- •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
Іваненко дмитро дмитрович
(нар.1904 р.)
Сформулював в 1932 р. гіпотезу про протонно-нейтронну будову ядра, розглядаючи нейтрон як елементарну частинку.
Почав разом із Є.М. Гапоном вивчення оболонок протонів і нейтронів в ядрах
ГАМОВ ДЖОРЖ (ГЕОРГІЙ АНТОНОВИЧ)
(1904-1968)
Сформулював уявлення про рівні енергії в ядрі та показав, що більш ефективнішими „ядерними снарядами” є протони.
ВАЛЬТЕР АНТОН КАРЛОВИЧ
(1905-1965)
Провів цикл досліджень розмірів і форми ядер методом розсіяння електронів.
КЛЮЧАРЬОВ ОЛЕКСІЙ ПАВЛОВИЧ
(нар.1910 р.)
Вперше вивчив (1959 р.) ізометрію атомних ядер в мілісекундній області, отримав більше 20 нових ізомерних ядер і встановив закономірності їх розпаду, виявив більш складні ізомерні стани – трьох і чотирьохчастинкові.
Відкрив (1962 р.) ізобар-аналогові стани і резонанси в області середньотяжких ядер (ідентифіковано 27 ізобар-аналогових станів в ядрах з непарним А41).
Визначив (1969 р.) квантові характеристики рівнів ряду ядер, більшість з яких отримано вперше.
АФАНАСЬЄВ МИКОЛА ГРИГОРОВИЧ
Провів в 1962-65 рр. дослідження з розсіяння атомними ядрами електронів. Показав, що для всіх середніх і тяжких ядер, починаючи з28Si середньоквадратичні зарядові радіуси ядер пропорційні Z1/3, а не А1/3, як передбачалось раніше (Rz=r0(2z)1/3), а крива залежності середньоквадратичного радіуса від Z або А не є монотонною, а є осцилюючою, що відображає оболонкову структуру ядер.
ЛАЗАРЄВ БОРИС ГЕОРГІЙОВИЧ
(1906-2001)
Розробив низькотемпературний метод розділення ізотопів гелію, який дав змогу добувати із суміші ізотопів гелію.
ДАВИДОВ ОЛЕКСАНДР СЕРГІЙОВИЧ
(1912-1993)
Праці Давидова з теорії ядра справили великий вплив на уявлення про форму ядер та види колективних рухів в них. Сформулював і розвинув основні положення моделі жорсткого неаксіального ротатора, яка дала можливість пояснити багато закономірностей у спектрах низьких збуджень великої групи несферичних ядер.
§129. Дефект маси і енергія зв’язку ядра
Атомні ядра є стійкими утвореннями. Це означає, що в ядрі між нуклонами існують сили притягання, які забезпечують зв’язки між нуклонами.
Мас-спектрометричні дослідження показали, що маса ядра менша, ніж сума мас нуклонів, з яких воно складається.
Зменшення маси нуклонів викликане переходом їх із вільного стану у зв’язаний стан в атомному ядрі. Виникнення зв’язаного стану нуклонів відбувається під дією ядерних сил притягання. Як тільки нуклони виявляються в області дії ядерних сил, вони швидко починають зближатися і набувають великої кінетичної енергії. При переході нуклонів у зв’язаний стан (утворення ядра) вони потрапляють в потенціальну яму з мінімальними для даного ядра значеннями енергії спокою На рис. 334 наведена залежність потенціальної енергії (а) протона і нейтрона (б) від відстані від ядра.
Отримана раніше нуклонами кінетична енергія виділяється у вигляді квантів або переходить до інших частинок.
Енергію , яка виділяється при утворенні ядра, називаютьенергією зв’язку ядра.
Із закону збереження енергії випливає і зворотний висновок: для розділення ядра необхідно затратити таку саму кількість енергії, яка виділяється при його утворенні.
Зменшення енергії спокою нуклонів при переході їх у зв’язаний стан (утворення ядра) і виділення її у вигляді енергії зв’язку супроводжується відповідно до закону Ейнштейназменшенням сумарної маси спокою нуклонів.
