Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Состав и характеристики атомных ядер
Ядро любого атома, кроме атома легкого водорода, состоит из частиц – нуклонов двух типов: Z протонов и N нейтронов. Нейтрон был открыт в 1932 г. Джеймсом Чэдвиком, тогда же Карлом Андерсоном – позитрон. Ядро атома легкого водорода состоит из одного протона. Протон открыт в является заряженной частицей – qp = +e. Масса протона составляет mp = 1.67265 10–27 кг. В ядерной физике принято энергию частиц выражать в единицах энергии (эВ), для чего умножают массу на квадрат скорости света c2, тогда масса протона mp = 938.26 МэВ. Протон имеет спин, равный s = 1/2. Нейтрон также имеет спин s = 1/2. Его масса близка к массе протона и составляет mn =1.67495 10–27 кг или в единицах энергии (эВ) mp = 939.55 МэВ. Однако нейтрон не имеет электрического заряда. В свободном состоянии нейтрон является радиоактивным, он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон. При этом выделяется антинейтрино. (13.1) В составе ядра нейтрон стабилен. Атом характеризуют зарядовым числом Z (которое равно числу протонов в ядре). Число Z определяет порядковый номер атома в таблице Менделеева. Массовое число A = N + Z показывает полное число нуклонов в ядре. Масса всех нуклонов A вносит основной вклад в массу всего атома. Ядро также называют нуклидом. Принятая схема нуклида имеет вид: Кроме нуклонов других частиц в ядре нет. Однако нуклоны не являются элементарными частицами: каждый из них состоит из трех кварков, о которых речь пойдет в другой лекции. Атомы, ядра которых имеют одинаковые зарядовые числа Z и различные массовые числа A, имеют одни и те же химические свойства и называются изотопами. Изотопы одного и того же химического элемента различаются друг от друга лишь по числу нейтронов в ядре. Большинство веществ с атомами одного и того же Z представляют смесь различных изотопов. Так, водород, углерод и кислород имеют по 3 изотопа: – обычный водород, – дейтерий, – тритий; ; ; у олова существует 10 изотопов. Атомы, ядра которых имеют одни и те же массовые числа A, называются изобарами. Изобары, т.е. ядра с различными Z, соответствуют ядрам атомов различных химических элементов. В опытах Резерфорда по рассеянию α -частиц на атомах вещества было установлено, что ядра имеют конечный размер. С этого момента прошло много времени, однако до сих пор наиболее предпочтительными при определении размера ядра являются опыты по рассеянию частиц на атомных ядрах. Поскольку электроны испытывают только электростатическое взаимодействие с ядрами, то распределение заряда внутри ядра изучают с помощью рассеяния электронов. О распределении ядерной материи внутри ядра судят по рассеянию нейтронов, так как в этом случае взаимодействие между частицами сводится только к специфическому ядерному. Для того, чтобы ядро «почувствовало» налетающую частицу, учитывая массы, энергия электрона должна составлять не меньше 124 МэВ, а энергия нейтрона не меньше 8 МэВ. Эксперименты с электронами и нейтронами различных (но удовлетворяющих указанным условиям) энергий показали, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в его составе:
(13.2) В ядрах со спином, большим или равным 1, действительно наблюдается отклонение от сферической формы. Такие ядра могут быть сжатыми или вытянутыми эллипсоидами вращения, при этом разница между их большой и малой осями никогда не превышает 20% и, как правило, существенно меньше. В первом приближении ядро можно считать шаром, радиус ядра таким образом: (13.3) Константа R0 ≈ 1.3·10–15м. Ее приблизительное значение связано с тем, что величина радиуса ядра, полученная по распределению ядерной материи, отличается от значения радиуса, полученного по распределению заряда. Это означает, что заряд и вещество распределены внутри ядра различным способом. В рамках ядерной теории используют величину 1 ферми = 1 f = 10–15м. Тогда радиус ядра равен . Спином ядра I называется полный угловой момент ядра. Для ядра с массовым числом A он равен: (13.4) В этом выражении первый член справа равен суммарному спиновому моменту нуклонов, а второй – суммарному орбитальному моменту нуклонов в ядре. Значения Si и li определяются значениями соответствующих квантовых чисел: sp = sn = 1/2 и l = 0, 1, 2,... Магнитный момент ядра μя складывается из собственных магнитных моментов протонов и нейтронов и орбитальных магнитных моментов протонов (нейтрон обладает нулевым орбитальным магнитным моментом при любом l). Итак, в состав ядра входят A нуклонов. Однако не все сочетания протонов и нейтронов образуют стабильные ядра. Это связано с существованием ядерных уровней энергии. Поскольку и протоны, и нейтроны являются фермионами (их спин s = 1/2), то на каждом уровне может быть не больше двух протонов и двух нейтронов. Заполнение уровней идет по принципу минимизации системы объединившихся частиц. Например, рассмотрим два изотопа и . Первые два уровня у них (рис. 13.1) заполнены одинаково.
Рис. 13.1 Стабильный изотоп углерода и нестабильный изотоп бора На последнем уровне в нуклиде расположен 12-ый нейтрон, в тоже время на предыдущем уровне до полного заполнения не хватает протона. Энергия системы из трех нейтронов и одного протона будет больше чем энергия системы двух протонов и двух нейтронов. Поэтому, изотоп не будет стабильным и довольно быстро распадется. В тоже время изотоп (содержащий 5 протонов и 6 нейтронов) является стабильным. В легких ядрах (A < 20), как правило, число протонов и нейтронов одинаково (или отличается не единицу в случае ядер с нечетным числом нуклонов, причем число нейтронов обязательно больше числа протонов). В тяжелых ядрах доля нейтронов становится все больше. В таких ядрах помимо принципа минимизации энергии оказывается существенным кулоновское отталкивание протонов. В ядрах с числом протонов больше 10 это отталкивание настолько велико, что для устойчивости ядра эту силу необходимо чем-либо компенсировать. Между нейтронами действуют только ядерные силы притяжения. Поэтому увеличение числа нейтронов в составе ядра приводит к уравновешиванию сил, т.е. к стабильности ядра.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 573; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.149.27.202 (0.009 с.) |