3.3. Ядерные силы

Огромная энергия связи нуклонов в ядре указывает на то, что внутри ядра действуют силы, удерживающие это ядро как целое. Это не электромагнитные силы. Наоборот, эти силы преодолевают громадные силы электростатического отталкивания протонов в ядре. Эти специфические силы называются ядерными силами, а взаимодействие посредством ядерных сил – сильным взаимодействием. Для ядерных сил характерны следующие особенности:

1. Ядерные силы являются силами притяжения.

2. Ядерные силы являются короткодействующими. Они действуют на расстоянии м. На расстояниях порядка м их действие уже не обнаруживается. На расстояниях меньших м притяжение нуклонов сменяется отталкиванием.

3. Зарядовая независимость ядерных сил. Сильное взаимодействие не зависит от зарядов нуклонов.

4. Ядерные силы обладают свойством насыщения. Это означает, что каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным числом нуклонов, и вытекает из того факта, что энергия связи на один нуклон примерно постоянна для всех ядер.

5. Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов.

3.4. Радиоактивность

Явление радиоактивности в 1896 году обнаружил А. Беккерель. Суть ее заключалась в том, что соли урана люминесцировали без предварительного облучения светом. Причем люминесценция урана обладала удивительным свойством: лучи, излучаемые ураном, были невидимы для глаз, но действовали на фотопластинку; лучи проникали даже сквозь плотную бумагу.

Дальнейшее изучение этого явления связано с именами Пьера и Мари Кюри. Они установили, что кроме самого урана излучают еще радий и полоний.

Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого элемента, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или ядер. Радиоактивность – это внутриядерный процесс. Об этом свидетельствует тот факт, что на радиоактивность не влияет химический состав, агрегатное состояние, температура, давление и другие воздействия, которые могут привести к изменению электронной оболочки.

Резерфорд установил, что излучение состоит из трех компонентов: -, - и -лучи

1) -лучи состоят из корпускул, интенсивность их излучения частиц в секунду. Заряд -частиц положителен и равен двум элементарным зарядам электрона Кл. Масса -частиц оказалась равной массе иона , т.е. равна массе ядра атома гелия. Тождественность -частиц и ядер гелия доказана прямыми опытами. -частицы обладают большой ионизирующей способностью.

2) -лучи. Измерения показали, что -лучи являются электронами больших энергий. Величина максимальной энергии -частиц является характерной константой для данного вещества. Так как скорость -частиц очень велика, то все расчеты с -частицами необходимо производить по формулам теории относительности. Вследствие малой массы -частицы при прохождении через вещество могут сильно рассеиваться. Траектория отдельной частицы имеет очень извилистый характер. Кроме того, опять же вследствие малой массы -частицы производят меньше ионизации на своем пути и глубже проникают в вещество.

3) -лучи. Это электромагнитное излучение высокой частоты. Огромная проникающая способность, отсутствие отклонения в электрическом и магнитном полях указывают на их аналогию с рентгеновскими лучами. Удалось наблюдать дифракцию -лучей и определить их длину волны. Оказалось, что длина волны -лучей составляет , т.е. в десятки раз меньше, чем у рентгеновских лучей.

Кроме обычной радиоактивности с испусканием , и -лучей, существует радиоактивность, когда ядра тяжелого элемента делятся примерно на две равные половины, причем произвольно, спонтанно. Это явление было впервые открыто в 1940 году советскими учеными Г.Н. Флеровым и К.А. Петржаком. Существует также протонная радиоактивность, когда ядро испускает протон или два протона. Это явление было открыто в 1963 году также советским физиком Г.Н. Флеровым.