Атамнае ядро

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search
Ядзерная фізіка
CNO Cycle-ru.svg
Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя
Гл. таксама «Фізічны партал»

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  — метра. Існаванне ядра. абумоўлена дзеяннем ядзерных сіл, якія на кароткіх адлегласцях у шмат разоў пераўзыходзяць сілы адштурхоўвання аднайменна зараджаных пратонаў.

Гісторыя[правіць | правіць зыходнік]

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

Рассейванне зараджаных часціц можа быць растлумачана, калі выказаць здагадку такі атам, які складаецца з цэнтральнага электрычнага зарада, засяроджанага ў кропцы і акружанага аднастайным сферычным размеркаваннем супрацьлеглага электрычнасці роўнай велічыні. Пры такой прыладзе атама α- і β-часціцы, калі яны праходзяць на блізкай адлегласці ад цэнтра атама, маюць вялікія адхіленні, хоць верагоднасць 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 году ядро атама вадароду мае афіцыйны тэрмін - пратон. У 1921 годзе Лізэ Майтнер прапанавала[2] першую, пратон-электронную, мадэль будынка 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 усталявалі[4], што ядро атама азоту падпарадкоўваецца статыстыцы Базэ - 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 электрычным нейтральная часціца, названая нейтронам. У тым жа годзе Іваненка[8] і, незалежна, Гайзенберг вылучылі гіпотэзу аб пратон-нейтроннай структуры ядра. У далейшым, з развіццём ядзернай фізікі і яе прыкладання, гэтая гіпотэза была цалкам пацверджана[9].

Ядзерна-фізічныя характарыстыкі[правіць | правіць зыходнік]

Зарадавы лік цалкам вызначае хімічны элемент. Пара лікаў і (масавы лік) цалкам вызначае нуклід. Можна разгледзець некаторыя ядзерна-фізічныя характарыстыкі нуклідаў з зададзенымі зарадавымі і масавымі лікамі.

Зарад[правіць | правіць зыходнік]

Лік пратонаў у ядры 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 , якая змяняецца на адзінку ад элемента да элемента і роўная адзінцы для вадароду:

дзе і  — 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[правіць | правіць зыходнік]

З-за розніцы ў ліку нейтронаў ізатопы элемента маюць розную масу , 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 адпавядае поўная энергія:

, дзе  — скорасць святла ў вакууме.

Суадносіны паміж а. а. м. і яе энергетычным эквівалентам у джоўлях:

,

а так як 1 электронвольт = 1,602176×10−19 Дж, то энергетычны эквівалент а. а. м. у МэВ роўны[10][12]:

Радыус[правіць | правіць зыходнік]

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

дзе  — канстанта.

Так як радыус ядра не з'яўляецца толькі геаметрычнай характарыстыкай і звязаны перш за ўсе з радыусам дзеяння ядзерных сіл, то значэнне залежыць ад працэса, пры аналізе якога атрымалася значэнне , асераднёнае значэнне м. Такім чынам, радыус ядра ў метрах[10][11]:

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Заўвагі[правіць | правіць зыходнік]

  1. Што выклікана толькі зручнасцю практычных вымярэнняў мас атамаў.
  2. Рэзерфорд, даследуючы працэс рассейвання α-часціц на ядрах, ацаніў памеры ядра — парадку 10−14 м.

Зноскі[правіць | правіць зыходнік]

  1. Кудрявцев П. С. Открытие атомного ядра // Курс истории физики. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Просвещение, 1982. — 448 с.
  2. Meitner, L. (1921). "Über die verschiedenen Arten des radioaktiven Zerfalls und die Möglichkeit ihrer Deutung aus der Kernstruktur". Zeitschrift für Physik 4: 146-156. 
  3. Мухин К. Привлекательный мир микрофизики // Наука и жизнь. — 2015. — № 10. — С. 96—103.
  4. W. Heitler, G. Herzberg (1929). "Gehorchen die Stickstoffkerne der Boseschen Statistik?". Naturwissenschaften 17: 673. 
  5. А. И. Ахиезер, М. П. Рекало. Биография элементарных частиц. — Киев: Наукова думка, 1979. — С. 18.
  6. Ю. А. Храмов. Физики:Биографический справочник. — 2-е изд. — М.: Наука, 1983.
  7. Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика. — М.: Энергоатомиздат, 1983.
  8. Iwanenko, D.D., The neutron hypothesis, Nature 129 (1932) 798.
  9. Глесстон С. Атом. Атомное ядро. Атомная энергия. — М.: Изд-во иностр. лит., 1961.
  10. 10,0 10,1 10,2 Бартоломей Г. Г., Байбаков В. Д., Алхутов М. С., Бать Г. А., «Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов», Энергоатомиздат,1982
  11. 11,0 11,1 Климов А. Н., «Ядерная физика и ядерные реакторы», Энергоатомиздат, 1985
  12. Ганев И. Х., «Физика и расчёт реактора», Энергоиздат, 1981