Строение атомных ядер

III Физика атомного ядра и элементарных частиц

В двух последних лекциях курса общей физики будут изучены некоторые элементы ядерной физики. В основном будут излагаться опытные факты.

Лекция 11. Элементы ядерной физики

Ядро – центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд. Размер атома составляет единицы ангстрем (1А=10^-10 м), а ядра ~ 10^-4 – 10^-5А. Ядро состоит из протонов р, имеющих заряд + е и нейтронов n – нейтральных частиц. Протоны и нейтроны называют одним словом нуклоны. Прежде чем дать массу нейтрона и протона, отметим, что в атомной и ядерной физике масса измеряется в атомных единицах массы (аем). Одна аем равна 1/12 массы наиболее распространенного изотопа углерода, что в единицах СИ составляет 1,66×10^-27 кг, чаще масса измеряется в единицах энергии – электрон-вольтах (1 эВ =1,6×10^-19 Дж). Учитывая соотношение Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии покоя Е ₀ =mc², можно показать, что одной аем соответствует энергия Е ₀=1,66 ×10^-27×[SK1] [SK2] (3 ×10⁸)² /(1,6 ×10^-19)=931,5 МэВ.

Итак, масса нейтрона m_n =1,00867 аем или m_n =939,6 МэВ, масса протона m_p=1.00728 аем или m_p =938,3 MэВ (масса электрона m_e =5,486×10^-4 аем или m_e =0,511 МэВ).

Заряд ядра Ze, где Z – порядковый номер элемента в периодической системе элементов Менделеева, равный числу протонов в ядре. Если N – число нейтронов в ядре, то число нуклонов A=Z+N называют массовым числом. У протона и нейтрона А =1, у электрона А =0.

Принято следующее обозначение ядер , где X – символ элемента. Например, , отсюда следует, что в ядре урана число нуклонов (массовое число) А=Z+N =235, а число протонов Z =92, число нейтронов N=A-Z =235-92=143. Ядра с одинаковыми Z, но различными А называются изотопами. Например изотопы урана Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытой границы ядра. Эмпирическая формула для радиуса ядра R=R₀A^1/3,где R₀ =(1,3¸1,7)×10^-15 м, отсюда объем ядра V=V₀A, т.е. пропорционален числу нуклонов А. Плотность ядерного вещества очень велика: r»10¹⁷ кг/м³ и постоянна для всех ядер. Если бы Земля имела такую большую плотность, то ее радиус был бы» 200 м, а не 6400 км.

Дата добавления: 2014-01-15