2 Элементы физики атомного ядра

9 Состав ядер.

Резерфорд, исследуя прохожд а-частиц через тонкие пленки золота, пришел к выводу, что атом сост из положит заряж ядра и окруж его электронов. Ат ядра имеют р-ры прим 10-14 -10-15 м.Ат ядро состоит из элементар частиц—прот и нейтр (протон-но-нейтронная модель ядра).

Протон (р) имеет положит заряд, равн заряду электр, и массу покоя тр=1,6726 10-27 кг. Нейтрон (n)-нейтрал ч-ца с массой покоя т„-1,6749 10-27 кг. Протоны и нейтры наз нуклонами. Общ число нукл в ат ядре наз массовым числом А.

Ат ядро хар-ся зарядом Ze, где Z-зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпад с порядк номером хим элем в Периодич сист Мендел. Известн в наст время 107 элем имеют зарядовые числа ядер от Z= 1 до Z= 107.

Ядро обознач тем же символом, что и нейтрал атом: где X — символ хим элем, Z — ат номер (число протонов в ядре), А — массовое число (число нуклонов в ядре).

Т.к. атом нейтрален, то заряд ядра определ и число электр в атоме. От числа же электронов завис их распредел по состояниям в атоме, от кот зависят хим св-ва атома. Зн заряд ядра определ специфику данного хим элем, т.е. определяет число электро­нов в атоме, конфигурацию их электронных оболочек, величину и характер внутри­атомного электрич поля.

10 Изотопы

Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т. е. с разными числами нейтронов N=A—Z) наз изотопами, а ядра с одинаковыми А, но разн Z — изо­барами. Напр, водород (Z= 1) имеет три изотопа: Н — протий (Z= 1, N=0), H — дейтерий (Z=l, N= 1), Н — тритий (Z=l, N=2). В больш-ве случаев изотопы одного и того же хим элем обладают одинаковыми хим свойствами (исключение-изотопы водорода), определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента. Радиус ядра задается эмпирич формулой R=RoA1/3. Из нее вытекает, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. зн плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер ( 1017 кг/м3).

Считается, что изотопный состав элементов на Земле одинаков во всех материалах. Некоторые физические процессы в природе приводят к нарушению изотопного состава элементов (природное фракционирование изотопов, характерное для лёгких элементов, а также изотопные сдвиги при распаде природных долгоживущих изотопов). Постепенное накопление в минералах ядер — продуктов распада некоторых долгоживущих нуклидов используется в ядерной геохронологии.

11 Дефект массы и энергия связи ядра

От ядра явл устойчивыми образованиями, в ядре между нуклонами сущ определ связь. Массу ядер очень точно можно определ с пом масс-спектрометров - из­мерит приборов, разделяющих с пом электрич и магнит полей пучки заряж частиц с разными удельными зарядами Q/m .Эти измеря показ, что масса ядра меньше, чем сумма масс составл его нуклонов. Но т.к. всякому изменению массы должно соответств измен энергии, то, при образов ядра должна выдел определ энергия. Из з-на сохр энергии вытекает и обратное: для раздел ядра на составн части необходимо затратить такое же кол-во энергии, которое выдел при его образов. Эн, кот необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельн нуклоны, наз энергией связи ядра.

Энергия связи нуклонов в ядре Eсв=[Zmp + (A-Z) тп-тя]c2 где тр, mп, тя - соответств массы прот, нейтр и ядра. В табл обычно привод не массы т, ядер, а массы т атомов. Поэтому для эн связи ядра польз формулой Ea=[ZmH+(A-Z)mK-m]c2 где тн -масса атома водорода. Т.к. тн больше тр на величину те, то первый член в квадрат скобках включ в себя массу Z электр.

Велич m=[Zmp+(A—Z)тя]—тя наз дефектом массы ядра. На эту велич уменьш масса всех нуклонов при образ из них атомного ядра.

Часто вместо эн связи рассматр удельную эн связи (эн связи, отнесенную к одному нуклону). Она хар-ет устойчивость ат ядер. Удельн эн связи зависит от массового числа А элем.

Уменьш удельной эн связи при переходе к тяж элем объясн тем, что с возрастанием числа протонов в ядре увелич и эн кулоновского отталкивания. Поэтому связь между нуклонами становится менее силь­ной, а сами ядра менее прочными.

Наиболее устойчи с энергетич точки зрения явл ядра средн части табл Мендел. Тяж и легк ядра менее устойчивы. Это означ, что энергетически выгодны след проц: 1) деление тяж ядер на более легкие; 2) слияние легк ядер друг с другом в более тяж. При обоих проц выдел огромное к-во энергии; эти проц в наст время осуществл практически: реакции деления и термоядерные реакции.