Лекция №13 элементы ядерной физики состав атомного ядра

Атомное ядро состоит из нейтронов и протонов. Элементарные частицы, образующие ядра (нейтроны и протоны), называются нуклонами. Протон (ядро атома водорода) обладает положительным зарядом, равным заряду электрона. Его масса в 1836 раз больше массы электрона. Нейтрон—электрически нейтральная частица с массой примерно равной 1839 масс электрона.

Количество протонов Z в ядре нейтрального атома равно числу электронов в его электронной оболочке и определяет его заряд, равный +Ze . Число Z называется зарядовым числом. Оно определяет порядковый номер химического элемента периодической системы Менделеева. N — число нейтронов в ядре. A — массовое число, равное суммарному количеству протонов Z и нейтронов N в ядре. Ядро атома обозначается тем же символом, что и химический элемент, снабжаясь двумя индексами, из которых верхний обозначает массовое, а нижний — зарядовое число, т.е. гдеХ — символ химического элемента. Например, .

Изотопами называются ядра с одним и тем же зарядовым числом и различными массовыми числами. Например, водород имеет три изотопа: протий (), дейтерий () и тритий ().Изотопы обладают одинаковыми химическими свойствами и почти одинаковыми физическими свойствами. Исключение составляют, например, изотопы водорода, кальция и др.

Ядерные силы.

Атомные ядра представляют собой устойчивые образования, несмотря на то, что между протонами существует сильное отталкивание. Устойчивость ядер свидетельствует, что между нуклонами в ядре действуют силы притяжения, превосходящие силы электростатического отталкивания протонов. Их назвали ядерными силами. Эти силы обладают рядом особенностей:

1) Они являются только силами притяжения и значительно сильнее электростатического отталкивания протонов.

2) Эти силы короткодействующие. Расстояние, на котором ещё действуют ядерные силы, называют радиусом действия этих сил. Он равен примерно 1,5·10^–15 м.

3) Ядерные силы являются зарядово-независимыми. Это означает, что взаимодействие двух нуклонов совсем не зависит от того, обладают или не обладают они зарядом. Ядерные силы между двумя протонами, или двумя нейтронами, или протоном и нейтроном одинаковы

Энергия связи ядра

Для расщепления ядра на составляющие его нуклоны, необходимо затратить определённую энергию, называемую энергией связи ядра.

Оценим энергию связи атомных ядер. Пусть масса покоя нуклонов, из которых образуется ядро, равна m₁. Согласно специальной теории относительности, ей соответствует энергия_, рассчитываемая по формуле_ = m₁c², гдеc—скорость света в вакууме. После образования ядро обладает энергией_=Mc². ЗдесьM—масса ядра. Измерения показывают, что масса покоя ядра всегда меньше, чем масса покоя частиц в свободном состоянии, составляющих данное ядро. Разность этих масс называютдефектом массы. Поэтому при образовании ядра происходит выделение энергии= ₁– ₂= (m₁–M)c²=m·c². Из закона сохранения энергии можно заключить, что такая же энергия должна быть затрачена на расщепление ядра на протоны и нейтроны. Поэтому энергия связи_свравна_св=m·c². Если ядро с массойMобразовано изZпротонов с массойm_pи из N=A – Zнейтронов с массойm_n, то дефект массы равен

m=Z m_p+ (A – Z) m_n–M. (1)

С учётом этого энергия связи находится по формуле

_св = [Z m_p + (A – Z) m_n – M]c². (2)