Основные характеристики ядер

Строение атомного ядра.

Э.Резерфорд, исследуя прохождение a-частиц через тонкие пленки золота, пришел к выводу о том, что атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Он также показал, что атомные ядра имеют размеры примерно 10^-14–10^-15 м (линейные размеры атома примерно 10^-10 м).

В 1914 г. Резерфорд провел опыты с водородом. Через трубку, наполненную водородом, пропускали сильные электрические разряды. В результате в трубке оказался заряженный положительно газ. Причем величина заряда этих ионов оказалась равной заряду электрона. Эти положительные ионы являются ядрами атома водорода и были названы протонами. На этом основании было высказано предположение о том, что все ядра содержат протоны, число которых соответствует числу электронов в атоме. На этом основании у следующего за водородом элемента гелия в ядре должно быть два протона, но масса гелия не в два раза больше массы водорода, а в четыре раза больше массы водорода.

Тогда была высказана гипотеза: кроме протонов ядро содержит частицы, которые не имеют электрического заряда, а масса этой частицы должна быть приблизительно равна массе протона. Такие частицы были открыты только через 10 лет, в 1932 г. французские физики И.Кюри и Ф.Жолио-Кюри провели опыты: они обстреливали - частицами бериллий, при этом образовалось неизвестное х – излучение, если на пути этих лучей поставить новую мишень (они брали на парафин), тогда мы получаем быстрые протоны. В Англии Джеймс Чедвик повторил этот опыт и доказал, что излучение, испускаемое бериллием, состоит из частиц, масса которых примерно равна массе протона и они лишены электрического заряда () Эти частицы были названы нейтронами.

После открытия нейтрона возникла протонно-нейтронная модель строения ядра, по которой ядро любого элемента состоит из протонов и нейтронов (протонно-нейтронная модель ядра была предложена российским физиком Д.Д.Иваненко, а впоследствии развита В.Гейзенбергом).

Рассмотрим некоторые характеристики ядер.

Электрический заряд ядра. Ядра всех атомов заряжены положительно. Их заряд определяется числом протонов Z, входящих в состав ядра, и может быть найден по порядковому номеру соответствующего элемента в таблице Менделеева:

, (17.1)

где — заряд ядра, е — положительный заряд, численно равный заряду электрона.

Масса ядра m_я. Она не намного отличается от массы атома. Обычно массу ядра измеряют в особых единицах, называемых атомными едини­цами массы (а. е. м.). За 1 а. е. м. принята 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12:

1 а.е.м. = (1,66043 ± 0,00031) 10^–27 кг.

В качестве примеров приведем массы: протона т_р =1,00728 а.е.м., нейтрона т_п =1,00867 а. е. м., ядра гелия (a-частицы) т _a= 4,00152 а.е.м.

Массовое число А. Это целое число, ближайшее к атомной массе ато­ма, выраженной в а. е. м.

Массовое число равно числу нуклонов в ядре. Таким образом, обозначая число нейтронов в ядре через N, имеем A = Z + N.

Для обозначения ядер используется символическая запись: . X – химический символ данного элемента. Нижний индекс у элемента означает порядковый номер Z, верхний – массовое число А.

Некоторые элементы имеют несколько разновидностей, которые отличаются массовым числом, а Z для них постоянно, они называются изотопы.

Например, водород имеет изотопы: Отсюда видно, изотопы отличаются содержанием нейтронов в ядре. Еще примеры: кислород: , уран .

Элементы, у которых одинаково массовое число А и различно Z называют изобарами. Примерами ядер-изобар могут служить ядра или ,

Радиус ядра. Первые представления о размере атомного ядра были получены в опытах Резерфорда. Считалось, что ядро соответствует шару с линейным размером порядка 10^–12 см. В настоящее время в ядерной физике за единицу длины принимают ферми (1 ферми=10^–13 см). В этих единицах имеем

R = (1,45 ¸1,5) .

Спин ядра. Ядро характеризуют спином, который равен сумме спинов нуклонов. Спины протона и нейтрона одинаковы и, так же как у электрона, равны , где .

Спин ядра, состоящего из четного количества нуклонов, будет равен целому числуили нулю. Например, спин ядра изотопа водорода paвен , а ядра гелия – нулю. Ядро, состоящее из нечетного количества нуклонов, имеет спин, равный нечетному числу ½. Например, спин ядра тритияравен ½, а ядра индия – 9/2.

Магнитный момент ядра. Со спином ядра связан магнитный момент р_mя. Обычно его выражают в ядерных магнетонах m_я: m_я=.

Магнитный момент протона приближенно равен р_mр =2,79m_я, а нейтрона р_mn = –1, 91m_я. Знак “минус” означает, что магнитный момент нейтрона ориентирован противополоңно спину.

Дата добавления: 2013-12-12