14.3. Строение атомного ядра

Ядро состоит из нуклонов, в состав которых входят протон и нейтрон.

Протон — элементарная частица с положительным зарядом. Обычно протон обозначается буквой p.

Заряд протона q = + 1,6 · 10–19 Кл. Спин протона — полуцелый и равен s = ± 1/2. Масса протона mp = 938,28 МэВ = 1836 me. Для сравнения скажем, что масса электрона me = 0,511 МэВ. Обратите внимание на то, что здесь мы используем систему СГС, которая в данном разделе физики оказывается более удобной.

Нейтрон — нейтральная элементарная частица (отсюда и название). Нейтрон обозначается буквой n.

Масса нейтрона mn = 939,57 МэВ. Нейтрон немного тяжелее протона, mnmp = 2,5me. Спин нейтрона — полуцелый и равен s = ± 1/2. В свободном состоянии нейтрон нестабилен (т.е. радиоактивен). Он самопроизвольно распадается на протон (p), электрон (e–) и антинейтрино по схеме:

Антинейтрино — античастица к нейтрино. При взаимодействии друг с другом нейтрино и антинейтрино аннигилируют, т.е. превращаются в пустоту.

Период полураспада нейтрона T1/2 = 12 мин. Немного опережая события, определим, что периодом полураспада называется время, в течение которого распадается половина массы вещества.

Принято обозначать ядро где X — химический символ элемента по таблице Менделеева, A = N + Z — число нуклонов в ядре, оно равно p + n, Z — порядковый номер атомного ядра по таблице Менделеева. Однако количество нуклонов в ядре может меняться. Если у двух элементов одинаковые номера Z, но разные массы A, то такие элементы называют изотопы.

Изотопы. Например, кислород имеет три стабильных изотопа: водород имеет также три изотопа: (протий),  (тяжелый водород, дейтерий) и  (тритий).

Спин ядра складывается из спинов составляющих его нейтронов и протонов. Помня, что спин нейтрона и спин протона — полуцелый (sn = sp = ± 1/2), можно сделать вывод, что если A — четное, то спин ядра — целый. Если же A — нечетное число, то спин ядра — полуцелый.

Энергия связи и дефект масс.

Необычный момент: сложим массы всех протонов ядра с массами всех нейтронов ядра и получим массу... больше, чем масса ядра. Этот факт называется дефектом масс.

Еще Эйнштейн предположил, что масса способна переходить в энергию и наоборот. Следовательно, можно предположить, что масса ядра меньше суммарной массы его компонент потому, что часть энергии идет на удержание геометрии самого ядра. Вспомним формулу Эйнштейна E = mc2, и станет понятно, что энергия связи частиц ядра равна

Существуют ядра, которые находятся в особо устойчивых состояниях, т.е. не распадаются. Это ядра, у которых число протонов N равно 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Понять, как эти числа связаны с устойчивостью ядер, пока не получается, поэтому их назвали магическими числами, а ядра — магическими ядрами. Но среди этих ядер оказались такие, у которых и N, и Z — магические числа, соответственно это

Данные ядра — особенно устойчивы. Их назвали... дважды магическими. Может быть, именно вы сумеете разгадать эту магию?

Важно запомнить

  1. Периодом полураспада называется время, в течение которого распадается половина массы вещества.
  2. Дефект масс: сложим массы всех протонов ядра с массами всех нейтронов ядра и получим массу больше, чем масса ядра.
Последнее изменение: понедельник, 19 Сентябрь 2016, 14:35