7.3. Модель ядра

Общей модели ядра в настоящее время не существует.

7.3.1. Капельная модель

Основывается на аналогии между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жидкости. Эта аналогия основывается на том, что силы между молекулами и нуклонами являются короткодействующими, и на том факте, что плотность жидкости при данных условиях постоянна и плотность ядра тоже постоянна. V_капли~N_{молекул}, V_я~A.

В этой модели ядро представляет собой каплю электрически заряженной жидкости с плотностью равной плотности ядра. Эта модель позволяет получить полуэмпирическую формулу для энергии связи ядер, объяснить механизмы ядерных реакций и в особенности реакции деления тяж. ядер. Недостаток: не смогла объяснить устойчивость разных ядер и в особенности ядер, имеющих магическое число нуклонов.

7.3.2. Оболочная модель

Предполагает распределение нуклонов ядре по определенным дискретным энергетическим уровням, заполняемость которых определяется принципом Паули. В этой модели устойчивость ядер определяется степенью заполнения оболочек. Чем больше заполнена, тем более устойчиво ядро. В дальнейшем произошло объединение капельной и оболочной модели и появилась обобщенная модель ядра, которая объясняет большинство свойств ядер.

7.4 Энергия связи ядра

Измерения масс нуклонов и ядер с помощью масс – спектрометрией показали, что существует дефект масс Δm=Zm_p+(A-Z)m_n-m_я. Соотношение Эйнштейна ΔЕ=Δmc². Она идет на энергию связи ядра. Энергия связи – это величина работы, которую нужно совершить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны и удалить их на бесконечность без сообщения им кинетической энергии. Е_св=(Zm_H+(A-Z)∙m_n-m_a)c².

Для характеристики устойчивости ядер используют удельную энергию связи – энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон в ядре. Чем она больше, тем устойчивее ядро. Наиболее устойчивыми являются магические ядра, у которых число протонов или нейтронов равно одному из магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Особенно стабильны дважды магические ядра. К ним относятся ₂He⁴, ₈O¹⁶, ₂₀Ca⁴⁰, ₂₀Ca⁴⁸, ₈₂Pb²⁰⁸. График зависимости удельной энергии связи от А:

Рис.

Наиболее устойчивые ядра в середине таблицы Менделеева, наименее устойчивы – легкие и тяжелые элементы. Тяжелые элементы наилучшим образом подходят для деления ядер. Легкие подходят для синтеза – термоядерной реакции.

7.5. Естественная радиоактивность

Это явление испускания радиоактивного излучения и элементарных частиц при самопроизвольном взаимопревращении ядер. Открыл Беккерель в опытах по люминесценции солей урана в 1896 г. Опыты показали, что радиоактивное излучение свойственно не только урану, но и другим тяжелым элементам. На характер излучения не влияет вид химического соединения, агрегатного состояния, давление, температура, электрическое и магнитное поля, что указывает на то, что это излучение не связано с изменением электронной оболочки атома. Различают 3 вида излучение: 1) α-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью. Представляет собой поток ядер гелия. Слой алюминия толщиной d_Al=0,05 мм останавливает его. 2) β-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, ионизирующая способность приблизительно на 2 порядка меньше, большая проникающая способность d_Al=2 мм. Представляет собой поток быстрых электронов. 3) γ-излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью d_Pb=5 см. Представляет собой коротковолновое э/м излучение с λ<10^-10 м, что позволяет это излучение рассматривать как поток γ-квантов.