1. Основы ядерной физики

   1. Строение атома и атомного ядра

Все вещества состоят из молекул. Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами. Она состоит из оди­наковых (в простом веществе) или разных (в химическом соединении) атомов, объединенных химическими связями.

Атом — наименьшая частица химического элемента, которая еще явля­ется носителем его химических свойств. Атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов. Диаметр атома порядка 10^-10 м.

Электроны в атоме движутся по определенным орбитам. Каждая ор­бита соответствует вполне конкретному значению энергии связи, благо­даря которой электроны удерживаются в атоме. Электроны, получившие дополнительную энергию, могут перейти на орбиту, более удаленную от ядра, или вообще покинуть пределы атома. Атом, в котором электроны обращаются на более удаленной от ядра орбите, чем им дозволено, назы­вается возбужденным. Возбужденный атом неустойчив, и время его жиз­ни около 10^-8 с. При переходе электрона с дальней на более близкую к ядру орбиту выделяется энергия. Электроны в атоме сгруппированы по оболочкам, которые принято обозначать буквами К, L, М, N.

Центральной частью атома является ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Диаметр ядра порядка 10^-14 м. Несмотря на то что ядро в 10⁴ раз меньше атома, в нем сосредоточена почти вся масса атома, по­этому плотность ядерного вещества исключительно велика.

Протон - элементарная частица, имеющая единичный положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Он представля­ет собой ядро атома водорода.

Нейтрон — незаряженная элементарная частица с массой покоя, не­сколько превышающей массу протона. В свободном состоянии нейтрон — неустойчивая частица и претерпевает превращения.

Протон и нейтрон обозначаются соответственно ¹₁р и ¹₀n, где нижние индексы обозначают заряд, а верхние — массу в атомных единицах мас­сы (а. е. м.), округленную до единицы. (В качестве а. е. м. принята 1/12 часть массы атома углерода.) Масса протона и нейтрона в 1840 раз больше массы электрона.

Для протонов и нейтронов существует общее название нуклоны. По­ложительный заряд ядра определяется количеством протонов в нем. Заряд ядра совпадает с порядковым номером элемента в периодической таблице Менделеева.

Количество электронов, движущихся вокруг ядра, соответствует коли­честву протонов в ядре. Таким образом, суммарный отрицательный заряд электронов нейтрализует положительный заряд ядра, и атом в нормаль­ном состоянии является электрически нейтральной системой.

Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом: A =N + Z, где N и Z - количество нейтронов и протонов в ядре соответственно.

Заряд и массовое число являются основными характеристиками атом­ных ядер. Вид атомов, характеризующийся определенным массовым числом и атомным номером, называют нуклидами и обозначают симво­лом элемента с указанием атомного номера (внизу слева) и массового числа (вверху слева), например ⁴₂Не, ¹⁰₅В.