вопрос47

вопрос47.

Строение атомного ядра, нуклоны. Изотопы. Ядерные силы. Энергией связи ядра. Дефект масс.  Строение атомного ядра. Атомное ядро состоит из элементарных частиц – протонов и нейтронов.  Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу mp = 1,6726*10-27 кг ~ 1836 me, где me - масса электрона. Нейтрон (n) – нейтральная частица с массой mn = 1,6749*10-27 кг ~ 1839 me. Протоны и электроны называются нуклонами. Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т.е. с разными числами нейтронов N = A-Z) называются изотопами. В подавляющем в большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами (исключение составляют, например, изотопы водорода), определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента.  Ядерные силы. Между составляющими ядро нуклонами действует особые, специфические для ядра силы, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. Они называются ядерными силами. Огромная энергия связи нуклонов в ядре указывает на то, что между наклонами имеется очень интенсивное взаимодействие. Это взаимодействие носит характер притяжения. Ядерное взаимодействие подучило название сильного взаимодействия. Его можно описать с помощью поля ядерных сил. Отличительные особенности этих сил:  1. Ядерные силы являются силами притяжения  2. Ядерные силы являются короткодействующими. Их радиус действия имеет порядок 10-13 см. На расстояниях, существенно меньших 10-13 см, притяжение нуклонов сменяется отталкиванием.  3. Сильное взаимодействие не зависит от зарядов нуклонов. Ядерные силы, действующие между двумя протонами протоном и нейтроном, и двумя нейтронами, имеют одинаковую величину. Это свойство называется зарядовой независимостью ядерных сил.  4. Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов. Так, например, нейтрон и протон удерживают вместе, образуя ядро тяжелого водорода дейтрон только в том случае, если их спины параллельны друг к другу.  5. Ядерные силы являются центральными. Их нельзя представлять направленными вдоль прямой, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов. Не центральность ядерных сил вытекает, в частности, из того факта, что они зависят от ориентации спинов нуклонов.  6. Ядерные силы обладают свойством насыщения (это означает, что каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченном числом нуклонов). Насыщение проявляется в том, что удельная энергия связи нуклонов в ядре при увеличении числа нуклонов не растет, а остается примерно постоянной.  Дефект массы и энергия связи ядра. Массу ядра очень точно можно определить с помощью масс-спектро-метров – измерительных приборов, разделяющих с помощью электрических и магнитных полей пучки заряженных частиц с разными удельными зарядами Q/m * масс-спектро- метрические измерения показали, что: масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. Но так как всякому изменению массы должно соответствовать изменение энергии, то, следовательно при образовании ядра должна выделяться определенная энергия.  Из закона сохранения энергии вытекает и обратное: для разделения ядра на составные части необходимо затратить такое же количество энергии, которое выделяется при его образовании. Энергия, которую нужно затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи.  Eсв = [ Zmp + (A-Z)mn - mя]c2, (1)  Где mp, mn, mя – соответственно массы протона, нейтрона и ядра.  Для энергии связи ядра пользуются следующей формулой:  Eсв = [ Zmн + (A-Z)mn - m]c2 (2)  где mн – масса атома водорода. Так как mн больше mр на величину mе, то первый член в квадратных скобках включает в себя массу Z электронов. Но так как масса атома m отличается от массы ядра mя как раз на массу Z электронов, то вычисления по формулам (1) и (2) приводят к одинаковым результатам. Величина  ∆m= [ Zmр + (A-Z)mn]- mя  Называется дефектом массы ядра. На эту величину уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра.