Строение атомных ядер

1 Слайд

Структура ядра атома, ядерные силы.

2 Слайд

Активность радиоактивного вещества – число ядер, распавшихся за единицу времени.

λ — постоянная распада,

- активность радиоактивного вещества в начальный момент времени.

Единицей активности в системе СИ являются

беккерель (Бк):

1 Бк = 1 распад/секунда - активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада. кюри (Кu):

1Кu = 3.7·10¹⁰Бк (это активность 1г. чистого урана).

3 Слайд

В 1911 году Резерфорд в своём докладе «Рассеяние α- и β-лучей и строение атома» в философском обществе Манчестера заявил^[4]:

Рассеяние заряженных частиц может быть объяснено, если предположить такой атом, который состоит из центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке и окружённого однородным сферическим распределением противоположного электричества равной величины. При таком устройстве атома α- и β-частицы, когда они проходят на близком расстоянии от центра атома, испытывают большие отклонения, хотя вероятность такого отклонения мала.

Таким образом Резерфорд открыл атомное ядро, с этого момента и ведёт начало ядерная физика, изучающая строение и свойства атомных ядер.

После обнаружения стабильных изотопов элементов, ядру самого лёгкого атома была отведена роль структурной частицы всех ядер. С 1920 года ядро атома водорода имеет официальный термин — протон. После промежуточной протон-электронной теории строения ядра, имевшей немало явных недостатков, в первую очередь она противоречила экспериментальным результатам измерений спинов и магнитных моментов ядер^[5], в1932 году Джеймсом Чедвиком была открыта новая электрически нейтральная частица, названная нейтроном.

Российский физик Д. Д. Иваненко и немецкий физик В. Гейзенберг выдвинули гипотезу о протонно-нейтронном строении атомных ядер.

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным  ^{[сн 1]} и связанным с ним магнитным моментом.

Протоны и нейтроны - нуклоны.

Число протонов

Z - зарядовым числом

Число нейтронов - N.

Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют массовым числом A:

A = Z + N.

4 Слайд

Атомное ядро = «нуклид».

Ядро обозначают тем же символом, что нейтральный атом:

X- символ химического элемента

Основные характеристики частиц, входящих в состав атома

1эВ = 1.6·10^-19Дж, масса в 1 МэВ рассчитана с использованием формулы E = mc²

Спиновое число указывает на степень симметрии в собственном моменте движения объекта. Но спиновое число электрона 1/2 не имеет аналогов в макромире. Это как если бы при полном обороте объект приходил в другое состояние, и только еще один полный оборот приводил его в прежнее положение. Т.е. "повернув" электрон на 360° мы получим совсем другую конфигурацию, и только повернув на 720° вернем в исходное состояние.

Поскольку нуклоны обладают собственным механическим моментом, или спином, равным  , то и ядра должны иметь механические моменты. Кроме того, нуклоны участвуют в ядре в орбитальном движении, которое также характеризуется определённым моментом количества движения каждого нуклона. Орбитальные моменты принимают только целочисленные значения   (постоянная Дирака). Все механические моменты нуклонов, как спины, так и орбитальные, суммируются алгебраически и составляют спин ядра.

Несмотря на то, что число нуклонов в ядре может быть очень велико, спины ядер обычно невелики и составляют не более нескольких  , что объясняется особенностью взаимодействия одноимённых нуклонов. Все парные протоны и нейтроны взаимодействуют только так, что их спины взаимно компенсируются, то есть пары всегда взаимодействуют с антипараллельными спинами. Суммарный орбитальный момент пары также всегда равен нулю. В результате ядра, состоящие из чётного числа протонов и чётного числа нейтронов, не имеют механического момента. Отличные от нуля спины существуют только у ядер, имеющих в своём составе непарные нуклоны, спин такого нуклона суммируется с его же орбитальным моментом и имеет какое-либо полуцелое значение: 1/2, 3/2, 5/2. Ядра нечётно-нечётного состава имеют целочисленные спины: 1, 2, 3 и т. д.^[2].