Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Состав и характеристики атомного ядра

Атомное ядро и элементарные частицы.

Лекция 10.

Любое атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, связанных между собой ядерными силами (сильным взаимодействием). Поскольку нейтроны и протоны имеют почти одну и ту же массу и весьма сходные свойства, их обычно называют нуклонами. Сложные ядра называют также нуклидами (термин “ядро” и “нуклид” равнозначны). Ядра (нуклиды), имеющие одинаковое число протонов, но различные числа нейтронов, называются изотопами.

Протон. Протон (р) обладает зарядом + e и массой

 

mp = 938,28 МэВ.

В ядерной физике принято выражать массы в единицах энергии, умножая их для этой цели на с2.

Для сравнения укажем, что масса электрона равна

 

me = 0,511 МэВ.

Следовательно, mp = 1836me.

Протон имеет спин, равный половине (s = 1/2), и собственный магнитный момент

 

mр = + 2,79 mя ,

где

mя = eh / 2mpc = 5,05 10- 24 эрг/Гс

- единица магнитного момента, называемая ядерным магнетоном. mя в 1836 раз меньше магнитона Бора mБ. Следовательно, собственный магнитный момент протона в 660 раз меньше, чем магнитный момент электрона.

Нейтрон. Нейтрон (n) был открыт в 1932 г. английским физиком Д.Чедвиком. Его электрический заряд равен нулю, а масса

 

mn = 939,57 МэВ

очень близка к массе протона. Разность масс нейтрона и протона составляет 1,3 МэВ, т.е. 2,5 me.

Нейтрон обладает спином, равным половине (s = 1/2), и (несмотря на отсутствие электрического заряда) собственным магнитным моментом

 

mn = - 1,91 mЯ.

Знак минус указывает на то, что направления собственных механического и магнитного моментов противоположны.

Отношение

mр /mn = - 3/2.

В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен) - он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (e-) и еще одну частицу, называемую антинейтрино (n~). Период полураспада (т.е. время, за которое распадается половина первоначального количества нейтронов) равен примерно 12 мин. Схему распада можно записать следующим образом:

 

n ® p + e- + n~.

Масса нейтрино равна нулю (во всяком случае, пренебрежимо мала по сравнению с массами электрона, протона и нейтрона). Масса нейтрона больше массы протона на 2,5me.

Следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц, фигурирующих в правой части уравнения, на 1,5me, т.е. на 0,77 МэВ. Эта энергия выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующих частиц.

Характеристики атомного ядра. Одной из важнейших характеристик атомного ядра является зарядовое число Z. Оно равно количеству протонов, входящих в состав ядра, и определяет его заряд, который равен + Ze. Число Z определяет порядковый номер химического элемента в периодической таблице Менделеева. Поэтому его также называют атомным номером ядра.

Число нуклонов (т.е. суммарное число протонов и нейтронов) в ядре обозначается буквой А и называется массовым числом ядра. Число нейтронов в ядре равно N = А - Z.

Для обозначения ядер применяется символ

 

 

где под Х подразумевается химический символ данного элемента. Слева вверху ставится массовое число, слева внизу - атомный номер (последний значок часто опускают).

Ядра с одинаковыми Z, но разными А называются изотопами. Большинство химических элементов имеют по несколько стабильных изотопов.Например, водород имеет три изотопа:

- обычный водород или протий,

- тяжелый водород или дейтерий,

- тритий.

Известно около 1500 ядер, различающихся либо Z, либо А, либо тем и другим. Примерно 1/5 часть этих ядер устойчивы, остальные радиоактивны. В природе встречаются элементы с атомными номерами Z от 1 до 92, исключая технеций (Tc, Z = 43) и прометий (Pm, Z = 61). Остальные трансурановые (т.е. за урановые) элементы (с Z от 93 до 107) были получены искусственным путем посредством различных ядерных реакций.

Размеры ядер. В первом приближении ядро можно считать шаром, радиус которого довольно точно определяется формулой

 

R = 1,3 10 - 13 A1/3 см = 1,3 А1/3 ферми.

Ферми - название применяемой в ядерной физике единицы длины, равной 10 - 13 см.

Спин ядра. Спины нуклонов складываются в результирующий спин ядра. Спин нуклона равен 1/2. Поэтому квантовое число спина ядра I будет полуцелым при нечетном числе нуклонов А и целым или нулем при четном А. Спины ядер I не превышают нескольких единиц. Это указывает на то, что спины большинства нуклонов в ядре взаимно компенсируют друг друга, располагаясь антипараллельно.

Механический момент ядра складывается с моментом электронной оболочки в полный момент импульса атома, который определяется квантовым числом F.

Взаимодействие магнитных моментов электронов и ядра приводит к тому, что состояния атома, соответствующие различным взаимным ориентациям и (т.е. различным F), имеют немного отличающуюся энергию. Как уже говорилось раньше, взаимодействием mL и mS обуславливается тонкая структура спектров. Взаимодействием mI и mJ определяется сверхтонкая структура атомных спектров. Расщепление линий, соответствующее сверхтонкой структуре, порядка нескольких сотен ангстрема.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Термоэлектрические явления | Размеры ядер
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 3501; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.015 сек.