Вопрос 25 Современная концепция строения атомного ядра

Нуклонный уровень строения атомных ядер.

1932 г – Чедвик открыл нейтрон- частица по всем своим свойствам такая же, как протон, но только без электрического заряда.Вернер Гейзенберг и Дмитрий Иваненко выдвинули гипотезу о том, что атомное ядро состоит из нейтронов и протонов. На этом постулате базируется современный взгляд на строение атома.

Протоны и нейтроны объединяются словом нуклон. Протоны – это элементарные частицы, которые являются ядрами атомов водорода.В ядре нуклоны связаны ядерными силами. Одна из характерных их особенностей – короткодействие : на расстояниях порядка 10^-5м и меньше. Механизм действия ядерных сил основан на обмене взаимодействующих объектов виртуальными частицами. Виртуальные частицы – это частицы, которые имеют такие же квантовые числа (спин, электрический заряд и др.), что и соответствующие реальные частицы, но для которых не выполняется обычная связь между энергией, импульсом и массой.

Дефект массы и энергия связи.

Масса ядра определяется массой входящих в его состав нейтронов и протонов. Поскольку любое ядро состоит из Z протонов и N=A-Z нейтронов (А-массовое число), то на первый взгляд масса должна равняться сумме масс протонов и нейтронов. Однако масса всегда меньше такой суммы. Их разность и есть дефект массы ∆m.Разорвать ядро на отдельные нуклоны можно, лишь введя в него извне каким-либо способом энергию не меньше той, что выделилась в процессе его образования. Это и есть полная энергия связи ядра. С ней непосредственно связано происхождение дефекта массы. E=∆mc² Уменьшение энергии системы при образовании ядра на какую-то величину приводит к уменьшению общей массы.

Радиоактивность

В 1896 г фр. Физик Беккерель обнаружил испускание солью урана невидимых лучей сильной проникающей способности. Это радиактивность. Это явление определяется как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного элемента в изотоп другого, при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия (альфа-частиц).Радиактивными являются все элементы > 83.

Существует 3 вида радиоактивного излучения:

-альфа-поток ионов гелия

-бета-поток электронов (бета-плюс-+электрон, бета-минус- испускание электрона)

-гамма-поток квантов электромагнитного излучения

Изотопы-разновидности атомов одного и того же химического элемента, отличающиеся числом нейтронов в составе ядра.

Радиактивность характеризуется:

-видом испускаемых частиц

-энергией, которая может в миллионы раз превосходить у хим. Процессов

-спонтанный характер распада

Скорость распада подчиняется закону радиоактивного распада-N=N₀e^-λt, λ-постоянная радиоактивного распада.

Систематика элементарных частиц

Элементарные частицы – первичные, неразложимые частицы, из которых по предположению, состоит вся материя.

Основные характеристики элементарных частиц:

-масса

-время жизни

-стабильные(>10²⁰лет-электрон, протон, фотон, нейтрино)

-квазистабильные (среднеживущие)(>10^-20с-нейтрон)

-резонансы (короткоживущие)(<10^-20c)

-заряд

-спин

Все элементарные частицы -это маленькие вращающиеся волчки. Они характеризуются механическим моментом импульса. Спин – вращение маленькой элементарной частицы.=1/2 или 0 или 1.

-квантовое число

Все элементарные частицы можно разделить на 2 класса:

1)фермионы (s=1/2)

-лептоны(легкие) –не участвуют в сильном взаимодействии-электрон,нейтрино

-адроны(тяжелые) – активно участвуют в сильных взаимодействиях (барионы=нуклоны)

2)бозоны

-s=1

-фотоны (частицы, которые переносят электромагнитное взаимодействие)

-гравитоны (гравитационное вз-ие)

-глюоны

-w-бозоны (слабое вз-ие)

-s=0

-мезоны

Кварки

Кварк- это вымышленное слово. Кварк- частица со спином ½ и дробным электрическим зарядом. Кварки имеют 2 внутренние степени свободы – «аромат» и «цвет»(красный, синий и желтый). Обычное вещество состоит из легких u- и d- кварков, входящих в состав нуклонов ядер.