Основна информация за атомните ядра
Атомното ядро е централната и много компактна част на атома, в която са концентрирани почти цялата му маса и целият положителен електрически заряд. Ядрото, задържащо електроните близо до себе си от кулоновските сили в количество, което компенсира положителния му заряд, образува неутрален атом. Повечето ядра имат форма, близка до сферична, и диаметър ≈ 10 -12 cm, което е с четири порядъка по-малко от диаметъра на атома (10 -8 cm). Плътността на материята в сърцевината е около 230 милиона тона/cm 3. За обозначаване на атомно ядро се използва символът на химичния елемент на атома, който включва ядрото, а горният ляв индекс на този символ показва броя на нуклоните (масово число А) в това ядро, а левият индекс показва броят на протоните Z в него .
Ядрото е система от плътно натъпкани протони и неутрони, движещи се със скорост 10 9 -10 10 cm/sec и задържани от мощни и близки ядрени сили на взаимно привличане (зоната им на действие е ограничена от разстояния от ≈ 10 -13 см.) Протоните и неутроните имат размер около 10 - 13 см и се разглеждат като две различни състояния на една частица, наречена нуклон. Радиусът на ядрото може да бъде приблизително изчислен по формулата R ≈ (1.0-1.1) · 10 -13 A 1/3 cm, където A е броят на нуклоните (общият брой протони и неутрони) в ядрото.
Ядреното взаимодействие (взаимодействие между нуклоните в ядрото) възниква поради факта, че нуклоните обменят мезони. Това взаимодействие е проява на по-фундаментално силно взаимодействие между кварки, които изграждат нуклони и мезони (по същия начин, силите на химическата връзка в молекулите са проява на по-фундаментални електромагнитни сили).
Известни са около 3000 ядра, които се различават едно от друго или по броя на протоните, или по броя на неутроните, или и двете. Повечето от тях са изкуствено получени. Само 264 ядра са стабилни, т.е. не изпитват никакви спонтанни трансформации във времето, наречени разпадания. Останалите се подлагат на различни форми на разпад - алфа разпад (излъчване на алфа частица, т.е. ядрото на хелиев атом); бета разпад (едновременно излъчване на електрон и антинейтрино или позитрон и неутрино, както и поглъщане на атомен електрон с излъчване на неутрино); гама разпад (излъчване на фотон) и други.
Различните видове ядра често се наричат нуклиди. Нуклидите с еднакъв брой протони и различен брой неутрони се наричат изотопи. Нуклидите с еднакъв брой нуклони, но различни съотношения на протони и неутрони се наричат изобари. Леките ядра съдържат приблизително еднакви количества протони и неутрони. В тежките ядра броят на неутроните е около 1,5 пъти повече от броя на протоните. Най-лекото ядро е ядрото на водородния атом, което се състои от един протон. Най-тежките известни ядра (получени са изкуствено) имат брой нуклони ≈ 290. От тях 116-118 са протони.
Различните комбинации от броя на протоните Z и неутроните съответстват на различни атомни ядра. Атомните ядра съществуват (т.е. техният живот t> 10 -23 s) в доста тесен диапазон от промени в числата Z и N. В този случай всички атомни ядра са разделени на две големи групи - стабилни и радиоактивни (нестабилни). Стабилните ядра са групирани близо до линията на стабилност, която се определя от уравнението. Най-тежките стабилни изотопи са изотопите на оловото (Z = 82) и бисмута (Z = 83). Тежките ядра, заедно с процесите на β + и β - разпадане, също са обект на α-разпад (жълт цвят) и спонтанно делене, които се превръщат в основните им канали на разпадане. Когато се комбинират две леки ядра (синтез) и деление на тежко ядро на два по-леки фрагмента, се отделя много енергия. Тези два метода за получаване на енергия са най-ефективните от всички известни. Така че 1 грам ядрено гориво се равнява на 10 тона химическо гориво. Ядреният синтез (термоядрени реакции) е източникът на енергия за звездите. Неконтролиран (експлозивен) синтез се получава, когато се детонира термоядрена (или така наречената „водородна“) бомба. Контролираният (бавен) синтез е в основата на обещаващия енергиен източник в процес на разработване - термоядрен реактор.
