Нуклид, нуклон, изотоп

К изотопам относят различные виды ядер одного и того же химического элемента — элемента с одним и тем же порядковым номером, — различающихся по числу нейтронов.

Нуклон — ядерная частица, двумя состояниями которой являются протон р⁺ и нейтрон n⁰, взаимодействующие в ядре между собой путем обмена π-мезонами, пионами, имеющими массу в 270 раз большую, чем масса электрона. Например, в атоме бора ¹⁰₅B десять нуклонов: пять протонов и пять нейтронов.

Нуклиды — ядра, различающиеся как по числу нейтронов, так и по числу протонов. Нуклиды — это конкретные виды ядер раз­личных элементов. Нуклидом называют ядро изотопа свинца ²⁰⁷₈₂Pb с 82 протонами и 125 нейтронами, ядро изотопа кислорода ¹⁶₈О с 8 протонами. Три различных ядра атома углерода ¹²₆С, ¹³₆С и ¹⁴₆C содержат 12, 13 и 14 нуклонов. Эти ядра называют изотопами, или изотопными нуклидами. Каждый изотоп есть нуклид, ядро атомов элемента с определенным числом нейтронов и протонов.

Единственный изотоп?

В природе насчитывается 21 элемент, у которых всего один ста­бильный изотоп. Такие элементы называют изотопно чистыми. Среди них бериллий Be, фтор F, натрий Na, алюминий А1, фосфор Р, иод I, золото Аu, висмут Bi, торий Th и др. Наибольшее число изотопов (десять) имеет элемент олово Sn.

 

Невидимая и неуловимая, но ощутимая частица

Все физики уверены в существовании самых элементарных частиц в ядрах атомов — кварков, находящихся внутри протонов, нейтронов и других частиц ядер. Выделить же кварки в свободном виде пока никак не удается, кварк остается неуловимым.

Кварки — универсальный «строительный материал» сильновза­имодействующих частиц ядра. Все окружающие нас вещества можно создать из трех «кирпичей»: электрона, кварка и антикварка, а в качестве «цемента» понадобятся еще три частицы, не имеющие мас­сы, — фотон, глюон и гравитон. Фотоны привязывают электроны к ядру атома, глюоны склеивают кварк и антикварк в ядре, а гравито­ны «цементируют» космические объекты: планеты, звезды и галактики.

Например, протон состоит из трех кварков. При взаимодействии двух любых кварков один из них испускает глюон, другой его поглощает. Кварки и глюоны несут особый «склеиватель» — цветовой заряд, не имеющий ничего общего с электрическим зарядом. Глюоны — удивительные частицы. Они обладают свойством са­моликвидации и саморазмножения: глюон может испускать и поглощать глюоны.

Интересно, что действие глюонов на кварки увеличивается по мере их удаления от порождающих их кварков. Кварки связаны глюонами слабее всего, когда они находятся близко друг к другу. Если же кварки пытаются разойтись, то сразу же возрастает стягива­ющее их глюонное поле. Другими словами, кварки становятся свободными не вне протонов и нейтронов ядра, а наоборот, глубоко внутри этих частиц. Этим, видимо, и объясняется невозможность разделить кварки, выбить какой-либо из них из ядра атома.

 

Частица, проникающая сквозь землю и солнце

Такой частицей является нейтрино (символ υ, греч, буква «ню») — стабильная частица, не имеющая ни массы, ни заряда, обладающая скоростью света. Чтобы отличить ее от тяжелого нейтрона, также не имеющего заряда, итальянский физик Энрико Ферми (1901— 1954) назвал эту частицу «нейтрино» как нечто исчезающе малое, нейтральное.

При радиоактивном распаде ядер атомов выбрасываемый по­зитрон е⁺ всегда сопровождается нейтрино υ_е, а выбрасываемый электрон е^- — двойником нейтрино, называемым антинейтрино υ_е. Антинейтрино отличается от нейтрино только характером своего движения — он вворачивается в направлении полета как штопор.

Появление нейтрино и антинейтрино из распадающихся ядер связано с ядерными реакциями: n⁰ → p⁺ + e^- + υ_е; и p⁺ → n⁰ + e⁺ + υ_е.

Нейтрино и антинейтрино не содержатся в ядре, а образуются в момент вылета из него позитрона или электрона.

Вся земная кора за счет радиоактивного распада атомов излучает в секунду 2∙10²⁶ антинейтрино, которые пронизывают Землю и живущих на ней людей, не причиняя им никакого вреда. Каждую секунду через человеческое тело пролетает 1750 антинейтрино. С веществом нейтрино и антинейтрино не взаимодействуют и поэтому в нем не задерживаются. На нашем Солнце в результате ядерного «горения» атомов водорода вместе с позитронами рождается в секунду 2∙10³⁸ нейтрино, обрушивающихся на Землю. В любой части Вселенной существуют огромные потоки нейтрино и антинейтрино, есть и «нейтринные звезды».