Ядро атама

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.

Ядзерная фізіка

Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя Асноўныя тэрміны Атамнае ядро · Ізатопы · Ізабары · · Перыяд паўраспаду · Масавы лік · · Ланцуговая ядзерная рэакцыя · Распад ядраў Закон радыеактыўнага распаду · Альфа-распад · Бэта-распад · Гама-выпраменьванне · Складаны распад Электронны захоп · Двайны бэта-распад · · Унутраная канверсія · Выпраменьванні · · · Захват Электронны захоп · · · · Дзяленне ядра Спантаннае дзяленне Ядзерны сінтэз Пратон-пратонны цыкл · · · · · · · · · Вядомыя вучоныя Бекерэль · Бетэ · Бор · Гейзенберг · Марыя Кюры · П’ер Кюры · Рэзерфорд · Содзі · Уілер · Фермі

глядзець правіць

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 ${\displaystyle 10^{-16}}$ — ${\displaystyle 10^{-17}}$ 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:

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 першую, пратон-электронную, мадэль атамнага ядра, згодна з якой яно складаецца з пратонаў, электронаў і альфа-часціц. Аднак у 1929 годзе адбылася «азотная катастрофа» — В. Гейтлер і Г. Герцберг устанавілі, што ядро атама азоту падпарадкоўваецца , а не статыстыцы Фермі — Дзірака, як прадказвала пратон-электронная мадэль. Такім чынам, гэтая мадэль уступіла ў супярэчнасць з эксперыментальнымі вынікамі вымярэнняў спінаў і магнітных момантаў ядраў. У 1932 годзе Джэймсам Чэдвікам была адкрыта новая электрычна нейтральная часціца, названая нейтронам. У тым жа годзе Іваненка і, незалежна, Гайзенберг выказалі гіпотэзу аб пратон-нейтроннай структуры ядра. У далейшым, з развіццём ядзернай фізікі і яе прыкладанняў, гэтая гіпотэза была цалкам пацверджана.

Ядзерна-фізічныя характарыстыкі

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

Зарад

Лік пратонаў у ядры ${\displaystyle Z}$ 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.

Упершыню зарады атамных ядзер вызначыў у 1913 годзе. Свае эксперыментальныя назіранні вучоны растлумачыў залежнасцю даўжыні хвалі рэнтгенаўскага выпраменьвання ад некаторай канстанты ${\displaystyle Z}$, якая змяняецца на адзінку ад элемента да элемента і роўная адзінцы для вадароду:

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

дзе ${\displaystyle a}$ і ${\displaystyle b}$ — 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.

Маса

З-за розніцы ў ліку нейтронаў ${\displaystyle A-Z}$ ізатопы элемента маюць розную масу ${\displaystyle M(A,Z)}$, 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 . 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 ${\displaystyle M}$ адпавядае поўная энергія:

${\displaystyle E=Mc^{2}}$, дзе ${\displaystyle c}$ — скорасць святла ў вакууме.

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

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

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

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

Радыус

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

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

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

Так як радыус ядра не з'яўляецца толькі геаметрычнай характарыстыкай і звязаны перш за ўсе з радыусам дзеяння ядзерных сіл, то значэнне ${\displaystyle r_{0}}$ залежыць ад працэса, пры аналізе якога атрымалася значэнне ${\displaystyle R}$, асераднёнае значэнне ${\displaystyle r_{0}=1,23\cdot 10^{-15}}$ м. Такім чынам, радыус ядра ў метрах:

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

Гл. таксама

• Дзяленне ядра

Заўвагі

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

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. Бартоломей Г. Г., Байбаков В. Д., Алхутов М. С., Бать Г. А., «Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов», ,1982
11. Климов А. Н., «Ядерная физика и ядерные реакторы», , 1985
12. Ганев И. Х., «Физика и расчёт реактора», , 1981