41)Состав и характеристики атомных ядер. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные силы.

После открытия нейтрона, частицы, которая не имеет электрического заряда и по массе примерно равна массе протона, физики Д.Д. Иваненко и Вернер Гейзенберг выдвинули гипотезу о нейтронно-протонном строении ядра. Согласно этой гипотезе, все ядра атомов состоят из нейтронов и протонов, или, если рассматривать их в совокупности как одну частицу – нуклонов. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Число нейтронов обозначается буквой N. Число А = Z+N – это общее число нейтронов и протонов(нуклонов) в ядре, называемое массовым числом.

Химический элемент может обладать изотопами, т.е. в его ядре может быть одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. Например, у водорода , в ядре содержится всего один протон. Но если к нему добавить один нейтрон, то это будет изотоп водорода – дейтерий.

Так как ядра весьма устойчивы, то протоны и нейтроны в ядре должны удерживаться внутри какими-то силами, причем очень большими. Что это за силы? Это явно не гравитационные силы и не электромагнитные, потому что нейтрон не имеет заряда. Между нуклонами в ядре действуют особые силы, которые являются самыми мощными из всех существующих в природе – ядерные силы. Эти силы весьма короткодействующие. Они заметно проявляются лишь на расстояниях, равных размеру ядра.

Важнейшую роль во всей ядерной физике играет понятие энергии связи ядра. Энергия связи ядра позволяет объяснить устойчивость ядер, выяснить, какие процессы ведут к выделению ядерной энергии. Нуклоны в ядре прочно удерживаются вместе ядерными силами. Для того, чтобы удалить нуклон из ядра, надо совершить довольно большую работу, т.е. сообщить ядру значительную энергию, способную превысить силы ядерного взаимодействия.

Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны. Эта энергия также равна той энергии, которая высвобождается при соединении протонов и нейтронов в ядро, т.е. при процессе, обратном расщеплению. Чтобы нагляднее представить насколько она огромна, достаточно рассмотреть пример с образованием 4 г гелия, которое сопровождается выделением такой же энергии, что и при сгорании 2 вагонов каменного угля. Определить эту энергию можно из соотношения Эйнштейна: Е = mc^2. Для этого нужно знать массу.

Тончайшие измерения масс ядер показывают, что масса самого ядра всегда меньше суммы масс входящих в него протонов и нейтронов: М(я) < Z*M(p) + N*M(n).

Существует, как говорят, дефект масс – разность масс протонов и нейтронов с массой ядра, которая всегда будет положительной: ΔМ = Z*M(p) + N*M(n) - М(я).

Таким образом, энергия связи ядра будет равна: Eсв = ΔM*c^2 = Z*M(p)*c^2 + N*M(n)*c^2 - М(я)*c^2, где с – скорость света.

42)Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада.

В конце XIX века была открыта радиоактивность. Под этим словом понимается превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся при этом испусканием некоторых частиц.

Существуют определенные химические элементы, с порядковым номером более 83, которые имеют способность в результате самопроизвольного радиоактивного излучения превращаться в другие элементы, испуская при этом частицы. Такие элементы называются радиоактивными. После открытия радиоактивных элементов Резерфорд проводил опыты по исследованию физической природы испускаемых ими излучений. Как оказалось, радиоактивное излучение имеет сложный состав. Один из опытов Резерфорда состоял в том, что он исследовал излучение радия, на пути которого было поставлено магнитное поле, после прохождения которого луч излучения распадался на 3 пучка, тень от которых падала на поставленную чуть дальше фотопластинку. Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны. Это указывало на на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный. Третья составляющая не отклонялась совсем.

Положительно заряженный компонент получил название альфа-излучения, отрицательно заряженный – бета-излучения, а нейтральный – гамма-излучения.

Как было выяснено впоследствии, альфа-лучи представляют собой поток ядер гелия, бета-лучи представляют собой поток электронов, обладающих большими скоростями, а гамма-лучи – поток электромагнитных волн.

Радиоактивный распад подчиняется статистическому закону, который называется законом радиоактивного распада.