wd wp Пошук: ⬜

Атамнае ядро

Ядро атама — цэнтральная частка атама, у якой засяроджана амаль уся яго маса і ўвесь дадатны зарад, роўны па велічыні сумарнаму зараду ўсіх электронаў у нейтральным атаме.

Складаецца з пратонаў і нейтронаў (агульная назва — нуклоны), якія размеркаваны па ядзерных абалонках і падабалонках. Дадатны электрычны зарад ядра ў адзінках зараду электрона роўны колькасці пратонаў у ім і з’яўляецца парадкавым нумарам хімічнага элемента. Сумарная колькасць пратонаў і нейтронаў роўная масаваму ліку ізатопа элемента. Уласцівасці ядра вызначаюцца галоўным чынам колькасцю пратонаў і нейтронаў.

Ядро займае малую частку прасторы ў атаме, яго лінейныя памеры маюць парадак

− 16

{\displaystyle 10^{-16}}

$\{\displaystyle 10^\{-16\}\}$ —

− 17

{\displaystyle 10^{-17}}

$\{\displaystyle 10^\{-17\}\}$ метра. Існаванне ядра абумоўлена дзеяннем ядзерных сіл, якія на кароткіх адлегласцях у шмат разоў пераўзыходзяць сілы адштурхоўвання аднайменна зараджаных пратонаў.

Гісторыя

У 1911 годзе Рэзерфорд у сваім дакладзе «Рассейванне α- і β-прамянёў і будова атама» ў філасофскім таварыстве Манчэстэра заявіў[1]:

Рассеянне зараджаных часціц можа быць растлумачана, калі дапусціць такі атам, які складаецца з цэнтральнага электрычнага зарада, засяроджанага ў кропцы і акружанага аднародным сферычным размеркаваннем процілеглай электрычнасці роўнай велічыні. Пры такой будове атама α- і β-часціцы, калі яны праходзяць на блізкай адлегласці ад цэнтра атама, маюць вялікія адхіленні, хоць імавернасць такога адхілення малая.

Такім чынам Рэзерфорд адкрыў атамнае ядро, з гэтага моманту і вядзе пачатак ядзерная фізіка, якая вывучае будову і ўласцівасці атамных ядраў.

Пасля выяўлення стабільных ізатопаў элементаў, ядру самага лёгкага атама была адведзена роля структурнай часціцы ўсіх ядраў. З 1920 года ядро атама вадароду мае афіцыйны тэрмін — пратон. У 1921 годзе Лізэ Майтнер прапанавала[2] першую, пратон-электронную, мадэль атамнага ядра, згодна з якой яно складаецца з пратонаў, электронаў і альфа-часціц[3]. Аднак у 1929 годзе адбылася «азотная катастрофа» — В. Гейтлер і Г. Герцберг устанавілі[4], што ядро атама азоту падпарадкоўваецца статыстыцы Бозэ — Эйнштэйна, а не статыстыцы Фермі — Дзірака, як прадказвала пратон-электронная мадэль[5][6]. Такім чынам, гэтая мадэль уступіла ў супярэчнасць з эксперыментальнымі вынікамі вымярэнняў спінаў і магнітных момантаў ядраў[7]. У 1932 годзе Джэймсам Чэдвікам была адкрыта новая электрычна нейтральная часціца, названая нейтронам. У тым жа годзе Іваненка [8] і, незалежна, Гайзенберг выказалі гіпотэзу аб пратон-нейтроннай структуры ядра. У далейшым, з развіццём ядзернай фізікі і яе прыкладанняў, гэтая гіпотэза была цалкам пацверджана[9].

Ядзерна-фізічныя характарыстыкі

Зарадавы лік

{\displaystyle Z}

$\{\displaystyle Z\}$ цалкам вызначае хімічны элемент. Пара лікаў

{\displaystyle Z}

$\{\displaystyle Z\}$ і

{\displaystyle A}

$\{\displaystyle A\}$ (масавы лік) цалкам вызначае нуклід. Можна разгледзець некаторыя ядзерна-фізічныя характарыстыкі нуклідаў з зададзенымі зарадавымі і масавымі лікамі.

Зарад

Лік пратонаў у ядры

{\displaystyle Z}

$\{\displaystyle Z\}$ вызначае непасрэдна яго электрычны зарад. У ізатопаў аднолькавая колькасць пратонаў, але розная колькасць нейтронаў. Ядзерныя ўласцівасці ізатопаў элемента, у адрозненні ад хімічных, могуць адрознівацца вельмі рэзка[10].

Упершыню зарады атамных ядзер вызначыў Генры Мозлі у 1913 годзе. Свае эксперыментальныя назіранні вучоны растлумачыў залежнасцю даўжыні хвалі рэнтгенаўскага выпраменьвання ад некаторай канстанты

{\displaystyle Z}

$\{\displaystyle Z\}$ , якая змяняецца на адзінку ад элемента да элемента і роўная адзінцы для вадароду:

= a Z − b ,

{\displaystyle {\sqrt {1/\lambda }}=aZ-b,}

$\{\displaystyle \{\sqrt \{1/\lambda \}\}=aZ-b,\}$ дзе

{\displaystyle a}

$\{\displaystyle a\}$ і

{\displaystyle b}

$\{\displaystyle b\}$ — канстанты.

Адсюль Мозлі зрабіў выснову, што знойдзеная ў яго эксперыментах канстанта атама, якая вызначае даўжыню хвалі характарыстычнага рэнтгенаўскага выпраменьвання і супадае з парадкавым нумарам элемента, можа быць толькі зарадам атамнага ядра, што стала шырока вядома пад назвай закон Мозлі[11].

