Реферат

Будова ядра. Радіоактивність

Будова ядра. Заряд і масове число ядра

До 1932 р. фізикам були відомі тільки три елементарні частинки: електрон, протон і фотон. Тому було зроблено припущення, що ядро атома складається із протонів і електронів (протонно-електронна гіпотеза). Вважалось, що до складу ядра з порядковим номером Z у періодичній системі елементів Менделєєва і масовим числом А входить А протонів і А – Z електронів. Відповідно до цієї гіпотези електрони, що входили до ядра, виконували роль "цементуючого" засобу, за допомо-гою якого позитивно заряджені протони утримувались у ядрі. Прибічники протонно-електронної гіпотези складу атомного ядра вва-жали, що - - радіоактивність є підтвердженням справедливості гіпотези. Проте ця гіпотеза виявилась нездатною пояснювати ряд експеримен-тальних даних і була відкинута. Одне з таких утруднень - це неспро-можність пояснити те, чому спін ядра азоту дорівнює одиниці. Відповідно до протонно-електронної гіпотези, ядро азоту повинно складатись з 14 протонів і 7 електронів. Спін протонів і електронів дорівнює 1/2. Тому ядро азоту, яке складається відповідно до цієї гіпотези з 21 частинки, повинно мати спін 1/2, 3/2. ... 21/2. Ця невідповідність протонно-електронної гіпотези була названа "азотною катастрофою". Зовсім незрозумілим було також і те, що при наявності електронів у ядрі його магнітний момент має мале числове значення порівняно з магнітним моментом електрона.

У 1932 р. Дж. Чедвік відкрив нейтрон. Після відкриття нейтрона Д. Д. Іваненко (н. 1904 р.) і Є. М. Гапон (1904 1950) висунули гіпотезу про протонно-нейтронну будову атомного ядра, яку детально розробив В. Гейзенберг. Протонно-нейтронний склад ядер підтверджується не тільки теоретичними обґрунтуваннями, але й безпосередніми дослідами по розщепленню ядер на протони і нейтрони. Тепер загальноприйнято, що атомні ядра складаються із протонів і нейтронів, які називають також нуклонами (від латинського слова nucleous — ядро, зерно).

Основними характеристиками атомних ядер, які виражають їх індивідуальність, є електричний заряд, маса, спін, електричний та магнітний моменти, енергія зв'язку та ін.

Електричний заряд ядра позитивний. Носієм позитивного заряду яд-ра є протони. Оскільки заряд протона чисельно дорівнює заряду елек-трона е. то можна записати, що заряд ядра дорівнює Zе (Z - ціле число, яке вказує порядковий номер хімічного елемента у періодичній системі елементів Менделєєва). Число Z. також виражає кількість протонів у ядрі та кількість електронів у атомі. Електричний заряд є однією з основних характеристик атомного ядра, від якої залежать оптичні, хімічні та інші фізичні властивості атомів.

Другою важливою характеристикою є маса атомного ядра. Масу ато-мів і ядра у фізиці виражають в атомних одиницях маси (а. о. м.). За атомну одиницю маси приймається 1/12 частина маси нукліда вуглецю :

= 1,660 53 *10-24 г= 1,660 53*10-27 кг,

де NA = 6,022*1023 моль-1 - число Авогадро.

Згідно із співвідношенням Ейнштейна =тс2, масу атомів виража-ють також в одиницях енергії. Так, маса протона mp = 1,0072764 а. о. м. = 938,2796 МеВ, маса нейтрона mn = 1,008665 а.о.м. = 939,5731 МеВ, а маса електрона тe = 5,49*10-4 а. о. м. = 0,511 МеВ. Оскільки маса елек-тронів дуже мала порівняно з масою ядра, то маса ядра майже збігається з масою атома.

Маса атомів дещо відрізняється від цілих чисел. Маса ядра, вираже-на в а. о. м. і заокруглена до цілого числа, називається масовим числом А. Масове число виражає кількість нуклонів у ядрі атома. Ядро атома даного елемента позначають хімічним символом елемента, зверху біля символу вказують масове число А, а внизу - порядковий номер Z (кількість протонів) ядра Z. Тоді нейтронів у ядрі буде А-Z. Атомні ядра з однаковою кількістю протонів, але з різними масовими числами нази-вають ізотопами. В середньому кожному значенню Z відповідає біля трьох стабільних ізотопів. У деяких елементів число стабільних і не-стабільних ізотопів досягає десятків. Так, уран має чотирнадцять ізотопів: від

Більшість хімічних елементів, що існують у природі, являють собою суміш кількох ізотопів. Саме наявністю ізотопів пояснюється той факт, що деякі природні елементи мають атомні маси, які відрізняються від цілих чисел. Так, природний хлор складається з 76 % та 24 % і його атомна маса 35,5 а. о. м. У переважній більшості атоми ізотопів (крім водню) мають майже однакові фізичні та хімічні властивості. За своїми чисто ядерними властивостями ізотопи істотно відрізняються. Одні з них можуть бути стабільними, інші — радіоактивними.

Ядра з однаковими масовими числами, але різними значеннями Z на-зивають ізобарами, наприклад, Ядра з однаковою кількістю нейтронів називають ізотонами. Серед легких ядер трапляються так звані "дзеркальні" пари ядер. Це такі пари, у яких числа Z і А–Z міняються місцями. Прикладами таких пар є та ін.

Вважаючи атомне ядро приблизно сферичним, можна ввести понят-тя його радіуса R. Зазначимо, що в деяких ядрах є незначне відхилення від сферичної симетрії у розподілі електричного заряду. Крім того. атомні ядра не статичні, а динамічні системи, і поняття радіус ядра не можна уявляти як радіус кульки. Тому під розмірами ядра необхідно розуміти розміри тієї області, в якій проявляється дія ядерних сил.

При створенні кількісної теорії розсіяння -частинок Е. Резерфорд виходив із припущень, що атомне ядро і -частинка взаємодіють за за-коном Кулона, тобто що електричне поле навколо ядра має сферичну симетрію. Розсіяння -частинки відбувалось у повній відповідності з формулою Резерфорда. Це має місце для -частинок, енергія яких мала. При цьому частинка не спроможна подолати