37.Ядерные силы. Модель ядра

Ядерные силы-силы между нуклонами,значительно превышающие кулоновские силы отталкивание между протонами. Я.С.относятся к классу так называемых сильных взаимодействий. Св-ва ядерных сил:

1) Я.С.являются силами притяжения;

2) Я.С.являются короткодействующими — их действие проявляется то­лько на расстояниях 10^–15 м. При увеличении расстояния между нуклонами Я.С.быстро уменьшаются до нуля, а при расстояниях, меньших их радиуса действия, оказываются примерно в 100 раз больше кулоновских сил, действующих между протонами на том же расстоянии;

3) ядерным силам св-венна зарядовая независимость: Я.С, дейст­вующие между двумя протонами, двумя нейтронами, прото­ном и нейтроном, одинаковы.;

4) ядерным силам св-венно насыщение, т. е. каждый нуклон в ядре взаимодей­ствует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов. Удельная энергия связи нуклонов при увеличении числа нуклонов остается постоянной;

5) Я.С.зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Н-ер, протон и нейтрон образуют дейтрон (ядро изотопа Н) только при условии параллельной ориентации их спинов;

6) Я.С.не являются центральными, т. е. действующими по линии, соеди­няющей центры взаимодействующих нуклонов. Модель ядра:1. Капельная модель ядра- аналогия между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жидкости. Силы, дейст­вующие между частицами — (в жидкости, в яд­ре), —короткодействующими и им св-венно насыщение. Для капли жид­кости характерна постоянная плотность ее в-ва. Ядра же характеризуются постоянной удельной энергией связи и постоян­ной плотностью, не зависящей от числа нуклонов. Объем капли и ядра пропорционален числу частиц. Отличие ядра от капли в этой модели - она трактует ядро, как каплю электрически заряженной несжимаемой жидкости (с плотностью, равной ядер­ной), подчиняющуюся законам квантовой механики. Капельная модель ядра позволи­ла получить полуэмпирическую формулу для энергии связи нуклонов в ядре, объяснила механизм ядерных реакций и особенно реакции деления ядер. Однако эта модель не смогла объяснить повышенную устойчивость ядер, содержащих магические числа протонов и нейтронов.

2. Оболочечная модель ядра - распределение нуклонов в ядре по дискретным энергетическим уровням (оболочкам), заполняемым нуклонами согласно принципу Паули, и связывает устой­чивость ядер с заполнением этих уровней. Ядра с полностью заполнен­ными оболочками - наиболее устойчивыми. Оболочечная модель ядра позволила объяснить спины и магнитные моменты ядер, различную устойчивость атомных ядер и периодичность изменений их св-в. Эта модель особенно хорошо применима для описания легких и средних ядер, и для ядер, находящихся в основном (невозбужденном) состоянии. Вскоре возникли обобщенная модель ядра (синтез капельной и оболочечной моделей), оптическая модель ядра (объясняет взаимодействие ядер с налетающими частицами) и другие модели

38.Закон радиоактивного распада.

Радиоактивный распад - самопроизвольное радиоактивное превращение ядер. Атомное ядро, испытыва­ющее радиоактивный распад, наз. материнским, возникающее ядро — дочерним.

Число ядер dN, распавшихся в среднем за интервал времени от t до t+dt, пропорционально промежутку вр. dt и числу N нераспавшихся ядер к моме­нту времени t: , где  —постоянная Р.Р.; знак минус - общее число радиоак­тивных ядер в процессе распада уменьшается. Разделив переменные и интегрируя: получим где N₀—начальное число нераспавшихся ядер (в момент времени t=0), N—число нераспавшихся ядер в момент времени t. Ф-ла выражает закон РР, согласно кот. число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненциальному закону.

Интенсивность РР зависит от период полураспада Т_1/2 и среднее время жизни  радиоактивного ядра. Период полураспада Т_1/2 — время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. откуда

Суммарная продолжительность жизни dN ядер равна t|dN|=Ntdt. Проинтег­рировав это выражение по всем возможным t (т. е. от 0 до ) и разделив на началь­ное число ядер N₀, получим среднее время жизни  радиоактивного ядра:

Сл-но, ср. время жизни  радиоак. ядра есть величина, обратная постоянной радиоактивного распада . Активностью А нуклида - число распадов, происходящих с ядрами образца в 1 с: СИ — беккерель (Бк): 1 Бк — активность нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада. Кюри (Ки): 1 Ки= 3,710¹⁰ Бк.

РР происходит в соотв. с правилами смещения, позволяющими установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра. Правила смещения: где Х — материнское ядро, Y — символ дочернего ядра, Не — ядро гелия (-частица), е—символическое обозначение эл-на (заряд его равен –1, а массовое число — нулю). Возникающие в результате РР ядра могут быть радиоактивными. Это приводит к возникновению цепочки, или ряда, радиоак­тивных превращений. Совокупность элемен­тов, образующих такую цепочку, называется радиоактивным семейством.

39.Закономернности альфа-распада. Приме­ром -распада служит распад изотопа урана ²³⁸U с образованием Th:

Скорости вылетающих при распаде --частиц велики. -частицы образуются в момент РР при встрече движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов. -Частицы, испускаемые конкретным ядром, обладают определенной энергией. -распада зависит от периодом полураспада T_1/2 и энергией Е вылетающих частиц. Эта взаимосвязь определяется эмпирическим законом Гейгера — Нэттола , который выражают в виде зависимости между пробегом R_ (расстоянием, проходимым частицей в веществе до ее полной остановки) -частиц в воздухе и постоянной РР. : где А и В—эмпирические константы,  = (ln 2)/T_1/2. Чем меньше T_{1/2 ,} тем больше R_ и E.

Вероятность прохождения -частицы сквозь потенциальный барьер определяется его формой и вычисляется на основе уравнения Шредингера. В простейшем случае потенциального барьера с прямоугольными вертикальными стенками коэффициент прозрачности, определяющий вероятность прохождения сквозь него, определяется рассмотренной формулой

Коэффициент прозрачности D тем больше (тем меньше период полураспада), чем меньший по высоте (U) и шири­не (l) барьер находится на пути -частицы. При одной и той же потенциаль­ной кривой барьер на пути частицы тем меньше, чем больше ее энергия Е. Таким образом качественно подтверждается закон Гейгера — Нэттола.