Атомное ядро

Итак, радиоактивное излучение необходимо было приписать ядру атома. Естественно возникает вопрос о строении ядра, причем таком, которое бы согласовывалось с периодической таблицей Менделеева.

В 1932 г. была открыта новая частица, неизвестная ранее ‑ нейтрон. Заряд нейтрона равен нулю, масса приблизительно равна массе протона ‑ . Сразу же после открытия нейтрона советский физик Д.Д.Иваненко высказал гипотезу, что ядра состоят только из протонов и нейтронов. Общее название частиц в ядре ‑ нуклоны (это могут быть и протоны и нейтроны).

Характеристики протона:

В связи с этим, в атомной физике принята единица измерения массы ‑ одна атомная единица массы ‑ . В атомной физике принято выражать массы элементарных частиц через их энергии согласно формуле Эйнштейна . При этом масса покоя протона равна: , масса покоя электрона ‑ .

Протон имеет спин, равный половине ‑ и собственный магнитный момент , где ‑ ядерный магнетон. Магнитный момент электрона .

Нейтрон имеет массу . Отсюда . Спин нейтрона также равен половине ‑ , собственный магнитный момент . В свободном состоянии нейтрон не стабилен. Он распадается по схеме:

Здесь ‑ антинейтрино, масса антинейтрино равна нулю ‑ . Период полураспада . Энергия, равная разности масс покоя участвующих частиц ‑ выделяется в виде кинетической энергии образующихся частиц.

Как мы уже отмечали, ядра характеризуются массовым числом ‑ число нуклонов в ядре и зарядовым числом ‑ число протонов в ядре. ‑ число нейтронов в ядре.

Масса ядра всегда меньше суммы масс нуклонов, входящих в ядро. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро, выделяется энергия связи нуклонов друг с другом.

Энергия связи равна той работе, которую нужно совершить, чтобы разделить образующие ядро нуклоны на расстояния, при котором они практически не взаимодействуют друг с другом.

Таким образом, энергия ядра меньше энергии не взаимодействующих нуклонов.

Уменьшение энергии должно сопровождаться эквивалентным уменьшением массы ‑ . Следовательно, энергия связи нуклонов в ядре будет определяться как:

В качестве примера подсчитаем энергия связи ядра гелия ‑ :

Масса гелия равна . Отсюда энергия связи будет равна ‑ . Или, в расчете на один нуклон .

Энергия связи на один нуклон примерно одинакова для всех ядер, исключая самые легкие и самые тяжелые.

Дата добавления: 2014-01-11