Вопрос 2. Состав атомного ядра. Нуклоны и их взаимопревращаемость.
Ядра атомов химических элементов состоят из двух видов частиц – протонов и нейтронов. Эти частицы носят название нуклонов. Протонно-нейтронная модель ядра была предложена в 1932 г. одновременно и независимо физиками Иваненко и Гейзенбергом.
Масса протона 
=1836 
. Собственный магнитный момент протона примерно в 660 раз меньше, чем магнитный момент электрона. Масса протона составляет 1,673∙ 
кг, или 1,00728 а.е.м.
Протон обладает зарядом +е, имеет спиновое число, равное половине (s= 
) и собственный магнитный момент
,
где 
= eh/(2 
)=5,05∙ 
- ядерный магнетон.
Протонотносится к числу стабильных элементарных частиц.
Нейтрон имеет массу 
∙ 
кг, не обладает электрическим зарядом и, также как и протон, имеет спиновое число s = . Магнитный момент нейтрона 
= -1,91 
. Знак минус указывает на то, что направления собственных механического и магнитного моментов противоположны.
В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен). Он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон, испуская электрон
(-е) и еще одну частицу, называемую антинейтрино ( 
):
. (22.1)
Его период полураспада равен, примерно, 12мин.
Масса антинейтрино пренебрежимо мала по сравнению с массами частиц, фигурирующих в правой части уравнения (22.1). Масса нейтрона больше массы протона на 2,5 
. Следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц в правой части (22.1) на 1,5 me , т.е. на 0,77 МэВ. Эта энергия выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.
Одной из важнейших характеристик атомного ядра является зарядовое число 
. Оно равно количеству протонов, входящих в состав ядра, и определяет его заряд, равный + 
. Число определяет порядковый номер химического элемента в периодической таблице Менделеева.
Число нуклонов (т.е. суммарное число протонов и нейтронов) в ядре обозначается буквой А и называется массовым числом ядра. Число нейтронов в ядре равно N=A - Z.
Для обозначения ядер применяется символ 
, где под Х подразумевается химический символ данного элемента. Ядра с одинаковым числом Z называется изотопами. Большинство химических элементов имеют по нескольку стабильных изотопов. Например, водород имеет три изотопа: 
; 
; 
. Изотоп 
радиоактивен. У кислорода имеется три стабильных изотопа: 
; 
; 
; у олова – десять и т.д. В подавляющем большинстве изотопы одного химического элемента обладают одинаковыми химическими и близкими физическими свойствами. Всего известно около 300 устойчивых изотопов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов.
Ядра с одинаковыми массовыми числами А называются изобарами
( 
; 
). Ядра с одинаковым числом нейтронов N=A-Z носят название изотонов ( 
; 
).Наконец, существуют радиоактивные ядра с одинаковыми Z и A, отличающимися периодом полураспада ( 
).Они называются изомерами. Например, имеются два изомера этого ядра, у одного из них период полураспада равен 18 мин, у другого − 4,4 часа.
В природе встречаются элементы с атомными номерами Z от 1 до 92, исключая технеций ( 
) и прометий ( 
). Плутоний ( 
) в небольших количествах обнаружен в природном минерале – смоляной обманке. Остальные трансурановые (т.е. заурановые) элементы с Z от 93 до 118 были получены искусственным путем посредством различных ядерных реакций. Следует отметить, что ядра всех трансурановых элементов являются короткоживущими, т.е. их период полураспада исчисляется долями секунды. В первом приближении ядро можно считать шаром, радиус которого довольно точно определяется формулой:
Ферми, (22.2)
(Ферми– единица длины в ядерной физике, равная 
м). Из формулы
(22.2) следует, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Таким образом, плотность вещества во всех ядрах примерно одинакова. Соотношение (22.2) получено на основе опытов по рассеянию электронов высоких энергий на ядрах.
Протоны и нейтроны являются фермионами, т.к. имеют спин ħ/2. Ядро атома имеет собственный момент импульса– спин ядра:
,
где I – внутреннее (полное) спиновое квантовое число.
Число I принимает целочисленные или полуцелые значения 0, 1/2, 1, 3/2, 2 и т.д. Ядра с четными А имеют целочисленный спин(в единицах ħ) и подчиняются статистике Бозе–Эйнштейна (ядра – бозоны). Ядра с нечетными А имеют полуцелый спин(в единицах ħ) и подчиняются статистике Ферми–Дирака(т.е. ядра – фермионы).
Ядерные частицы имеют собственные магнитные моменты, которыми определяется магнитный момент ядра Pmяд в целом. Единицей измерения магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон μЯД:
.
Ядерный магнетон в mp/me = 1836,5 раз меньше магнетона Бора, отсюда следует, что в основном магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов.
Между спином ядра Lяд и его магнитным моментом имеется соотношение:
Pmяд= γяд Lяд,
где γяд – ядерное гиромагнитное отношение.
Дата добавления: 2017-10-04; просмотров: 1337;
Поиск по сайту
Узнать еще
- II. Кризис Османской империи. «Восточный вопрос» и положение в провинциях
- IV. Права и обязанности личного состава службы
- V. Подготовка личного состава службы
- VI. Тормоза подвижного состава
- VII. Клей разных составов
- VIII. Сигналы, применяемые для обозначения поездов, локомотивов и другого железнодорожного подвижного состава
- А. КРОВЬ 43. Состав крови
- Автоматизация составления технического задания и технической концепции на проектирование (подбор) муфты
Публикации по технике и механике
Публикации по биологии
Публикации по информатике
Публикации по строительству
Публикации по физике
Публикации по химии
Публикации по электронике
Публикации по искусству
Публикации по истории
Публикации по медицине
