Лекция 16 физика

заряд. Согласно протонно-нейтронной модели ядра ядра состоят из протонов и нейтронов, имеющих общее название – нуклоны.

химические свойства химических элементов. Следовательно, от зарядового числа Z зависят свойства данного химического элемента.

спектроскопии позволяют определять массу с достаточно высокой точностью. Измерения массы атомов в «а.е.м.» показали, что они всегда выражаются почти целыми числами.

При измерениях массы атомов были обнаружены изотопы.

изотопов постоянно. Поэтому каждый химический элемент имеет определенный атомный вес, равный среднему значению от атомных

Долгое время не могли определить, какие еще частицы, кроме протонов, входят в состав ядра. То, что массы изотопов являются целыми числами, свидетельствует о том, что ядра состоят из одинаковых частиц. И только в 1932 году был обнаружен нейтрон, также входящий в состав ядра.

Все атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, которые

имеет электрического заряда. Нейтрон имеет массу, близкую массе протона.

Всвободном состоянии нейтрон нестабилен. Он

знак минус говорит о том, что механический и магнитный моменты нейтрона имеют противоположные направления.

Ядра атомов характеризуются зарядом, массой, спином, радиусом и рядом других параметров. Количество нуклонов в ядре называют массовым числом А, оно равно целому числу, близкому к атомной

Ядра с одинаковым массовым числом, но с разными зарядовыми числами называются изобарами.

имеет порядок 1017 кг/м3 .

Спин ядра равен сумме спинов нуклонов, спин ядра является полуцелым при нечетном числе А и целым или равным 0 при четном числе А. Атомные ядра, кроме спинов, имеют магнитные

Энергия связи ядра. Дефект массы.

Работу, необходимую для разделения ядра на составляющие его

меньше, чем суммарная масса покоя содержащихся в нем нуклонов.

которую называют удельной энергией связи. Эта величина так же, как энергия связи характеризует устойчивость атомных ядер: чем больше δЕсв, тем ядро устойчивее.

Эксперименты по делению ядер на нуклоны показывают, что удельная энергия связи δЕсв зависит от массового числа А в

соответствии с графиком на рисунке 14.3. Как следует из рисунка,

МэВ/нуклон приходится на область с массовыми числами от 50 до 60, что соответствует наиболее стабильным ядрам.

Рис. 14.3.

При малых А, когда нуклонов мало, энергия ядерных сил мала (она минимальна у дейтерия – 1,1 МэВ), по мере увеличения А энергия значительно возрастает. Далее при увеличении А после А=60 удельная энергия связи постепенно уменьшается и составляет, например, для урана 7,6 МэВ/нуклон. Это уменьшение объясняется тем, что с возрастанием числа протонов в ядре увеличивается отрицательная энергия кулоновского отталкивания, связь между нуклонами становится менее сильной, в результате чего ядра –

1) деление тяжелых ядер на более легкие; 2) слияние легких ядер в более тяжелые. Это определяет два типа ядерных реакций. В этих реакциях выделяется большое количество энергии, в настоящее время

дополнительная энергия - энергия активации. Эта энергия может быть сообщена тяжелому ядру захваченным им дополнительным нейтроном. Процесс деления ядра урана или плутония под действием захватываемых нейтронов лежит в основе действия ядерных реакторов и обычной атомной бомбы.

Аналогично можно рассмотреть реакцию слияния, например, двух

Модели ядра.

К настоящему времени еще нет последовательно законченной

1. Капельная модель является простейшей моделью, в которой атомное ядро рассматривается как капля заряженной несжимаемой

помогла объяснить ряд других явлений, в частности, процесс деления тяжелых ядер.

2. Оболочная модель является более реалистичной, в ней считается, что каждый нуклон движется в усредненном поле остальных нуклонов ядра и, в соответствии с этим, имеются дискретные энергетические уровни нуклонов, заполненные с учетом принципа Паули. Эти уровни группируются в оболочки, в каждой из которых может находиться определенное число нуклонов. Полностью заполненные оболочки образуют наиболее стабильные ядра, таковыми являются ядра, в которых количество нуклонов равно 2, 8, 20, 28,

50, 82, 126. Эти числа и соответствующие им ядра называют магическими.

Ядерные силы.

Наблюдаемая в природе стабильность ядер означает, что в атомных ядрах между нуклонами имеется особое взаимодействие. Это взаимодействие называют сильным.

У ядерных сил имеются некоторые особенности:

1. по сравнению с электромагнитными силами они в сотни раз сильнее;

2. силы являются короткодействующими и действуют только в

на силы отталкивания; 3. они обладают зарядовой независимостью, что проявляется в

одинаковости сил взаимодействия различных нуклонов; 4. эти силы не являются центральными, то есть они не

действуют вдоль прямой, проходящей через центры взаимодействующих нуклонов;

5. ядерные силы зависят от ориентации спинов нуклонов; 6. обладают свойством насыщения, то есть каждый нуклон в ядре

взаимодействует с ограниченным числом ближайших нуклонов.

самопроизвольного (спонтанного) распада ядер с испусканием одной или нескольких частиц называют естественной радиоактивностью. Радиоактивное ядро называют материнским, а ядра, образующиеся в результате распада, называют дочерними. Дочерние ядра также могут оказаться радиоактивными.

Закон радиоактивного распада записывается так: если имеется N

где Nо – число ядер в момент t=0, N – число оставшихся (не распавшихся) ядер к моменту t. Это соотношение называют основным законом радиоактивного распада. Как видно, число нераспавшихся ядер убывает со временем экспоненциально. Наряду с постоянной λ, процесс радиоактивного распада характеризуют еще периодом полураспада Т. Период полураспада Т – это время, за которое распадается половина первоначального количества ядер. Оно определяется условием: T = ln2/λ = 0,693/λ.

Период полураспада для различных ядер может иметь величины от долей секунды (10-7 с) до астрономических времен (5*1015 лет).

радиоактивного излучения препарата не оказывают влияние агрегатное состояние вещества, давление, температура, электрические и магнитные поля. Следовательно, радиоактивные свойства вещества обусловлены лишь структурой его ядра.

К основным видам радиоактивности относятся альфа, бета и

Бета-распад - это испускание электрона или позитрона, или захват электрона из оболочки атома

ядро испускает электрон и его зарядовое число Z становится Z+1; позитронный β+ - распад, это реакция, в которой ядро испускает позитрон и его зарядовое число Z становится Z-1; К – захват, это процесс, в котором ядро захватывает один из электронов электронной оболочки атома (обычно из К – оболочки) и его

излучением.

Гамма-распад заключается в испускании возбужденным ядром

Элементарные частицы.

Если размеры физической системы не больше 10-8 м, то ее относят к области микромира, законы которого устанавливает квантовая механика. На следующей схеме представлена область микромира.

Рис. 14.4.

Размеры мегамира имеют порядок миллионов световых лет. Макромир – это мир, в котором мы живем. Первый микроскопический уровень имеет размеры порядка 10-8 – 10-10 м. Линейные размеры ядерного уровня – 10-14 – 10-15 м. Электронный уровень не установлен.

Протоны «р» и нейтроны «n» входят в состав ряда адронов, их размер имеет порядок 10-15 м. Адроны, это частицы, которые могут участвовать в сильном, а также других взаимодействиях.

Электрон – родоначальник класса лептонов.