Маса

З-за розніцы ў ліку нейтронаў

A − Z

{\displaystyle A-Z}

$\{\displaystyle A-Z\}$ ізатопы элемента маюць розную масу

M ( A , Z )

{\displaystyle M(A,Z)}

$\{\displaystyle M(A,Z)\}$ , якая з’яўляецца важнай характарыстыкай ядра. У ядзернай фізіцы масу ядзер прынята вымяраць у атамных адзінках масы (а. а. м.). За адну а. а. м. прымаюць 1/12 частку масы нукліда 12C [зн 1]. Варта адзначыць, што стандартная маса, якая звычайна прыводзіцца для нукліда — гэта маса нейтральнага атама. Для вызначэння масы ядра трэба з масы атама адняць суму мас усіх электронаў (больш дакладны лік атрымаецца, калі ўлічыць яшчэ і энергію сувязі электронаў з ядром).

Акрамя таго, у ядзернай фізіцы часта выкарыстоўваецца энергетычны эквівалент масы. Згодна суадносін Эйнштэйна, кожнаму значэнню масы

{\displaystyle M}

$\{\displaystyle M\}$ адпавядае поўная энергія:

E

{\displaystyle E=Mc^{2}}

$\{\displaystyle E=Mc^\{2\}\}$ , дзе

{\displaystyle c}

$\{\displaystyle c\}$ — скорасць святла ў вакууме. Суадносіны паміж а. а. м. і яе энергетычным эквівалентам у джоўлях:

= 1 , 660539 ⋅

− 27

⋅ ( 2 , 997925 ⋅

)

= 1 , 492418 ⋅

− 10

{\displaystyle E_{1}=1,660539\cdot 10^{-27}\cdot (2,997925\cdot 10^{8})^{2}=1,492418\cdot 10^{-10}}

$\{\displaystyle E_\{1\}=1,660539\cdot 10^\{-27\}\cdot (2,997925\cdot 10^\{8\})^\{2\}=1,492418\cdot 10^\{-10\}\}$ , а так як 1 электронвольт = 1,602176×10−19 Дж, то энергетычны эквівалент а. а. м. у МэВ роўны[10][12]:

= 931 , 494.

{\displaystyle E_{1}=931,494.}

$\{\displaystyle E_\{1\}=931,494.\}$

Радыус

Аналіз распаду цяжкіх ядзер удакладніў ацэнку Рэзерфорда [зн 2] і звязаў радыус ядра з масавым лікам простым ураўненнем:

R

{\displaystyle R=r_{0}A^{1/3},}

$\{\displaystyle R=r_\{0\}A^\{1/3\},\}$ дзе

{\displaystyle r_{0}}

$\{\displaystyle r_\{0\}\}$ — канстанта.

Так як радыус ядра не з’яўляецца толькі геаметрычнай характарыстыкай і звязаны перш за ўсе з радыусам дзеяння ядзерных сіл, то значэнне

{\displaystyle r_{0}}

$\{\displaystyle r_\{0\}\}$ залежыць ад працэса, пры аналізе якога атрымалася значэнне

{\displaystyle R}

$\{\displaystyle R\}$ , асераднёнае значэнне

= 1 , 23 ⋅

− 15

{\displaystyle r_{0}=1,23\cdot 10^{-15}}

$\{\displaystyle r_\{0\}=1,23\cdot 10^\{-15\}\}$ м. Такім чынам, радыус ядра ў метрах[10][11]:

R

1 , 23 ⋅

− 15

{\displaystyle R=1,23\cdot 10^{-15}A^{1/3}.}

$\{\displaystyle R=1,23\cdot 10^\{-15\}A^\{1/3\}.\}$

Гл. таксама

Дзяленне ядра

Заўвагі

↑ Што выклікана толькі зручнасцю практычных вымярэнняў мас атамаў.
↑ Рэзерфорд, даследуючы працэс рассейвання α-часціц на ядрах, ацаніў памеры ядра — парадку 10−14 м.
↑ Кудрявцев П. С. Открытие атомного ядра // Курс истории физики. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Просвещение, 1982. — 448 с.
↑ Meitner, L. (1921). “Über die verschiedenen Arten des radioaktiven Zerfalls und die Möglichkeit ihrer Deutung aus der Kernstruktur”. Zeitschrift für Physik 4: 146-156.
↑ Мухин К. Привлекательный мир микрофизики // Наука и жизнь. — 2015. — № 10. — С. 96—103.
↑ W. Heitler, G. Herzberg (1929). “Gehorchen die Stickstoffkerne der Boseschen Statistik?”. Naturwissenschaften 17: 673.
↑ А. И. Ахиезер, М. П. Рекало. Биография элементарных частиц. — Киев: Наукова думка, 1979. — С. 18.
↑ Ю. А. Храмов. Физики:Биографический справочник. — 2-е изд. — М.: Наука, 1983.
↑ Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика. — М.: Энергоатомиздат, 1983.
↑ Iwanenko, D.D., The neutron hypothesis, Nature 129 (1932) 798.
↑ Глесстон С. Атом. Атомное ядро. Атомная энергия. — М.: Изд-во иностр. лит., 1961.
1 2 3 Бартоломей Г. Г., Байбаков В. Д., Алхутов М. С., Бать Г. А., «Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов», Энергоатомиздат,1982
1 2 Климов А. Н., «Ядерная физика и ядерные реакторы», Энергоатомиздат, 1985
↑ Ганев И. Х., «Физика и расчёт реактора», Энергоиздат, 1981

Тэмы гэтай старонкі (2):
Катэгорыя·Ядзерная фізіка
Катэгорыя·Атамныя ядры