Неконтролирано (експлозивно) делене се получава, когато атомна бомба експлодира. Контролирано делене се извършва в ядрени реактори, които са източници на енергия в атомните електроцентрали.
За теоретичното описание на атомните ядра се използват квантовата механика и различни модели.
Ядрото може да се държи както като газ (квантов газ), така и като течност (квантова течност). Студената ядрена течност има свръхтечни свойства. В силно нагрято ядро нуклоните се разпадат в съставните си кварки. Тези кварки си взаимодействат, като обменят глуони. В резултат на това разпадане, наборът от нуклони вътре в ядрото се трансформира в ново състояние на материята - кварк-глюон плазма
Ядрена маса и свързваща енергия.
Важна характеристика на атомните ядра е масата на ядрото. Масите на ядрата могат да бъдат получени чрез разглеждане на енергийния и импулсен баланс на частиците, участващи в ядрени реакции, както и при масспектрометрични експерименти.
Ядрената маса се измерва в атомни единици за маса (amu). За една атомна единица маса се взема 1/12 от масата на неутрален въглероден атом 12 С:
1 ч. Сутринта = 1,6606 10-27 кг.
А.У.М. изразено в енергийни единици:
1 amu m = 1,510-3 ерг = 1,510-10J = 931,49 MeV
Масата на ядрото винаги е по-малка от сумата от масите на съставните му нуклони. Излишната маса Δ е свързана с масата на атома Mat (A, Z) и масовото число A чрез съотношението:
Ядрените частици - протони и неутрони - са здраво задържани вътре в ядрото, поради което между тях действат много големи сили на привличане,способни да издържат на огромните отблъскващи сили междучрез заредени протони. Тези специални сили, които възникват на малки разстояния между нуклоните, се наричат ядрени сили. Ядрените сили не са електростатични (Кулон).
Изследването на ядрото показа, че ядрените сили, действащи между нуклоните, имат следните характеристики:
а) това са сили с малък обсег на действие - проявяващи се на разстояния от порядъка на 10 -15 м и рязко намаляващи дори при леко увеличение на раситестоящ;
б) ядрените сили не зависят от това дали частицата (нуклонът) има заряд - заобикновена независимост на ядрените сили. Ядрените сили, действащи между неутрон и протон, между два неутрона, между два протона са равни. Протонът и неутронът са еднакви по отношение на ядрените сили.
Енергията на свързване е мярка за стабилността на атомното ядро. Енергията на свързване на ядрото е минималната енергия, необходима за разделяне на ядрото на съставните му нуклони (протони и неутрони). Ядрото е система от свързани нуклони, състояща се от Z протони (масата на протон в свободно състояние mp) и N неутрони (масата на неутрон в свободно състояние mn). За да разделите ядрото на сложни нуклони, трябва да похарчите определена минимална енергия W, наречена свързваща енергия. В този случай покоящото се ядро с маса М преминава в набор от свободно почиващи протони и неутрони с обща маса Zmp + Nmn. Енергията на ядрото в покой е Mc 2. Енергията на освободените нуклеони в покой (Zmp + Nmn) s 2. В съответствие със закона за запазване на енергията Мс 2 + W = (Zmp + Nmn) с 2. Или W = (Zmp + Nmn) s 2 - Ms 2. Тъй като W> 0, тогава M -13 J). За да се разкъса химическа връзка, енергията е необходима 10 6 пъти по-малко.
- Основните разпоредби на теорията на Бор - Зомерфелд - СТРУКТУРА НА АТОМА - АТОМНА ФИЗИКА - ФИЗИКА - Учебник
- Обща информация за лазерната стоматология
- Основната разлика между икономическата наука и другите науки
- Основната основа на социално-психологическата структура на личността
- Кухня в италиански стил основни насоки на дизайн