Модели атомных ядер

1.Капельная модель ядра - по этой модели идет взаимодействие нуклонов подобно взаимодействию молекул в капле жидкости, что позволяет объяснить механизм ядерных реакций.

2.Оболочечная модель - рассматривает ядро, в котором нуклоны распределены по энергетическим уровням, аналогично электронной структуре атома.

Такая модель объясняет устойчивую структуру атомных ядер.

Ядерные силы носят обменный характер. Это означает, что при их взаимодействии происходит обмен третей частицей, которую называют π-мезон: (π⁰, π⁺, π^-,) π-мезон - квант ядерной энергии.

Время взаимодействия нуклонов между собой ≈10^-23с, идёт обмен π-мезонами. Из-за малого времени существования π-мезоны называют виртуальными частицами.

Энергия связи

Энергия связи - та энергия, которая необходима чтобы разрушить ядро и удалить нуклоны из поля действия ядерных сил.

При обратном процессе эта энергия выделяется.

Обозначим: Е_св – энергия связи.Масса свободных нуклонов больше, чем масса этих же нуклонов в ядре.

По Эйнштейну Е_св = mс², где m - масса частицы, с - скорость света.

Поэтому Е = (m_H - м_я)с²

где: m_H - масса нуклона;

м_я – масса ядра.

Или:Е = [(Zm_p+Nm_n) - м_я]с²

где Z - число протонов;

N - число нейтронов.

m_p– масса протона;

m_{n -} масса нейтрона.

Радиоактивность

(радиоактивный распад)

Самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся определённым излучением, называется радиоактивностью. Этот процесс не зависит от внешних условий: температуры, давления, чистоты вещества, идёт самопроизвольно.

Различают естественную радиоактивность (наблюдается у неустойчивых изотопов, которые существуют в природе) и искусственную радиоактивность - радиоактивность, полученную вследствие проведенных ядерных реакций.

Стабильность ядер атомов.

≈1-легкие ядра (это наиболее стабильные ядра).

А ядра с отношением >1,6 (тяжёлые ядра) менее стабильны и у них может происходить естественный распад.

Есть так называемые «магические числа» для наиболее стабильных ядер: 2, 8, 20, (28), 50, 82, (126) - это число протонов и нейтронов или тех и других вместе, при которых ядра наиболее устойчивы.

Например: ; .

Основной закон радиоактивности распада.

За одинаковое время распадается одна и та же часть имеющегося в наличии ядерного вещества. Поэтому количество распавшихся ядер пропорционально их наличному числу и времени распада:

-dN=λN dt

Здесь: -dN - количество распавшихся ядер.

λ - постоянная распада.

N- наличное число ядер. dt-время распада.

Или:  

Где е - основание натурального логарифма, N₀- начальное число ядер.

Экспоненциальная зависимость радиоактивного распада иллюстрируется графиком:

(время)

Т

Т-период полураспада - это время, за которое распадается половина от наличного числа ядер. Тогда за 2 полупериода распадается 75% наличного числа ядер.

Активность радиоактивного распада - это скорость радиоактивного распада т.е. число ядер, распавшихся за единицу времени. Так как

-dN=λNdt

то:

 - активность (Бк).

Единицы активности:

1. Беккерель: 1Бк = 1расп/c

2. 3,710¹⁰Бк=1Кu (кюри).

Биологический период полураспада - это время, за которое из организма естественным путём выделяется половина радиоактивного вещества:

T_б- биологический период полураспада.

При этом выполняется уравнение:

Т - результирующий период полураспада

Т_ф - физический период полураспада