66 Основы теории атомного ядра: масса, форма и размеры, структура, спин и магнитный момент ядра, энергия связи и устойчивость ядер, изотопы, ядерные силы. Основные элементарные частицы и их свойства.

А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относится атом. Атомное ядро состоит из нуклонов, положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов (число протонов равно числу нейтронов).

При образовании ядра происходит уменьшение массы атома: масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. Уменьшение массы ядра при его образовании объясняется выделением энергии связи. Это явление наз. дефектом массы. Массу ядра измеряют в а.е.м. – атомная единица массы.

Спин J ядра наряду с его массой M является механической характеристикой системы нуклонов. Спин ядра J складывается из спиновых s1 – sA и орбитальных l1 - lA моментов отдельных нуклонов: = 1 + 2 +... + А + 1 + 2 + ... + А = 1 + 2 + ... + А. Атомное ядро в каждом состоянии хар-ся полным моментом количества движения J, кот. в системе покоя ядра называется спином ядра Для спинов атомных ядер экспериментально установлены следующие закономерности: если A (суммарное число) – чётное, то J = n (n = 0, 1, 2, 3,...), т.е. спин ядра имеет целочисленное значение; если A – нечётное, то J = n + 1/2, т.е. спин ядра имеет полуцелое значение; чётно-чётные ядра в основном состоянии имеют значение спина J= 0, что указывает на взаимную компенсацию моментов нуклонов в основном состоянии ядра – особое свойство межнуклонного взаимодействия.

Ядерные частицы имеют собственные магнитные моменты, которыми определяется магнитный момент ядра Рm в целом. Единицей измерения магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон mяд е/(2mp*с)

Здесь е - абсолютная величина заряда электрона, mp - масса протона, с - электродинамическая постоянная. Ядерный магнетон в раз меньше магнетона Бора, откуда следует, что магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов.

Энергией связи нуклона в ядре называется физическая величина, равная той работе, которую нужно совершить для удаления нуклона из ядра без сообщения ему кинетической энергии. Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделяться такая же энергия, какую 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. Удельной энергией связи ядра wсв называется энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Величина wсв составляет в среднем 8 МэВ/нуклон. По мере увеличения числа нуклонов в ядре удельная энергия связи убывает. Критерием устойчивости атомных ядер является соотношение между числом протонов и нейтронов в устойчивом ядре .

Ядерные силы являются короткодействующими силами. Они проявляются лишь на весьма малых расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10-15 м. Длина 10-15 м называется радиусом действия ядерных сил. Ядерные силы обладают свойством насыщения, которое проявляется в том, что нуклон в ядре взаимодействует лишь с ограниченным числом ближайших к нему соседних нуклонов.

Изотопами называются вещества, состоящие из атомов с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым числом протонов), но с разным числом нейтронов в ядре. Изотопы отличаются друг от друга только массовым числом. Все элементы состоят из одного или нескольких изотопов. Лишь немногие изотопы в природе неустойчивы и поэтому постепенно распадаются с излучением субатомных частиц и электромагнитных волн. Это явление называется радиоактивностью