Физика (Атомная и ядерная физика)_ЛЕКЦИИ И ВОПРОСЫ / OF7_4_Атомные ядра Радиоактивность_mini

Составное ядро

(Compound nucleus)

Бор на своей лекции в Москве в 1937 г. объяснил эту модель без формул. Он продемонстрировал неглубокую деревянную тарелку, в которую положил стальные шарики. Тарелка изображала ядро, а шарики – содержащиеся в нём протоны и нейтроны, по наклонному жёлобу в тарелку скатывался ещё один шарик, изображающий влетающий в ядро нейтрон. Если бы в углублении не было других шариков, то вкатившийся «нейтрон» свободно перекатился через другой край и вышел таким образом из «ядра». Если же в тарелке находятся другие шарики, то скатившийся шар ударяется о какой-то из них, затем о другие, те в свою очередь сталкиваются между собой, таким образом они приходят в движение, но как правило ни у одного из них не становится достаточно кинетической энергии, чтобы перекатиться через край углубления. Таким образом «нейтрон», вошедший в «ядро», не может выйти, так как он отдал свою энергию другим частицам и она распределилась между ними.

Капельная модель ядра

Капельная модель предложена и разработана Дж. Гамовым и Я.И. Френкелем в 1939 г., развита позднее Бором и другими учёными. В этой модели ядро уподоблено заряженной несжимаемой жидкой капле, состоящей из протонов и нейтронов, и обладающей своеобразным поверхностным натяжением (короткодействующие силы между составными частицами, одинаковая плотность вещества внутри капли, малая сжимаемость).

Вылет из ядра какой-нибудь из составляющих частиц аналогичен испарению жидкости. Но как для испарения жидкости необходимо молекулам сообщить энергию (например, нагреванием), так и выброс нуклона из ядра требует сообщения ему энергии извне. Свойство насыщения короткодействующих межнуклонных сил аналогично силам, действующим между молекулами жидкости и так же быстро спадающим с расстоянием.

Капельная модель ядра

Капельная модель ядра – одна из самых ранних моделей строения атомного ядра, развитая после Френкеля и Бора Джоном Уилером, на основании которой Карлом Вайцзеккером была впервые получена полуэмпирическая формула для энергии связи ядра атома, названная в его честь формулой Вайцзеккера.

Капельная модель ядра

Согласно этой теории, атомное ядро можно представить в виде сферической равномерно заряженной капли из особой ядерной материи, которая обладает некоторыми свойствами, например несжимаемостью, насыщением ядерных сил, «испарением» нуклонов (нейтронов и протонов), напоминает жидкость. В связи с чем на такое ядро-каплю можно распространить некоторые другие свойства капли жидкости, например поверхностное натяжение, дробление капли на более мелкие (деление ядер), слияние мелких капель в одну большую (синтез ядер). Учитывая эти общие для жидкости и ядерной материи свойства, а также специфические свойства последней, вытекающие из принципа Паули и наличия электрического заряда, можно получить полуэмпирическую формулу Вайцзеккера, позволяющую вычислить энергию связи ядра, а значит и его массу, если известен его нуклонный состав.

Формула Вайцзеккера

где А – массовое число; Z – количество протонов в ядре.

Коэффициенты α, β, γ, ε, δ получают при статистической обработке экспериментальных данных.

Капельная модель ядра

Эта формула даёт довольно точные значения энергий связи и масс для очень многих ядер, что делает её достаточно универсальной и очень ценной для анализа различных свойств ядра. В целом капельная модель ядра и полуэмпирическая формула для энергии связи сыграли решающую роль в построении Бором, Френкелем и Уилером теории деления ядра.

Модели ядра

Оболочечная модель развита в 1949-50 гг. американским физиком Марией Гёпперт– Майер (1906-72) и немецким физиком Йоханнесом Хансом Даниелем Йéнсеном (1907-73). В этой модели нуклоны считаются движущимися независимо друг от друга в усреднённом центральносимметричном поле. В соответствии с этим имеются дискретные энергетические уровни (подобные уровням атома), заполняемые нуклонами с учётом принципа Паули (спин нуклонов равен ½). Эти уровни группируются в оболочки, в каждой из которой может находиться определённое число нуклонов.

Считается, что полностью заполненная оболочка образует особо устойчивое образование. В соответствии с опытом особо устойчивыми оказываются ядра, у которых число протонов или число нейтронов (либо оба эти числа) равно магическим числам.

Модели ядра

Среди других моделей – обобщённая модель ядра (синтез капельной и оболочечной моделей), оптическая модель ядра (объясняет взаимодействие ядер с налетающими частицами) и др.

7.4.6. Радиоактивность; альфаьфа--,, бета-, гамма-излученияя

Французский физик Антуан Анри Беккерель (1852-1908) в 1896 г., изучая действие различных люминесцирующих веществ на фотопластинки, обнаружил, что двойной сульфат уранила калия самопроизвольно испускает невидимые лучи, вызывающие почернение фотопластинки и флуоресценцию некоторых веществ, т. е. радиоактивное излучение солей урана.

В1898 г. супруги Мария Склодовская-Кюри (1867-1934) и Пьер Кюри (1859-1906) открыли ещё два источника подобных излучений (полоний и радий), которые давали подобные излучения, но интенсивность их во много раз превышала интенсивность излучения урана или тория. Кроме того, было обнаружено, что радиоактивные вещества непрерывно выделяют энергию в виде теплоты.

Радиоактивность

(Radioactivity)

Радиоактивность – самопроизвольное (т. е. без каких-либо внешних воздействий) превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождаемое испусканием элементарных частиц. Согласно точке зрения, высказанной Склодовской-Кюри в её первой работе, радиоактивность является свойством атомов, сохраняющимся во всех химических и физических состояниях вещества.

Радиоактивные явления, происходящие в природе, называют

естественной радиоактивностью. Аналогичные процессы, происходящие в искусственно полученных веществах (через соответствующие ядерные реакции), –

искусственной радиоактивностью.

Однако деление это условно, так как оба вида радиоактивности подчиняются одним и тем же законам.