6. Состав атомных ядер. Протонно - нейтронная модель атома.
В 1919 году - Резерфорд заполнил камеру Вильсона азотом и бомбардировал его альфа частицами, и в процессе опыта открыл новую положительную частицу, и назвал частицу
протон - р = H. Протон оказался ядром атома водорода с зарядом по модулю равным заряду электрона, а в камере азот превратился в кислород:
N
+
He
=
O
+
H
Впервые в истории человечества произошло искусственное превращение ядер.
В ядерных реакциях выполняется закон сохранения зарядового и массового числа.
В 1932 году – ученик Резерфорда английский физик Чедвик бомбардировал берилий альфа - частицами. Обнаружил при этом углерод и новую нейтральную частичку, названную нейтроном.
Ве
+
Не
=
С
+
n
Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Т.к. атом электрически нейтрален, а заряд протона по модулю равен заряду электрона, то число протонов в ядре и число электронов на атомной оболочке равны, т.е. число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента Z в периодической системе элементов Д.И. Менделеева.
А
– Z
= N
– число нейтронов, где А – массовое
число химического элемента. Например,
ядро
Fe
=
Fe,
Z
= 26 – число протонов, А – Z
= 55– 26 = 29 – нейтронов.
При
написании ядерных реакций необходимо
помнить о законах сохранения заряда и
массового числа. Протон
и нейтрон вместе называют нуклон.
Нуклоны отталкиваются, но при этом ядро
очень прочное образование т.к. между
ними
существуют особого рода ядерные силы,
которые многократно
(
в 100 раз) превышают кулоновское
отталкивание. Поэтому взаимодействие
ядерных частиц называют сильными
взаимодействиями.
7.Дефект массы. Энергия связи.
Точнейшие измерения масс ядер показывают, что масса покоя ядра Мя всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов. Разность масс назвали дефект масс.
m - дефект массы - разность между суммой масс свободных протонов и нейтронов, из которых образованно ядро и массой самого готового ядра.
Ядро очень прочное образование, для его деления необходимо затратить значительную энергию – это и есть энергия связи.
Есв = mс2
m = Zmp + (АZ)mn Мядра. Энергия связи это энергия, которая необходима для деления ядра на нуклоны.
8. Деление тяжелых атомных ядер. Цепная реакция.
В 1938 году немецкие физики О.Ган и
Ф. Штрассман при бомбардировке урана нейтронами обнаружили элементы средней части периодической таблицы: барий, криптон и др. Это подтверждало, то, что ядро раскололось на два осколка примерно равной массы и заряда. Захват нейтрона нарушает стабильность атома. Ядро возбуждается и становится неустойчивым, что приводит к его делению на осколки. Деление ядра возможно потому, что масса покоя тяжелого ядра больше суммы масс покоя осколков, возникающих при делении. Поэтому происходит выделение энергии.
Фундаментальный факт ядерного деления это испускание в процессе деления
двух-трех нейтронов и большая энергия. Если вновь образованные нейтроны, также вступят в реакцию деления, то может начаться цепная реакция деления – ядра будут делится одно за другим, причем, число делений будет расти, а вместе с этим будет расти и количество выделившейся энергии. Но такая реакция была получена только через два года, т.к. делению подвергалось только ядро урана- 235 (его доля в природном уране всего 0,7%), а ядра урана- 238 захватывали нейтрон, не производя деления.
Для цепной реакции необходимо было выполнить два условия:
1) обогатить природный уран изотопом U - 235, до 15% от общей массы.
2) Учитывая малость ядра, необходимо было взять определённую критическую массу, чтобы нейтрон, пройдя сквозь толщу вещества, разделил хотя бы одно ядро урана. В СССР цепная реакция была получена в 1946 году группой учёных под руководством И.В. Курчатова.