Федеральное агентство Россйской Федерации по образованию

Сыктывкарский лесной институт – филиал ГОУ ВПО

«Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. С.М. Кирова»

Кафедра физики

ИЗМЕРЕНИЕ РАДИУСОВ АТОМНЫХ ЯДЕР

Лабораторная работа по физике

с применением компьютерного моделирования

Сыктывкар

2008

Печатается по решению методического совета технологического факультета СЛИ. Протокол № от . .2008 г.

Измерение радиусов атомных ядер. Лабораторная работа по физике./ Составители: к.ф.-м.н., доцент М.Ю. Демина, ст. преподаватель Л.С. Полугрудова./ Сыктывкар: СЛИ, 2008 - 10 с.

Компьютерная программа: Тутринов В.А.

Рецензент:

Ракин В.И. - д.г.-м.н., старший научный сотрудник института геологии КНЦ УрО РАН.

ã Демина М.Ю., Полугрудова Л.С., 2008

ã Сыктывкарский лесной институт – филиал ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия им. С.М. Кирова», 2008

Измерение радиусов атомных ядер

Цель работы: изучение методов определения размеров атомных ядер.

Задачи работы: 1) знакомство с экспериментальными методами определения размеров атомных ядер; 2) проверка эмпирической формулы связи радиуса ядра химического элемента и его атомной массы.

Инструменты и оборудование: персональный компьютер с ОС Windows^XP.

Теоретическая часть Структура атомного ядра

В начале XX века благодаря опытам Резерфорда возникло представление о том, что в центре атома находится крохотное по своим размерам, но массивное ядро. Одновременно с созданием квантовой теории и попытками объяснить строение атома и его электронной оболочки начались исследования и атомного ядра.

Оказалось, что ядро достаточно сложно, и в его структуре остается много неясного и по сей день. Тем не менее в начале 30-х годов была разработана модель атомного ядра, которая по-прежнему находит широкое применение. Согласно этой модели, ядро состоит их частиц двух типов – протонов и нейтронов. Протон представляет собой ядро простейшего атома – водорода, он имеет положительный заряд. Нейтрон, существование которого было установлено только в 1932 г. англичанином Джеймсом Чедвиком, электрически нейтрален, масса его почти совпадает с массой протона.

Нейтроны и протоны, представляющие собой два составных элемента атомного ядра, объединяют общим наименованием нуклонов.

Ядро атома водорода состоит из одного протона, тогда как ядра атомов других химических элементов содержат и нейтроны и протоны. Различные типы ядер часто называют нуклидами. Число протонов в ядре называется зарядовым числом (атомным номером) и обозначается буквой Z. Общее число нуклонов, т.е. протонов и нейтронов, обозначается буквой А и называется массовым числом. Такое название это число получило потому, что произведение А на массу отдельного нуклона очень близко к массе ядра. Число нейтронов в ядре N = A-Z.

Чтобы охарактеризовать данный нуклид, необходимо указать только A и Z. Обычно химические элементы принято обозначать символом , где X – символ химического элемента. Например, означает ядро атома азота, содержащее 7 протонов и 8 нейтронов, т.е. всего 15 нуклонов. У нейтрального атома число электронов, обращающихся вокруг ядра, равно атомному номеру Z (так как заряд электрона по величине равен заряду протона, но противоположен по знаку). Основные свойства атома определяются числом электронов.

В ядрах одного химического элемента число нейтронов может быть различным, а число протонов всегда одно и то же. Например, в ядрах углерода число протонов всегда равно 6, а число нейтронов может быть равно 5, 6, 7, 8, 9 или 10. Ядра, содержащие одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, называются изотопами. Например, , , , , , - изотопы углерода. Разумеется, распространенность изотопов одного и того же элемента неодинакова. Например, 98,9% встречающегося в природных условиях (на Земле) углерода приходятся на изотоп и только примерно 1,1% - на изотоп . Приведенные данные называются распространенностью соответствующего изотопа в природе. Многие изотопы не встречаются в природе, но могут быть получены в лаборатории с помощью ядерных реакций. Более того, все трансурановые элементы (с Z > 92) не встречаются в природе и могут быть получены только искусственно.