Протонно-нейтронная модель атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи и прочность ядер. Выделение и поглощение энергии в ядерных реакциях

Задача на расчет давления твердого тела.

В первой трети XX в. в лаборатории Резерфорда были открыты нуклоны: протон и нейтрон , их массы соответственно равны: mр = 1,0073 а. е. м., mn = 1,0087 а. е. м. После чего Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра атома. Согласно теории построения этой модели любое атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, связанных между собой ядерными силами. Число протонов в ядре равно зарядовому числу Z (порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева). Суммарное число протонов и нейтронов называют массовым числом А — Z + N, где N — число нейтронов. Для обозначения конкретного ядра используют символ атома с указанием сверху значения массового числа А, а снизу — зарядового числа Z: гелий , уран .

Ядра элементов весьма устойчивы. Это значит, что кроме кулоновских сил отталкивания между протонами в ядре действуют и значительные силы притяжения, которые называют ядерными. Ядерные силы являются короткодействующими, их радиус действия не превышает размеры ядра , они обладают зарядовой независимостью (два протона или протон и нейтрон взаимодействуют между собой одинаково).

Установлено, что масса ядра элемента всегда меньше суммы масс протонов и нейтронов, входящих в ядро, т. е. . Эта разница масс

называется дефектом масс: .Например, дефект масс ядра гелия составляет Дм = 4,0330 - 4,0026 = 0,0304 а. е. м. А это значит, что внутренняя энергия атома гелия меньше энергии составляющих его частиц на:



Энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц, называется энергией связи ядра. Энергия связи, приходящаяся на один нуклон (протон или нейтрон), называется удельной энергией связи. Удельная энергия связи убывает для ядер» расположенных в конце периодической системы. Поэтому природе выгодно, чтобы массивное ядро разделилось на осколки с большой энергией связи (это явление естественной радиоактивности), В частности, энергетически выгодно, если одним из осколков окажется а- частица, у которой энергия связи весьма велика. Однако делению ядра препятствуют мощные ядерные силы. Вот почему самопроизвольный распад ядра на а-частицу и ядро другого элемента происходит сравнительно редко. Реакцию сх-распа-да записывают так: При этом выполняется закон сохранения электрического заряда (равенство суммы нижних индексов) и закон сохранения массового числа, т. е. числа нуклонов (равенство суммы верхних индексов). В результате реакции деления высвобождается огромная энергия, например ядро урана в результате ядерной реакции с нейтроном распадает ся на осколки: и несколько нейтронов. Для урана удельная энергия связи составляет 7,6 МэВ, а у осколков деления — 8,5 МэВ. Разность энергии между материнским ядром к осколками деления 0,9 МэВ/нуклон. Так как в каждом процессе деления участвуют 236 нуклонов, то при делении одного ядра урана выделяется энергия: 0,9 МэВ - 236 = 200 МэВ. При делении ядер 1 кг урана выделится энергия 5,2 • 10в26ст. МэВ — = 8,3 • 10в13ст. Дж. Такую энергию можно получить при сжигании (химическая реакция) 2500 т нефти. Именно деление ядер урана является источником энергии в атомных электростанциях и в атомных бомбах.

Дата добавления: 2015-04-24