- •IX. Фізика атомного ядра та елементарних частинок §128. Розмір, склад і заряд ядра. Масове і зарядове число
- •Іваненко дмитро дмитрович
- •§130. Взаємодія нуклонів і поняття про властивості і природу ядерних сил
- •Краплинна модель ядра
- •Оболонкова модель ядра
- •Нємец олег федорович
- •Пильчиков микола дмитрович
- •§132. Закономірності радіоактивного випромінювання атомних ядер Альфа - розпад
- •Бета - розпад
- •Гамма –випромінювання і його властивості.
- •Гамов джорж (георгій антонович)
- •Синельников к.Д., лейпунський о.І., вальтер а.К., латишев г.Д.
- •Лейпунський олександр ілліч
- •Ключарьов олексій павлович
- •Пасічник митрофан васильович
- •Афанасьєв микола григорович
- •Нємец олег федорович
- •Ахієзер олександр ілліч
- •Ситенко олексій григорович
- •§134. Реакція ядерного поділу. Ланцюгова реакція поділу. Ядерний реактор
- •Струтинський вілен митрофанович
- •Бродський олександр ілліч
- •Гамов джорж (георгій антонович)
- •1. Фотони
- •2. Лептони
- •3. Мезони
- •4. Баріони
- •Іваненко дмитро дмитрович
- •Боголюбов микола миколайович
- •Ахієзер олександр ілліч
Фізика атомного ядра та елементарних частинок
IX. Фізика атомного ядра та елементарних частинок §128. Розмір, склад і заряд ядра. Масове і зарядове число
Досліджуючи проходження - частинок з енергією декількаМеВкрізь тонкі пластинки золота, Е. Резерфорд зробив висновок про те, що атом складається з позитивно зарядженого ядра і електронів, які його оточують. Розмір ядра~м, а розмір атомам.
Атомне ядро складається з елементарних частинок протонів і нейтронів. Протон (р) має позитивний заряд, що дорівнює заряду електрона, масу спокою, спіні власний магнітний момент, де– ядерний магнетон. Нейтрон (n)- нейтральна частинка з масою спокою, спіномі власним магнітним моментом.Протони і нейтрони називають нуклонами(від латинськогоnukleus– ядро). Загальна кількість нуклонів в ядрі називаєтьсямасовим числом А.До складу ядра входятьZпротонів таNнейтронів, томуA=Z+N.
Атом з певним числом протонів і нейтронів в складі ядра називається нуклідом. Нуклід з ядром в основному стані позначають, деX – символ хімічного елемента з порядковим номеромZ.
Атомне ядро характеризується зарядом Ze, деe – заряд протона,Z – зарядове числоядра.
Зарядове число Zхарактеризує одночасно:
число протонів в ядрі,
число електронів в електрично нейтральному атомі,
порядковий номер елемента в періодичній системі Менделєєва.
Нині відомі і вивчені близько 1800ядер природних і штучних елементів, які відрізняються абоZ, абоA, абоZіA.
Ядра ,,,... при певних значенняхZ,AіNутворюють деякі групи:
ізотопи:; |,,|,,| |,,,|
ізобари:|,,|,|,|
ізотони: |,,|,|
дзеркальні ряди:|,|,|,|
ізомери: різні періоди піврозпаду,.
Радіус ядра визначається емпіричною формулою:
, дем.
Радіус ядра, враховуючи його розмитість, визначається в певних межах. З формули видно, що радіус ядра пропорційний до кількості нуклонів. Отже, густина ядерної речовини є приблизно однакова для всіх ядер .
Прилади високої роздільної здатності дозволили виявити надтонку структуру спектральних ліній ядерного випромінювання. Існування такої структури було пояснено наявністю у ядер власного моменту імпульсу (спіну) та відповідно магнітного моменту.
Власний момент імпульсу ядра – спін ядра – складається із спінів нуклонів та орбітальних моментів імпульсу нуклонів. Обидві ці величини є векторними, тому спін є їх векторною сумою. Спін ядра квантується за законом: ,
І– спінове ядерне квантове число (або спін ядра), яке набуває цілі або напівцілі значення0,,1,. Ядра з парним значеннямАмають цілий спін, ядра з непарним – напівцілий спін.
Атомне ядро, крім спіна, має магнітний момент . Магнітний момент зв’язаний зі спіном співвідношенням
,
де – коефіцієнт пропорційності, який називаєтьсяядерним гіромагнітним відношенням.
Оскільки ядерний магнетон в 1836 разів менший, ніж магнетон Бора, то магнітні властивості атома, переважно, визначаються магнітними властивостями електронів.
Протони і нейтрони розміщуються таким чином, що їх спіни і магнітні моменти взаємно компенсуються. Відмінні від нуля спіни існують лише у ядер які складають з непарної кількості протонів або нейтронів.
Атомне ядро є квантово-механічною системою, яка має значну кількість різних квантових станів. Квантові стани характеризуються енергетичними рівнями ядра, які можуть набувати лише дискретні значення . Таку систему певних енергетичних рівнів називають енергетичним спектром ядра (рис. 333). Якщо на ядро не діють зовнішні сили, то воно знаходиться в основному стані – на найнижчому енергетичному рівні, який приймають за початок відліку. Вертикальні стрілки на рис. 333, напрямлені зверху вниз, показують переходи між енергетичними рівнями з випромінюванням– квантів.
Якщо ядро отримує певну порцію енергії, воно переходить у збуджений стан на вищий енергетичний рівень. Середній час життя ядра у збудженому стані дорівнює . Після перебування у збудженому стані ядро переходить на один із рівнів, з меншою енергією або зразу в основний стан, випромінюючи один– квант або послідовно декількаквантів.
Чим більше нуклонів у складі ядра і чим вища енергія збудження, тим менша середня відстань між рівнями.
Маса і енергія є важливими характеристиками атомного ядра, зміна яких визначає характер перебігу будь-яких ядерних процесів. Застосування законів збереження маси і енергії дозволяє проводити розрахунок ядерних взаємодій.
Масу атомів і ядер в ядерній фізиці виражають в атомних одиницях маси (а.о.м.). За атомну одиницю маси приймається частина маси атома вуглецю.. Згідно із співвідношенням Ейнштейнамасу атомів визначають також в одиницях енергії:.