нуклонов).

78) Дефе́кт ма́ссы — разность между массой покоя атомного ядра данного изотопа, выраженной в атомных единицах массы, и массовым числом данного изотопа. В современной науке для обозначения этой разницы пользуются термином избыток массы (англ. mass excess). Как правило, избыток массы выражается в кэВ. Дефект массы характеризует устойчивость ядра.

Дефект массы, отнесённый к одному нуклону, называется упаковочным множителем.

Энергия связи ядра определяется величиной той работы, которую нужно совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии.

Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделяться такая энергия, которую нужно затратить при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех свободных нуклонов, составляющих ядро, и их энергией в ядре. Энергия связи ядра – минимальная энергия, необходимая для того, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны

79) Радиоактивность – самопроизвольные превращения атомных ядер, сопровождающиеся испусканием элементарных частиц или более лёгких ядер. Ядра, подверженные таким превращениям, называют радиоактивными, а процесс превращения – радиоактивным распадом. Радиоактивный распад возможен только тогда, когда он энергетически выгоден, т.е. сопровождается выделением энергии. Типы радиоактивности. Известны след. типы радиоактивности: 1) a-рас-пад, 2) b-распад, 3) спонтанное деление ядер, 4) протонная, двупротонная и двунейтронная радиоактивность, 5) двустадийная радиоактивность. Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

— закон, открытый Фредериком Содди и Эрнестом Резерфордом экспериментальным путём и сформулированный в 1903 году. Современная формулировка закона: что означает, что число распадов за интервал времени t в произвольном веществе пропорционально числу имеющихся в образце атомов N. В этом математическом выражении — постоянная распада, которая характеризует вероятность радиоактивного распада за единицу времени и имеющая размерность с⁻¹. Знак минус указывает на убыль числа радиоактивных ядер со временем. Этот закон считается основным законом радиоактивности, из него было извлечено несколько важных следствий, среди которых формулировки характеристик распада — среднее время жизни атома и период полураспада

80) Явление радиоактивности сопровождается превращением ядра одного химического элемента в ядро другого химического элемента, а также выделением энергии, которая "уносится" с альфа- бета- и гамма-излучениями.

Все радиоактивные элементы подвержены радиоактивным превращениям. В некоторых случаях у радиоактивного элемента наблюдается альфа- и бета-излучения одновременно. Чаще химическому элементу присуще или альфа-излучение, или бета-излучение. Альфа- или бета- излучения часто сопровождаются гамма- излучением. Испускание радиоактивных частиц называется радиоактивным распадом. Различают альфа-распад ( с испусканием альфа-частиц), бета-распад (с испусканием бета-частиц), термина "гамма-распад" не существует. Альфа- и бета-распады – это естественные радиоактивные превращения.

Альфа – распад- Альфа-частицы испускаются только тяжелыми ядрами, т.е. содержащими большое число протонов и нейтронов. Прочность тяжелых ядер мала. Для того, чтобы покинуть ядро, нуклон должен преодолеть ядерные силы, а для этого он должен обладать достаточной энергией. При объединении двух протонов и двух нейтронов в альфа-частицу ядерные силы в подобном сочетании (между нуклонами частицы) являются наиболее крепкими, а связи с другими нуклонами слабее, поэтому альфа-частица способна "выйти" из ядра. Вылетевшая альфа-частица уносит положительный заряд в 2 единицы и массу в 4 единицы. В результате альфа-распада радиоактивный элемент превращается в другой элемент, порядковый номер которого на 2 единицы, а массовое число на 4 единицы, меньше.

То ядро, которое распадается, называют материнским, а образовавшееся дочерним. Дочернее ядро оказывается обычно тоже радиоактивным и через некоторое время распадается. Процесс радиоактивного распада происходит до тех пор, пока не появится стабильное ядро, чаще всего ядро свинца или висмута.

Бета-распад-Явление бета-распада состоит в том, что ядра некоторых элементов самопроизвольно испускают электроны и элементарную частицу очень малой массы - антинейтрино. Так как электронов в ядрах нет, то появление бета-лучей из ядра атома можно объяснить способностью нейтронов ядра распадаться на протон, электрон и антинейтрино. Появившийся протон переходит во вновь образующееся ядро. Электрон, вылетающий из ядра, и является частицей бета-излучения. Такой процесс распада нейтронов характерен для ядер с большим количеством нейтронов. В результате бета-распада образуется новое ядро с таким же массовым числом, но с большим на единицу зарядом.

