Механизм взаимодействия нуклонов

Согласно квантовой физике поля обладают квантовыми свойствами и переносчиком взаимодействия является частица – квант поля. Одна из взаимодействующих частиц его испускает, другая – поглощает. Для нуклонов квант поля – -мезон (Юкава 1935),

• В силу соотношения неопределенностей в течении времени закон сохранения энергии может быть нарушен, т.е. например нейтрон может превратиться в нейтрон и –мезон и взаимодействовать с другим нуклоном.

–мезон обладает энергией и по истечении он поглощается нуклоном.

• Частицы, испускание и поглощение которых происходит с кажущимся нарушением закона сохранения энергии называют виртуальными.

Если нуклон одиночный, то он непрерывно испускает и поглощает свои –мезоны, т.е. окружен “мезонной шубой”. Ядерное взаимодействие возникает при “соприкосновении” мезонных шуб”.

Модели ядра

2 основные модели:

1. капельная (Борн 1936): ядро представляется в виде капли заряженной несжимаемой жидкости с очень высокой плотностью ( ).

2. оболочечная (Гепперт-Майер и Йенсон 1950): каждый нуклон движется в усред-ненном поле остальных нуклонов, нуклоны заполняют энергетические уровни в соответствии с принципом Паули, уровни группируются в оболочки, полностью заполненные оболочки образуют особо устойчивые структуры (с числом протонов или нейтронов (или и то и другое вместе) равным 2,8,20,28,50,82,126). Эти числа

и соответствующие им ядра называют магическими.

Радиоактивность

Радиоактивность – свойство ядер самопроизвольно распадаться с испусканием одной или нескольких частиц.

Исходное ядро называют материнским, ядра - продукты распада – дочерними.

Необходимое условие распада: масса материнского ядра должна превышать сумму масс дочерних, т.е. радиоактивный распад всегда идет с выделением энергии.

Радиоактивность: а) естественная – в природе; б) искусственная – от искусственно созданных материалов.

Закон радиоактивного распада

Распад ядер носит вероятностный характер и точно предсказать распад конкретного ядра невозможно. Установлено:

1. основной закон радиоактивного распада: , где N –количество нераспавшихся ядер в момент времени t, - количество нераспавшихся ядер в момент , – постоянная распада (зависит от вещества).

2. Интенсивность распада характеризуется активностью A = N.

=1 Бк (беккерель) = 1распад/сек. Либо = 1 Ки (Кюри). 1 Ки = 3,7·

• Удельная активность – величина , где m – масса радиоактивного вещества.

3) Период полураспада (T)– время, за которое распадается половина первоначального количества ядер.

Из

4) Среднее время жизни ядра .

• Тогда

Типы радиоактивности

1. – распад: материнское ядро испускает - частицу по схеме: .

Так распадаются только тяжелые ядра, энергия движения α–частиц несколько МэВ, их пробег несколько см.

2. – распад: дочернее ядро отличается от материнского только зарядовым числом Z (на . 3 вида – распада:

1. электронный: ядро испускает электрон, Z увеличивается на 1, т.е. = Z+1;

2. позитронный: ядро испускает позитрон (положительный двойник электрона) и

Z уменьшается на 1, т.е. = Z-1;

3. К-захват: ядро захватывает один электрон оболочки атома (обычно K-оболочки) и Z уменьшается на 1, т.е. = Z-1. На освободившееся место в К-оболочке переходит c другой оболочки, что сопровождается рентгеновским излучением.

На основе анализа реакций распада Паули (1930) пришел к выводу, что при

– распаде образуется нейтрино ( ) – частица электрически нейтральная , обла-

дающая большой проникающей способностью и чрезвычайно малой массой.

• Согласно расчетам длина свободного пробега нейтрино с энергией 1МэВ в воде

км ( 100 световых лет). Нейтрино свободно пронизывают Солнце.

Схемы – распада: n ( - распад) ;

p ( - распад) ; (K – захват) .

3) - распад – испускание возбужденным ядром при переходе его в основное состояние

γ-квантов с энергией 10 кэВ – 4 МэВ. Это происходит, когда распад материнского ядра X в основное состояние дочернего ядра Y запрещен. Ядро Y оказывается в возбужден-ном состоянии и переходит в основное с испусканием - квантов.