Ядерная физика

Ядро атома – сложное образование примерно сферической формы
Модель предложена Д.Д. Иваненко В.Гейзенбергом
Модель подтверждена исследованиями ядерных превращений и сегодня является бесспорной

Протон – положительно заряженная частица, ядро атома водорода
(по греч. протос - первый)
1919 г. – первое искусственное превращение ядер (осуществлено Резерфордом)
Особенности:
Одна альфа-частица на
50 000 испущенных захватывается ядром азота
Ядра тяжелых элементов не испытывали превращений (их большой заряд не дает приблизиться к ядру)

Но эти частицы лишены массы покоя
1932 г. – открытие нейтрона Д.Чедвиком
Гамма-кванты имеют огромную энергию?
Для взаимодействия с протонами – 55 МэВ
Для взаимодействия с ядрами азота – 90 МэВ
Для взаимодействия с ядрами аргона – 150 МэВ
Нейтрон – нейтральная частица (по лат. нейтр – ни тот, ни другой)

Нуклоны
Массовое число ядра (А или М) – суммарное число протонов и нейтронов в ядре. М= Z+N
Z –
число
протонов
в ядре
(зарядовое
число)

Нуклоны непрерывно движутся внутри ядра, обмениваясь пи-мезонами, а само ядро совершает медленное вращательное движение.
Нуклоны обладают волновыми свойствами, а значит ядро не имеет очерченных границ
р или - символ протона
- символ нейтрона
q=Z·e – заряд ядра
(е - элементарный заряд)

Что сегодня знают о нуклонах?
Размеры ядер тем больше, чем больше в них нуклонов
Плотность нуклонов в ядре велика около
1017 кг/м3
Наиболее плотно нейтроны располагаются в центре ядра, а ближе к краям плотность убывает
Эксперименты подтверждают сложную структуру протонов и нейтронов и наличие внутри них точечноподобных центров

Масс-спектрометр – прибор для измерения массы атомов различных элементов
В магнитном поле ионы разных элементов, в зависимости от массы двигаются по круговым траекториям разного радиуса

Величины, характеризующие ядро
Диаметр ядра измеряют в фемтометрах
1фм=10-15 м
Для легких ядер – 1фм, тяжелых – до 10 фм
Массы ядер измеряют в атомных единицах массы
1 а.е.м.=1,66·10-27 кг
1 МэВ=1,6·10-13Дж
1 а.е.м. соответствует энергия покоя, равная:
Е0=mc2=1,66∙10-27·9∙1016Дж=1,49∙10-10 Дж
Энергетический эквивалент массы – величина 931,5 МэВ, соответствующая 1 а.е.м.

Энергия ядер элементов дискретна, т.е. квантуется
Нулевой уровень соответствует основному (невозбужденному) состоянию, остальные – возбужденным состояниям ядра
В возбужденном состоянии ядра находятся значительно меньше времени, чем атомы (10-13-10-17 с) после чего ядро испускает гамма-кванты с длиной волны 10-10-10-14 м – самые короткие волны

Изотопы – разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов в ядрах атомов, но разное число нейтронов

Изотопы
Имеют одинаковое строение электронных оболочек
Имеют одинаковые
химические
свойства
Имеют разные
радиоактивные
свойства
Имеют разные массовые числа
Изотопы

В настоящее время известно 276 стабильных изотопов, принадлежащих 83 элементам, и более 2000 радиоактивных
Химически чистые элементы представляют собой смесь их изотопов, поэтому массовые числа элементов дробные
- обычный водород
- дейтерий
- тритий
Все тела в природе содержат изотопы