11. Елементи фізики твердого тіла

Атомне ядро складається з елементарних частинок - протонів та нейтронів.Протон (р) має позитивний заряд, що дорівнює заряду електрона, і масу спокоют_р=1,672610^-27кг1836т_е,дет_е - маса електрона. Нейтрон (n) - нейтральна частинка з масою спокоюm_n = 1,674910^-27кг 1839т_e. Протони та нейтрони називаються нуклонами(від лат.nucleus- ядро). Загальне число нуклонів у атомному ядрі називаєеться масовим числом А.

Атомне ядро характеризується зарядомZe, де Z - зарядове числоядра, яке дорівнює числу протонів у ядрі і збігається з порядковим номером хімічного елемента у Періодичній системі елементів.

Ядро обозначається як Х, деХ- символ хімічного елемента,Z- атомний номер (число протонів у ядрі),А -масове число (число нуклонів у ядрі).

Оскільки атом є нейтральним, тоді заряд ядра визначає і число електронів у атомі, від якого залежить їх розподіл за станом у атомі, від якого, у свою чергу, залежать хімічні властивості атома.

Ядра з однаковими Z, але різнимиА(тобто різними числами нейтронівN=А- 2) називаютьсяізотопами, а ядра з однаковимиА,але різнимиZ - ізо­барами. Наприклад, водень (Z= 1) має три ізотопи:Н - протій (Z= 1,N= 0), Н -дейтерій (Z= 1,N= 1),Н - трітій (Z= 1,N = 2).

Енергія, яку необхідно витратити, щоб розщепити ядро на окремі нуклони, називається енергією зв’язку ядра.

Енергія зв’язку нуклонів у ядрі

E_cв = [Zm_p + (A - Z) m_n - m_я]c²(11. 1)

де m_p, т_n,m_я, - відповідно маси протона, нейтрона та ядра. У таблицях звичайно наводяться не масиm_яядер, а маситатомів. Тому для енергії зв’язку ядра користуються формулою

E_cв= [Zm_H + (A - Z) m_n - m]c², (11. 2)

де m_H- маса атома водню. Оскількиm_Hбільшат_p на величинут_e, тоді перший член у квадратних дужках включає у себе масу Z електронів. Але маса атоматвідрізняється від маси ядрат_яна масу Z електронів, тоді розрахунки за формулами (11. 1) і (11. 2) приводять до однакових результатів.

Величина

m= [Zm_p + (A - Z) m_n ] -m_я (11. 3)

називається дефектом масиядра. На цю величину зменшується маса всіх нуклонів при утворенні з них атомного ядра.

Часто замість енергії зв’язку розглядають питому енергію зв’язку Е_св -енерг­ію зв’язку, віднесену до одного нуклона. Вона характеризує стійкість (міцність) атомних ядер, тобто чим більшеЕ_св, тим стійкіше ядро.

Під радіоактивністю розуміють здатність деяких атом­них ядер самодовільноперетворюватися на інші ядра з випромінюванням різних видів радіоактивних випромінювань і елементарних часток. Радіоактивне випромінювання буває трьох типів: -, - та - випромінювання.

-випромінювання відхиляється електричним і магнітним полями, має високу іонізуючу здатністю і малу проникну здатністю. - випрмінювання являє собою потік ядер гелию; заряд  - частинки дорівнює +2е, а маса збігається з масою ядра ізотопа гелію Не.

-випромінювання відхиляється електричним та магнітним полями; його іонізуюча здатність значно менша, а проникна здат­ність значно більша, ніж у  - частинок.  - випромінювання являє собою потік швидких електронів.

 - випромінювання не відхиляється електричним та магнітним полями, має відносно слабку іонізуючу здатність та дуже велику проникну здатність, при проходженні крізь кристал виявляє дифракцію.  - випромінювання являє собою корот­кохвильове електромагнітне випромінювання з надзвичайно малою довжиною хвилі <10^-10 м, тобто є потоком частинок  - квантів (фотонів).

Під радіоактивним розпадом,чи просто розпадом,розуміють природне радіоак­тивне перетворення ядер, що відбувається довільно.