Гамма - распад - не существует/ В процессе радиоактивного излучения ядра атомов могут испускать гамма-кванты. Испускание гамма-квантов не сопровождается распадом ядра атома. Гамма излучение зачастую сопровождает явления альфа- или бета-распада. При альфа- и бета-распаде новое возникшее ядро первоначально находится в возбужденном состоянии и , когда оно переходит в нормальное состояние, то испускает гамма-кванты (в оптическом или рентгеновском диапазоне волн). Так как радиоактивное излучение состоит из альфа-частиц, бета-частиц и гамма-квантов (т.е. ядер атома гелия, электронов и гамма-квантов), то явление радиоактивности сопровождается потерей массы и энергии ядра, атома и вещества в целом.

Доказательством того, что радиоактивное излучение несет энергию, является опыт, показывающий, что при поглощении радиоактивного излучения вещество нагревается.

В основе β + – распада лежит превращение протона в нейтрон: Превращения нейтрона в протон и протона в нейтрон сопровождаются появлением частиц, называемых нейтрино. Нейтрино – это элементарная частица с почти нулевой массой и не имеющая электрического заряда (электрически нейтральная частица), и поэтому обладающая огромнойпроникающей способностью. Нейтрино наряду с фотонами являются самы-ми распространенными частицами во Вселенной. Их в миллиарды раз боль-ше, чем протонов, нейтронов и электронов вместе взятых. Превращение нейтрона в протон и электрон сопровождается уменьшением массы.

(Превращение нейтрона в протон сопровождается выбрасыванием из ядра отрицательного электрона. Превращение же протона в нейтрон сопровождается выбрасыванием из ядра частицы, о которой мы до сих пор еще не говорили, - положительного электрона.)

81) реакциям деления ядра, заключающимся в том, что тяжелое ядро под действием нейтронов, а как впоследствии оказалось и других частиц делится на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе.Замечательной особенностью деления ядер является то, что оно сопровождается испусканием двух-трех вторичных нейтронов, называемых нейтронами деления. Так как для средних ядер число нейтронов примерно равно числу протонов (N/Z»1), а для тяжелых ядер число нейтронов значительно превышает число протонов (N/Z»1,6), то образовавшиеся осколки деления перегружены нейтронами, в результате чего они и выделяют нейтроны деления. Однако испускание нейтронов деления не устраняет полностью перегрузку ядер-осколков нейтронами. Это приводит к тому, что осколки оказываются радиоактивными. Они могут претерпеть ряд b^–-превращений, сопровождаемых испусканием g-квантов. Так как b–-распад сопровождается превращением нейтрона в протон (см. (258.1)), то после цепочки b^–-превращений соотношение между нейтронами и протонами в осколке достигнет величины, соответствующей стабильному изотопу. Большинство нейтронов при делении испускается практически мгновенно (t £ 10–14 с), а часть (около 0,7%) испускается осколками деления спустя некоторое время после деления (0,05 с £ t £ 60 с). Первые из них называются мгновенными, вторые — запаздывающими. В среднем на каждый акт деления приходится 2,5 испущенных нейтронов. Они имеют сравнительно широкий энергетический спектр в пределах от 0 до 7 МэВ, причем на один нейтрон в среднем приходится энергия около 2 МэВ. Расчеты показывают, что деление ядер должно сопровождаться также выделением большого количества энергии. В самом деле, удельная энергия связи для ядер средней массы составляет примерно 8,7 МэВ, в то время как для тяжелых ядер она равна 7,6 МэВ. Следовательно, при делении тяжелого ядра на два осколка должна освобождаться энергия, равная примерно 1,1 МэВ на один нуклон. основу теории деления атомных ядер (Н. Бор, Я. И. Френкель) положена капельная модель ядра. Ядро рассматривается как капля электрически заряженной несжимаемой жидкости (с плотностью, равной ядерной, в подчиняющейся законам квантовой механики), частицы которой при попадании нейтрона в ядро приходят в колебательное движение, в результате чего ядро разрывается на две части, разлетающиеся с огромной энергией.

