Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
л17.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
11.23 Mб
Скачать

1.2. Строение ядра атома

1. Ядро состоит из двух видов частиц: протонов и нейтронов , массы которых примерно равны (m p≈1836 me, m n≈1839 me), но протон имеет положительный заряд, равный заряду электрона, а нейтрон – нейтрален:

R нукл. ≈ 1,3 ·10 -15 м

- протон и нейтрон, как частицы ядра, имеют общее название – нуклон и, находясь в ядре, способны превращаться друг в друга, обмениваясь между собой тяжелыми квантами (π-мезонами), которые могут иметь положительный (π+ - мезон, m=273 me), отрицательный (π - - анти-мезон, m=273 me) или нулевой заряд (π0, m=264 me):

↔ + π+ , ↔ + π - , + π0 , ↔ + π 0 (Х.Юкава)

2. Имеются экспериментальные данные о том, что нуклон состоит из центральной части – ядра (керн нуклона) с размером порядка 10-17 -10-16 м, а вокруг ядра – атмосфера из пи-мезонов (π+ , π -, π0).

3. Основными показателями ядра являются:

- зарядовое число Z = числу протонов в ядре и порядковому номеру атома в таблице Менделеева;

- заряд протона e (элементарный положительный заряд);

- электрический заряд ядра = Ze;

- число нейтронов ядра N;

- массовое число ядра A = Z + N, выражает общее число нуклонов в ядре.

В настоящее время известны ядра с Z = 1 – 107 и A = 1 – 262 , которые обозначаются следующим образом:

, где

X – символ соответствующего химического элемента;

Z – зарядовое число ядра этого химического элемента;

A – массовое число ядра этого химического элемента, например

: стронций – 90.

4. Классификация ядер

Изотопы – ядра одного и того же химического элемента, то есть имеющие одно и то же Z при разных A (при разных N), например:

- протий (легкий изотоп водорода), - дейтерий (тяжелый изотоп водорода),

- тритий (сверхтяжелый изотоп водорода).

Природный водород представляет собой смесь 99,98% протия и 0,02% дейтерия.

В настоящее время известно около 300 устойчивых изотопов и свыше 1700 неустойчивых (радиоактивных) изотопов.

Изобары – ядра разных химических элементов, имеющие одно и то же A при разных Z,

например:

- бериллий, - бор, - углерод.

Четно-четные ядра – ядра, состоящие из четного число протонов и четного числа ней-

тронов.

Нечетно-нечетные ядра – ядра, состоящие из нечетного число протонов и нечетного

числа нейтронов.

Четно-нечетные ядра – ядра, состоящие из четного число протонов и нечетного числа

нейтронов.

Нечетно-четные ядра – ядра, состоящие из нечетного число протонов и четного числа

нейтронов.

5. Ядра не имеют четко выраженной границы, поэтому радиус ядра имеет условный смысл и величину, выражаемую следующей эмпирической формулой:

R я = R0A1/3, где

R0 = (1,3 – 1,7) ·10 -15 м;

A – массовое число ядра.

Форма ядра может быть как близкой к сферической, так и эллипсообразной.

6. Энергией связи ядра E св – называется разность между энергией нуклонов в ядре и их энергией в свободном состоянии, то есть, это такая энергия, которую надо сообщить ядру, чтобы разбить его на отдельные нуклоны:

E св = Δm c2, где

Δm = Zm p + Nm n – M я – дефект массы ядра, равный разности между массами протонов

и нейтронов ядра в свободных состояниях и массой ядра M я = M а– Zm e;

c – скорость света.

Кроме того, дефект массы ядра можно выразить и так:

Δm = M а– A

Δm = Zm H + Nm n – M а, где

M а – масса нейтрального атома, для которого определяется дефект массы;

A – массовое число ядра, для которого определяется дефект массы;

m H – масса а атома водорода.

Δm ≈ [0,0(A-100)2 - 64]·10-3 а.е.м. – экспериментальная формула.

Δm = E св / с2.

Дефект масс показывает, насколько масса ядра меньше суммы масс всех входящих в него нуклонов, когда они оказываются вне ядра, т.е. в свободном состоянии. Когда же эти нуклоны образуют ядро, то масса, равная дефекту их масс, превращается в энергию связи ядра, удерживающую ядро от распада.

7. В расчетах часто используют величину, называемую удельной энергией связи ядра, которая выражается формулой:

и является энергией связи, приходящейся на 1 нуклон ядра, которая определяет устойчивость ядра относительно распада.

Как вы помните, электрон в атоме водорода, находясь в нормальном состоянии на 1 энергетическом уровне, имел энергию связи = -13,6 эВ, удельная энергия связи нуклонов ядер химических элементов, находящихся в средней части таблицы Менделеева, составляет примерно 8,75 МэВ, т.е. громадную (по модулю) величину по сравнению с электронами.

Ядро может иметь различную энергию E я, которой и определяется его состояние:

E я = E св. = E мин E я > E мин E я = 0

● ●

○ ● ○ + Δ1E ○ ○ + Δ2E ○ ○

○ ● ○ ● ○ ○ ● ○ ● ○ ○ ● ●

○ ● ○ ○ ○ ○

● ○ ○

Основное Возбужденное ● ○

состояние состояние Ядро распалось на нуклоны,

при Δ1E + Δ2E ≥ E св.

Рис. 8. Возможные состояния ядра атома

8. В ядре между его нуклонами учитываются 3 типа взаимодействия (сил):

а) сильное (определяется ядерными силами притяжения, действующими между нуклонами на

R ≈ 1,5 · 10 -15 м);

б) электромагнитное (определяется силами отталкивания между протонами);

в) слабое (за счет его происходит β-распад ядер и др. «медленные» распады.

В следующих таблицах приведены некоторые справочные данные:

Таблица 2

Сравнительная характеристика взаимодействий нуклонов

Тип взаимодействия

Сравнительная величина

Время протекания, сек

Сильное

Электромагнитное

Слабое

1

1/137

10 -14

10 -23 – 10 -22

10 -20 – 10 -18

10 -10 – 10 -8

P.s. Гравитационные силы между нуклонами так ничтожны (10 -38 ) по сравнению со всеми тремя другими силами, что в микромире они не учитываются.

Таблица 3

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]