28. Строение и основные свойства атомного ядра.

Атомное ядро, состоящее из определен­ного числа протонов и нейтронов, является единым целым благодаря специфическим силам, действующим между нуклонами и получившим название ядерных сил. Экспе­риментально доказано, что ядерные силы имеют очень большую величину, намного превышающую силы электро­статического отталкивания между протонами, что прояв­ляется в большом значении удельной энергии связи нукло­нов. Основные особенности ядерных сил следующие.

1. Ядерные силы являются короткодействующи­ми силами притяжения и быстро уменьшаются с увеличением расстояния между нуклонами. На расстоя­нии (2—3)10^-15 м ядерное взаимодействие практиче­ски равно нулю. На расстояниях меньших 10^-15 м притя­жение нуклонов сменяется отталкиванием.

2. Ядерные силы обладают свойствами насыще­ния. Смысл термина насыщения заключается в том, что каждый нуклон взаимодействует только с определенным числом ближайших соседей, а не со всеми. Такой харак­тер ядерных сил проявляется в приближенном постоян­стве удельной энергии связи нуклона. Действительно, если бы насыщения не было, то удельная энергия связи возра­стала бы с увеличением числа нуклонов в ядре.

3. Особенностью ядерных сил является также их з а-рядовая независимость, т. е. они не зависят от за­ряда нуклона. Ядерные взаимодействия между прото­нами и нейтронами совершенно одинаковы.

4. Ядерные силы не являются центральными и зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов.

29. Энергия связи атомных ядер и принцип получения ядерной энергии.

30. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Альфа, бета-распады, гамма излучение.

31. Ядерные реакции.

32. Деление атомных ядер. Термоядерные реакции.

Радиоактивность атомных ядер. Французские ученые, будущие лауреаты Нобелевской премии Пьер Кюри (1859—1906) и Мария Складовская-Кюри (1867—1934) обнаружили, что урано­вая смоляная руда обладает способностью давать излу­чение, в четыре раза превосходящее по интенсивности излучение урана, а в 1898 г. они выделили два новых хими­ческих радиоактивных элемента— полоний (²8°Ро) и ра­дий (иНа). В дальнейшем было установлено, что причи­ной, приводящей к засвечиванию фотопластинки, является самопроизвольный распад атомных ядер урана. В резуль­тате такого распада возникает особое излучение, назван­ное радиоактивным, а само явление испускания радио­активного излучения — радиоактивностью.

В настоящее время под радиоактивностью понимают способность ядер самопроизвольно превращаться в дру­гие атомные ядра с испусканием радиоактивного излуче­ния. Радиоактивность подразделяется на естественную, источником которой являются изотопы, встречающиеся в природе, и искусственную, которая наблюдается у атомных ядер, являющихся продуктами ядерных реакций и не встречающихся в природе. Принци­пиального различия между обоими видами радиоактив­ности нет, так как они подчиняются одинаковым законам.

Изучение состава радиоактивного излучения позволи­ло установить, что по проникающей способности его можно разделить на три различных компонента, кото­рые впоследствии были названы по первым буквам гре­ческого алфавита: альфа (а)-, бета (Р)- и гамма из­лучениями. Исследования показали, что а-излучение пред­ставляет собой поток положительно заряженных ядер гелия Не⁺⁺, р-излучение — поток электронов или пози­тронов, а-излучение — поток коротковолнового электро­магнитного излучения.

Альфа-распад. Типичным примером радиоактивно­го распада ядер является реакция

(13.17)

При а-распаде ядро урана-238 превращается в ядро с зарядовым числом Z = 90 и массовым числом А = 234. Ее точная форма неизвестна, так как внутри ядра в мощном поле ядерных сил а-частица, по-видимому, теряет свою индивидуальность. Так как пол­ная энергия а-частицы равна Е_а, то именно с этой энергией будет двигаться а-частица на большом расстоянии от ядра, где электростатический потенциал спадает до нуля (см. рис. 13.11, а). Волновая функция а-частицы внутри ядра представляет стоячую волну с амплитудой В\. Вслед­ствие туннельного эффекта эта волновая функция имеет за пределами электростатического барьера U = U(r) не­большой «хвост» с амплитудой В₂. Следо­вательно, вероятность р обнаружить а-частицу за преде­лами барьера имеет вид

а вероятность испускания а-частицы в единицу времени, которая называется постоянной распада, будет равна

— постоянная распада,

где п — число столкновений а-частицы с барьером в еди­ницу времени.

Величина, обратная постоянной распада, определяет среднее время жизни материнского ядра по отношению к а-распаду:

— среднее время жизни ядра.

В результате получим закон уменьшения числа ядер радио­активного вещества: (13.27)

-закон радиоактивного распада.

Экспериментальные исследования подтверждают спра­ведливость полученного закона для всех трех видов рас­пада. Время, в тече­ние которого распадается половина начального числа атомных ядер, называется периодом полураспада (T\/z).