Це приводить до дефекту маси ядра, що дорівнює різниці між масою нуклонів, що утворюють ядро, і масою ядра:
,
де маси протона, нейтрона, ядра, відповідно.
Оскільки в таблицях наводять масу атомів, а не ядер, то виражають через масу атома:
,
де , ,
– маса атома водню,маса електрона.
Отже, стійкість ядра як сукупність нуклонів у зв’язаному стані, підтримується відносним зменшенням енергії системи на
.
Дефект маси служить мірою енергії зв’язку ядра.
Переважно розглядають і використовують питому енергію зв’язку – енергію зв’язку , що припадає на один нуклон.
Питома енергія зв’язку залежить від масового числа і характеризує стійкість атомних ядер. Чим більша питома енергія зв’язку, тим стійкіше атомне ядро. Залежність питомої енергії зв’язку від масового числа наведена на рис. 335.
В області невеликих масових чисел питома енергія зв’язку виявляє характерні гострі „піки” – максимуми і мінімуми. Мінімуми для енергії зв’язку на один нуклон спостерігаються в області ядер з непарними кількостями протонів і нейтронів – ,,. Максимуми питомої енергії зв’язку відповідають ядрам з парними числами протонів і нейтронів –. Найбільші значення питомої енергії зв’язку мають парно-парні ядра, тобто ядра з парною кількістю протонівZі парною кількістю нейтронівN=A-Z. Найменшу енергію зв’язку на один нуклон мають непарно-непарні ядра. Проміжні значення питомої енергії зв’язку мають парно-непарні і непарно-парні ядра.
Питома енергія зв’язку різко зростає для легких елементів від1МеВдо~6-7МеВ(з різкими стрибками для деяких елементів), потім повільно збільшується до8,7 МеВ(елементи зА=50-60) і повільно зменшується (до7,6 МеВу) для важких елементів.
Ядра елементів в середній частині таблиці Менделєєва (28<А<138) віддонайбільш стійкі, в цих ядрах~. Найстійкішими виявились так звані „магічні ядра”, у яких кількість протонів або нейтронів дорівнює одному з „магічних чисел”:2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.
Особливо стійкі двічі „магічні” ядра, в яких „магічним” є і кількість протонів і кількість нейтронів. Таких ядер лише п’ять – .
Зменшення питомої енергії зв’язку у важких атомних ядер пояснюється тим, що при зростанні числа протонів у ядрі збільшується й енергія їх кулонівського відштовхування. Тому зв’язок між нуклонами стає слабшим, а ядра менш міцними.
Отже, важкі і легкі ядра менш стійкі. Це означає, що енергетично вигідні такі процеси:
1) поділ важких ядер на більш легкі;
2) злиття легких ядер у важчі (синтез).
Під час обох процесів виділяється величезна кількість енергії. Ці процеси були здійснені практично.
Крім енергії зв’язку ядра відносно всіх нуклонів, які входять у ядро, можна ввести у розгляд енергію зв’язку ядра відносно яких-небудь складових частин. В деяких випадках енергія зв’язку ядра, розрахована відносно яких-небудь його складових частин, стає особливо малою. Це спостерігається у легких ядер відносно вильоту з них нейтрона. Так, енергія зв’язкувідносно до його розпаду на нейтрон ідорівнює приблизно2MeB, хоча енергія зв’язку ядравідносно всіх дев’яти нуклонів, які входять в ядро, дорівнює
.
Ядра важких елементів, наприклад, урану, мають дуже велику енергію зв’язку відносно всіх нуклонів, але якщо для обчислити значення енергії зв’язку відносноі, то отримуємо від’ємну величину
.
Це означає, що ядро урану є нестійкою системою відносно до розпаду на ядро і.
Енергія зв’язку відносно ядерімає фізичний сенс енергії, яку треба затратити на відокремлення- частинки від ядра урану. Тому її можна назватиенергією відокремленняабо енергією зв’язку- частинки в ядрі урану.
Відповідно фізичний сенс енергії зв’язку (енергії відокремлення) нейтрона такий: це енергія, яку треба надати ядру, щоб відокремити від нього нейтрон.