Будова атомного ядра

ПЛАН

СКЛАД ЯДРА АТОМА.

ЕНЕРГІЯ ЗВ'ЯЗКУ АТОМНИХ ЯДЕР. ЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ.

2 Енергія зв'язку атомних ядер.

3 Ядерні сили.

4 Ядерні реакції.

1 БУДОВА АТОМНОГО ЯДРА. Після відкриття у 1932р. Д. Червіком нейтрона, Д.Іваненко і В. Гейзенберг запропонували протонно-нейтронну модель, за якою ядро будь-якого хімічного елемента складається з двох видів елементарних частинок: протонів і нейтронів, які пізніше дістали назву нуклонів. Протони мають позитивний заряд, який за модулем дорівнює заряду електрона. Нейтрони електричко нейтральні. Маса протона в 1836 разів більша за масу електрона. Маса нейтрона більша від маси протона на 2,5 маси електрона. Кількість протонів у ядрі визначає заряд ядра +Zе. Значення Z збігається з атомним номером відповідного хімічного елемента. Кількість нейтронів позначають N, а кількість нуклонів А (масове число). А = N + Z.

Внаслідок того, що нуклони, які входять до складу ядра, мають хвильові властивості, атомне ядро не має різко виражених меж. Під радіусом атомних ядер розуміють лінійний розмір області, в якій про­являється дія ядерних сил. Нуклони в усіх ядрах упаковані приблизно з однаковою густиною: , тобто близько 200 млн. тонн в 1 см³.

2 ЕНЕРГІЯ ЗВ'ЯЗКУ АТОМНИХ ЯДЕР. Більшість ядер — це стійкі утворення, хоч між протонами діють сили кулонівського відштовхування. Про міцність ядер роблять висновки з того, наскільки легко чи важко його зруйнувати: чим важче - тим міцніше. Тому умовились вимірювати енергію зв'язку ядра Е_зв тією роботою, яка необхідна для розщеплення його на окремі частинки. Згідно з законом збереження енергії, при утворенні ядра з окремих частинок має виділятись енергія, яка дорівнює енергії зв'язку.

Дуже точні виміри мас ядер показали, що маса спокою будь-якого з них менша від суми мас спокою окремих протонів і нейтронів, що складають його: . Різницю між спільною масою частинок і дійсною масою ядра прийнято називати дефектом маси. її позначають АМ і обчислюють за формулою:

Тоді

Отже, чим більше частинок в ядрі, тим більшою буде і енергія зв'язку. Про відносну міцність ядра точніше свідчить питома енергія зв'язку: , тобто енергія, що припадає на один нуклон. Графік залежності її від масового числа А подано на рисунку. З нього видно, що найміцніше зв'язані нуклони в ядрах (Ni,. Fе, Со) середньої частини періодичної системи Менделєєва. У цих ядрах питома енергія зв'язку близька до. Збільшення питомої енергії від дейтерію до цих ядер пояснюють збільшенням числа взаємодіючих частинок, а зменшення її у дуже важких ядер - насиченням ядерних сил і збільшенням енергії відштовхування великої кількості протонів. Тому найбільші ядра нестійкі, радіоактивні.

Отже, для добування ядерної енергії принципово можливі два методи. Один ґрунтується на поділі важких ядер, другий — на синтезі легких.

3 ЯДЕРНІ СИЛИ. Велика питома енергія зв'язку свідчить про те, що зв'язок між частинками ядра не визначається ні гравітаційними, ні електромагнітними силами, через те, що вони дуже малі. Стійкість ядер, які не розлітаються під дією кулонівських сил відштовхування, доводить про те, що в ядрах діють специфічні сили притягання, які називають ядерними. Ця взаємодія в 137 раз інтенсивніша за електромагнітну взаємодію, тому її часто називають сильною. Ядерні сили притягання мають свої особливості. Це короткодіючі сили радіусом дії ~ 2-10^-15м. Для них характерна зарядова незалежність, тобто сили взаємодії однакові як для заряджених, так і для незаряджених нуклонів. Крім того, їм властива насиченість, бо нуклони в ядрі взаємодіють з обмеженою кількістю нуклонів. На відміну від кулонівських і гравітаційних, ядерні сили нецентральні.

4 ЯДЕРНІ РЕАКЦІЇ — штучне перетворення атомних ядер, зумовлене їхніми взаємодіями одне з одним або з елементарними частинками.

Щоб відбулась ядерна реакція, необхідне зближення частинок на відстань ~10^-15м. Під час ядерних реакцій виконуються закони збереження:

1) сумарного електричного заряду; 2) числа нуклонів; 3) енергії; 4) імпульсу. Реакції, що супроводжуються виділенням енергії, називаються екзотермічним и, а поглинанням енергії — ендотермічними.

Ядерні реакції класифікують:

1) за енергіями частинок, які їх викликають (малі енергії =100еВ, середні =1МеВ, великі =50МеВ);

2) за видом ядер, що беруть у них участь (реакції на легких (А < 50), середніх (50<А<100) і важких ядрах (А > 100);

3) за природою бомбардуючих частинок (реакції під дією нейтронів, квантів, заряджених частинок); 4) за характером ядерних перетворень (перехід ядра із збудженого стану в нормальний; захоплення частинок з перетворенням в масивніше ядро; поглинання частинок з випусканням інших; розщеплення ядра на частини про бомбардуванні).

За допомогою реакцій було підтверджено можливість перетворення одних хімічних елементів в інші та відкрито можливість добути штучно радіоактивні елементи. Принципової різниці між штучною і природною радіоактивністю немає, оскільки властивості ізотопу не залежать від способу його утворення.

Енергетичний вихід реакції можна обчислити за формулою

де т₁ — маса частинок до реакції, m ₂ — після реакції. Якщо >0 — енергія виділяється, якщо <0 — поглинається

РАДІОАКТИВНІСТЬ

Дата добавления: 2014-10-23