2.16. Физика атома и атомного ядра

Планетарная модель атома.

Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком электронов. Размер атома порядка 10^-10м.

Ядро - центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома.

Число протонов в ядре равно числу электронов в неионизированном атоме. Поэтому суммарный заряд атома равен нулю.

Боровская модель атома водорода основана на квантовых постулатах Бора:

1) Существуют стационарные состояния атома, находясь в которых атом не излучает и не поглощает энергию.

2) При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитной энергии (фотон):

,

где Е_m, Е_k - энергия атома в разных стационарных состояниях (m, k - номера стационарных состояний).

Если Е_m > Е_к , то фотон излучается , если Е_m < Е_к , то фотон поглощается.

Нуклонная модель ядра.

Ядро состоит из протонов и электрически нейтральных частиц – нейтронов. Размер ядра порядка 10^-15м. Массы протона и нейтрона практически одинаковы. Поэтому они имеют общее название - нуклоны.

Зарядовое число Z (заряд ядра) – это число протонов в ядре. Зарядовое число совпадает с порядковым номером соответствующего атома в таблице Менделеева.

Массовое число М – это число нуклонов в ядре:

где Z - число протонов, N - число нейтронов.

Ядро атома Х принято обозначать например,

Изотопы - это атомы, ядра которых содержат одинаковое число протонов Z, но разное число нейтронов N. Поэтому изотопы имеют одинаковые зарядовые, но разные массовые числа. Например, изотопы водорода:

(водород), (дейтерий), (тритий).

Ядерные реакции.

Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием с различными частицами или друг с другом.

В ядерных реакциях должен соблюдаться закон сохранения суммарного заряда Z и массового числа М. Частными случаями ядерных реакций являются деление ядер и синтез ядер.

Деление ядер – ядерная реакция разделения тяжелого атомного ядра.

Синтез ядер – ядерная реакция слияния легких ядер.

Масса атомного ядра меньше массы всех составляющих его свободных нуклонов. Разность массы ядра и суммарной массы нуклонов составляет дефект массы:

М = М_нукл  М_ядра.

Энергия связи определяется формулой:

Е_св = М с².

Удельная энергия связи  энергия связи, приходящаяся на один нуклон : Е_св.уд. = Е_св / М.

При -распаде выделяется -частица  ядро атома гелия ( ).

При -распаде выделяется -частица  электрон ( ).

При -распаде выделяется -частица  квант электромагнитного излучения.

Закон радиоактивного распада.

Число радиоактивных N ядер убывает с течением времени t по закону:

,

где N₀ – число ядер в момент времени t = 0; e  2,72 – основание натуральных логарифмов,  - радиоактивная постоянная (постоянная распада).

[] – c^-1.

Период полураспада — время Т, в течение которого распадается половина первоначального количества радиоактивных ядер.

Связь между периодом полураспада и радиоактивной постоянной:

.

Активность радиоактивного вещества равна числу ядер, распавшихся за единицу времени:

A = N.