АТОМНЫЕ ЯДРА
Атомное ядро – связанная системаа протоновпротонов и нейтронов
(A,Z)
Z – заряд ядра – число протонов в ядре. N – число нейтронов в ядре
А – массовое число – суммарное число протонов и нейтронов в ядре.
A = Z + N
40Ca
Характеристики протона, нейтрона ии электронаэлектрона
Характеристика |
Протон |
|
Нейтрон |
|
|
Электрон |
|||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса mс2, МэВ |
938.272 |
|
939.565 |
|
|
|
0.511 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Электрический заряд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(в единицах |
1 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
элементарного заряда) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Спин |
1/2 |
|
|
1/2 |
|
|
|
|
|
|
1/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изоспин |
1/2 |
|
|
1/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проекция изоспина |
+1/2 |
|
|
–1/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чётность |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Статистика |
|
Ферми-Дирака |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Магнитный момент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(для нуклонов - в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ядерных магнетонах, |
+2.79 |
|
1.91 |
|
|
|
|
+1.001 |
|||
для электрона - в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
магнетонах Бора) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время жизни |
1032 |
885.7 0.8 с |
4.6 1026 |
||||||||
|
лет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип распада |
|
n |
|
|
|
|
е |
|
|||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
p e |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N-Z диаграмма атомных ядерядер
Известно ~300 стабильных ядер. Известно около 3500 радиоактивных ядер Это только часть радиоактивных ядер. Всего их может быть порядка 7000.
Атомная единица массы. Дефектект массымассы
Атомная единица массы (а.е.м.) равна 1/12 массы атома углерода 12С.
1 а.е.м. 1,6582 10 24 г
или
931,44 МэВ.
Разность между массой ядра в атомных единицах массы и его
массовым числом называется дефектом массы
|
|
|
M |
A |
|
1 |
M (12 C) |
||
|
12 |
|
||
|
|
|
||
Энергия связи ядра W(A,Z)(A,Z)
Энергия связи ядра W(A,Z) – минимальная энергия, которую необходимо затратить для того, чтобы разделить атомное ядро на отдельные составляющие его нейтроны и протоны.
M(A, Z )c2 W (A, Z )
Z mpc2 (A Z )mnc2
Масса атомного ядрара
Масса m и энергия покоя E частицы связаны соотношением
E mc2 .
Когда протон и нейтрон соединяются в ядро дейтрон, происходит рождение -кванта с энергией 2,2 МэВ.
p n d (2,2 МэВ)
Т.е. энергия дейтрона на 2,2 МэВ меньше суммы энергий покоя протона и нейтрона. Следовательно, масса дейтрона меньше суммы масс протона и нейтрона на 2,2 МэВ/с2.
Зная величины mp , mn и md , можно определить величину энергии
выделяющейся при слиянии протона и нейтрона в дейтрон. Источником энергии, выделяющейся на Солнце, является
образование ядра 4 He при слиянии 4 протонов.
4 p 4 He 2e 2 e
Масса ядра 4 He на 0,6% меньше массы четырёх протонов. В
результате синтеза 4 He в процессе
4 p 4 He 2e 2 e
выделяется энергия E 25 МэВ.
Энергия связи ядра W(A,Z)Z)
W (A, Z ) А А2
3 Z(AZ1
3 1)
α 15.6 МэВ,17.2 МэВ,0.72 МэВ,23.6 МэВ.
+34 МэВ – чётно-чётные ядра;0 – нечётные ядра;
34 МэВ – нечётно-нечётные ядра.
(A ,Z )= W (A ,Z ) A
A 2Z 2 |
А 3 4 |
|
A |
||
|
Удельная энергия связи ядра εε(A,Z)(A,Z)
Удельная энергия связи ядра ε (A,Z) – средняя энергия связи,
приходящаяся на один нуклон.
ε(A, Z) = W(A, Z) A
Зависимость удельной энергии связи W/A от массового числа А
Магические числа
Магические числа
2, 8, 20, 28, 50, 82, 126
Энергия отделения нуклонана
Энергию отделения нуклона определяют через энергию связи ядра. Отделению нейтрона отвечает процесс
(А, Z) (А 1, Z) n.
Энергия, необходимая для этого, определяется разностью масс начального ядра и конечных продуктов (конечного ядра и нейтрона) в энергетических единицах, т. е.
Bn М(А 1, Z) mn М(А, Z) c2 W(А, Z) W(А 1, Z).
Аналогично, энергия отделения протона
Bp М(А 1, Z 1) mp М(А, Z) c2 W(А, Z) W(А 1, Z 1)
Ядро перестает быть связанным и, следовательно, существовать, когда энергия отделения нуклона становится меньше нуля:
Bn 0, |
Bp 0, |
т.е. существование ядра (А, Z) энергетически не выгодно.