17

Лабораторная работа №23

Измерение коэффициента поглощения гамма-излучения в свинце

Цель работы: Измерение коэффициентов поглощения -излучения тверды­ми телами. Определение энергии -квантов и механизма взаимодействия излу­чения с веществом по коэффициентам поглощения.

Теоретические сведения Строение атомного ядра

Существование атомных ядер впервые было экспериментально доказано в знаменитых опытах Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. В этих опытах удалось также установить размеры ядра. Оказалось, что диаметр ядра имеет по­рядок 10^-12-10^-13 м. На основании этих опытов возникла планетарная модель атома, которая была детально разработана Н.Бором. Теория Бора позволила объяснить многие наблюдаемые свойства атомов.

По современным представлениям ядро атома любого элемента состоит из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Основные характеристики ста­бильных ядер - это зарядовое число Z, равное числу протонов, входящих в со­став ядра, и массовое число А, равное полному числу нуклонов и ядре. Число N нейтронов в ядре, очевидно, равно разности А - Z

Так как заряд протона представляет собой элементарный положительный заряд e=1,6 10^-19 Кл, то электрический заряд ядра равен Ze. В нейтральном ато­ме полное число электронов в электронной оболочке равно Z . Поэтому зарядо­вое число Z ядра совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе Менделеева и определяет все его химические свойства.

Наряду с термином "ядро атома" используется также термин нуклид. Нуклиды с одинаковыми зарядовыми числами Z, но различными числами нейтро­нов N, называются изотопами, так как соответствуют одному и тому же хими­ческому элементу, т.е. одному и тому же элементу в таблице Менделеева. Хи­мические элементы имеют по несколько изотопов и в природе встречаются в виде смесей определенного процентного состава. Нуклиды с одинаковыми мас­совыми числами А, но с различными Z и N, называются изобарами (т.е. одина­ково тяжелыми).

Массы протонов и нейтронов очень близки: масса протона m_n= l836,15m_e, масса нейтрона m_n=1836,68m_e, где m_e=0,91095 10^-30 кг – масса электрона. По­этому масса нуклида практически определяется общим числом А входящих и него нуклонов, а не значениями Z и N. За атомную единицу массы (а.е.м.) при­нимают 1/12 часть массы нуклида изотопа углерода ₆C, содержащего 12 нуклонов. Поэтому в атомных единицах масса любого нуклона почти не отличается от единицы. В этих единицах масса ядра приближенно равна массовому числу А.

Энергия связи

Неточное совпадение массы нуклида с его массовым числом обусловлено не только различием масс протонов и нейтронов, но и тем, что их массы не складываются аддитивно в массу образуемого ими нуклида М:

М <Zm_p +Nm_n.

Разность между суммой масс протонов и нейтронов Zm_p +Nm_n, и массой ядра М называется дефектом массы. Дефект массы определяет энергию связи ядра E_СВ, т.е. ту энергию, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны:

E_св=(Zm_р + Nm_n - M)c² (1)

где с - скорость света в вакууме.

Соотношение (1) является следствием общей релятивистской формулы Е₀=m₀c² , связывающей энергию покоя любого тела с его массой то. Очевид­но, что энергия связи характеризует взаимодействие между нуклонами в ядре.