Строение атома и атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи атомных ядер

Ядро атомов состоит из элементарных частиц - протонов и нейтронов, называемых нуклонами. В свободном состоянии протоны и нейтроны - самостоятельные частицы, но в ядре они могут взаимно превращаться и тогда рассматриваются как различные состояния одной и той же частицы. Число Z протонов в ядре равно атомному номеру элемента. Массовое число А – это целое число, ближайшее к атомной массе элемента (изотопа), выраженной в а.е.м..

Число N нейтронов в ядре равно разности между массовым числом и атомным номером элемента (изотопа): N = A - Z

Радиус ядра определяется по приближенной формуле: R=1.5 ^-13 , т.е. имеет порядок 10^-13см (в 10⁵ раз меньше порядка радиуса атома).

Нуклоны в ядре связаны особыми силами взаимного притяжения – ядерными силами.

Природа ядерных сил недостаточно еще изучена, однако основные его свойства установлены достоверно.

Ядерные силы – короткодействующие

Ядерные силы –сильнодействующие

Ядерные силы действуют между нуклонами независимо от их электрического заряда, как между двумя нейтронами, так и между нейтроном и протоном или двумя протонами.

Ядерные силы имеют свойства насыщения, т.е. каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом окружающих его нуклонов, поэтому при увеличении числа нуклонов в ядре ядерные силы не возрастают, как это имеет место для сил электростатического отталкивания между протонами. По мере увеличения общего числа нуклонов в ядре, причем со значительным избытком нейтронов по отношению к протонам (N / Z > 1.6), устойчивость ядра ослабляется, вследствие чего у элементов последнего ряда происходит самопроизвольный распад, называемый радиоактивность.

В соответствии со свойствами ядерных сил предложены капельная и оболочечная модели строения ядер атомов. Согласно теории, принятой в настоящее время, нуклоны в ядре непрерывно обмениваются особыми частицами, которые называются - мезонами или квантами ядерного поля. Обмен происходит настолько быстро (в течение

10^-23 с), что установить самостоятельное существование этих частиц в ядре затруднительно, поэтому их называют виртуальными.

Энергия связи нуклонов

При рассмотрении вопроса связанного с ядерными силами вводят понятие об энергии связи Е_св нуклонов, под которой понимают разность между общей потенциальной энергией Е св. нуклонов и потенциальной энергией Е яд. этих же нуклонов, связанных в ядре силами взаимного притяжения Е св. = Е своб. –Еяд. Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании ядра из свободных нуклонов, или соответственно энергия, которую необходимо затратить, чтобы действием внешних сил разрушить ядро. Энергия связи ядра пропорциональна числу нуклонов, поэтому для сравнения между собой ядер различных элементов пользуется средним значением энергии связи, приходящиеся на один нуклон, который называют удельной энергией связи

Е св. = Е св./А.