13.1.4.Модели ядра

Рассмотрим капельную и оболочечную модели ядра. Капельная модель предложена в 1936г. Н. Бором и Я.И. Френкелем. Согласно модели ядро – сферическая капля из заряженной несжимаемой сверхплотной ядерной жидкости.

Капельная модель основана на аналогии между поведением молекул в капле жидкости и поведением нуклонов в ядре. Силы, действующие между молекулами и нуклонами в ядре, короткодействующие, им свойственно насыщение. Капля жидкости при неизменных внешних условиях имеет постоянную плотность. Ядра имеют постоянную плотность, не зависящую от числа нуклонов в ядре. Объемы ядра и капли жидкости пропорциональны числу частиц. Капельная модель ядра - электрически заряженная капля несжимаемой жидкости, подчиняется законам квантовой механики. Эта модель объяснила механизм ядерных реакций, реакцию деления ядер.

Авторами оболочечной модели являются американский физик М. Тапперт - Майер и немецкий физик Х. Йенсен в 1949- 1950 годах. В модели нуклоны заполняют дискретные энергетические уровни (оболочки), согласно принципу Паули. Устойчивость ядер в модели связана с характером заполнения уровней. Наиболее устойчивыми ядрами являются ядра, с полностью заполненными оболочками. Существуют особо устойчивые (магические) ядра. Оболочечная модель объяснила магнитные моменты, спины и различную устойчивость ядер, периодичность изменения их свойств.

Оболочная модель описывает легкие и средние ядра и ядра в невозбужденном (основном) состоянии

69. Закон радиоактивного распада. Активность нуклида.

Под радиоактивным распадом, или просто распадом, понимают естественное радиоак­тивное превращение ядер, происходящее самопроизвольно. Атомное ядро, испытыва­ющее радиоактивный распад, называется материнским, возникающее ядро — дочерним.

Теория радиоактивного распада строится на предположении о том, что радиоак­тивный распад является спонтанным процессом, подчиняющимся законам статистики. Так как отдельные радиоактивные ядра распадаются независимо друг от друга, то можно считать, что число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t+dt, пропорционально промежутку времени dt и числу N нераспавшихся ядер к моме­нту времени t:

(1.1)

где  — постоянная для данного радиоактивного вещества величина, называемая постоянной радиоактивного распада; знак минус указывает, что общее число радиоак­тивных ядер в процессе распада уменьшается.

(1.2)

где N₀—начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t=0), N—число нераспавшихся ядер в момент времени t. Формула (256.2) выражает закон радиоактив­ного распада, согласно которому число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону.

Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период полураспада Т_1/2 и среднее время жизни  радиоактивного ядра. Период полураспада Т_1/2 — время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Тогда, согласно (1.2),

откуда

Периоды полураспада для естественно-радиоактивных элементов колеблются от десятимиллионных долей секунды до многих миллиардов лет.

Активностью А нуклида (общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и нейтронов N) в радиоактивном источнике называется число распадов, происходящих с ядрами образца в 1 с:

(1.3)

Единица активности в СИ — беккерель (Бк): 1 Бк — активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада. До сих пор в ядерной физике применяется и внесистемная единица активности нуклида в радиоактивном источнике — кюри (Ки): 1 Ки= 3,710¹⁰ Бк.

Радиоактивный распад происходит в соответствии с так называемыми правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра. Правила смещения:

(1.4)

(1.5)

где Х — материнское ядро, Y — символ дочернего ядра, Не — ядро гелия (-частица), е—символическое обозначение электрона (заряд его равен –1, а массовое число — нулю). Правила смещения являются ничем иным, как следствием двух зако­нов, выполняющихся при радиоактивных распадах, — сохранения электрического за­ряда и сохранения массового числа: сумма зарядов (массовых чисел) возникающих ядер и частиц равна заряду (массовому числу) исходного ядра.

Возникающие в результате радиоактивного распада ядра могут быть, в свою очередь, радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда, радиоак­тивных превращений, заканчивающихся стабильным элементом. Совокупность элемен­тов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.