Источником огромной энергии может служить реакция синтеза атомных ядер — образование из легких ядер более тяжелых. Реакции синтеза атомных ядер обладают той особенностью, что в них энергия, выделяемая на один нуклон, значительно больше, чем в реакциях деления тяжелых ядер. (Несомненно, что выделение энергии на Солнце и звёздах происходит за счёт реакций синтеза, в которых участвуют ядра атомов различных лёгких (c малым атoмным весом) элементов. Из опытов, произведённых в лабораториях при помощи циклотронов и других подобных установок, была установлена возможность синтеза изотопов водорода. Известны три изотопа этого элемента, ядра которых имеют массу 1, 2 и 3. Эти изотопы называются соответственно Водородом (Н), дейтерием (Н или D) и тритием (Н или Т). Ядра атомов всех этих изотопов несут в себе по одному положительному заряду, то eсть каждое ядро содержит один протон, но отличается от других числом нейтронов. Ядра атомов наиболее лёгкого изотопа Н совершенно не содержат нейтронов; в ядрах атомов дейтерия Н содержится по одному нейтрону, a в ядрах трития Н - по два нейтрона.Установлено, что между ядрами атомов трёх изотопов водорода возможно несколько различных реакций синтеза, в которых участвуют два одинаковых или два различных ядра. Для эффективного протекания этих реакций ядра должны обладать высокой энергией. Одним из способов сообщения ядрам такой высокой энергии является использование ускорителя заряжённых частиц, например циклотрона. Другой способ состоит в нагревании реагирующих веществ до очень высоких температур. В этом случае процесс синтеза, как указывалось выше, называется термоядерной реакцией.Для получения энергии представляют интерес четыре термоядерные реакции синтеза, Поскольку при практически достижимых температурах они протекают достаточно быстро. К этим реакциям относятся следующие:

Н + Н = Не + n + 3,2 Мэв

Н + Н = Н + Н + 4,0 Мэв

Н + Н = Не + n + 17,6 Mэв

Н + Н = Не + 2n 11,3 Мэв,

где символом Не обозначен элемент гелий, a символом n - нейтрон (его масса равна 1). Энергия, выделяющаяся при каждой из перечисленных реакций, выражена в миллионах электронвольт (Мэв). Сравнение количества энергии, выделяющейся при упомянутых реакциях синтеза, c количеством энергии, выделяющейся при процессах деления, показывает, что в результате первых трёх упомянутых выше реакций пять ядер дейтерия c общим массовым числом, равным 10, в процессе синтеза освобождают 24,8 Мэв энергии. С другой стороны, при реакции деления, например ядер атомов урана-235, имеющих массовое число, равное 235, выделится около 200 Мэв энергий. Поэтому при равных весовых количествах реагирующих веществ при реакции синтеза ядер дейтерия выделяется почти в три раза больше энергии, чем при реакции деления ядер урана или плутония.Для осуществления ядерных реакций синтеза требуется температура порядка нескольких миллионов градусов. Единственным практическим способом достижения тaкой температуры в земных условиях является ядеpный взрыв, oснoванный на реакции деления. Следовательно, помещая в одном устройстве некоторое количество дейтерия или трития (или их смеси) вместе c делящимся веществом, можно инициировать одну или несколько из приведённых выше тeрмоядерных реакций синтеза. Для осуществления термоядерного взрыва необходимо, чтобы эти реакции, cопровождаемые выделением энергии, быстро протекали во всей массе изотопа (или изотопов) водорода.Необходимо отметить, что в трёх из перечисленных выше реакциях синтеза освобождаются нейтроны. Благодаря своей малой массе эти нейтроны обладают наибольшей долей энергии, выделяющейся при реакции синтеза; следовательно, они имеют энергию, достаточную для того, чтобы вызвать деление ядер атомов урана-238. Как указывалось выше, для осуществления процесса деления ядер атомов урана-238 необходимо наличие нейтронов высокой энергии. Поэтому представляется возможным использовать нeйтроны, освобождающиеся при термоядерной реакции, расположив вокруг термоядерного заряда слой природного урана. При этом нейтроны высокой энергии будут захватываться ядрами атомов урана-238, в результате чего произойдёт их деление. Благодаря этой реакции деления увеличится общая мощность взрыва и усилится остаточное ядерное излучение от продуктов деления. Вообще же энергия, выделяющаяся при термоядерном взрыве распределяется примерно в одинаковой пропорции между реакцией деления и реакцией синтеза.)

82) В совр. физике термин "элементарные частицы" используют в более широком смысле: так наз. мельчайшие частицы материи, подчиненные условию, что они не являются атомными ядрами и атомами (исключение составляет протон); иногда по этой причине элементарные частицы называют субъядерными частицами. Большая часть таких частиц (а их известно более 350) являются составными системами.