Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow ФИЗИКА: ОПТИКА. ЭЛЕМЕНТЫ АТОМНОЙ И ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Посмотреть оригинал

ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

СТРОЕНИЕ И ВАЖНЕЙШИЕ СВОЙСТВА ЯДЕР

Заряд, масса, размер и состав атомного ядра

Исследуя прохождение а-частицы через тонкую золотую фольгу, Э. Резерфорд пришел к выводу о том, что атом состоит из тяжелого положительно заряженного ядра и окружающих его электронов.

Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточены практически вся масса атома и его положительный заряд.

В состав атомного ядра входят элементарные частицы: протоны и нейтроны (нуклоны от лат. nucleus - ядро). Такая протоннонейтронная модель ядра была предложена советским физиком Д.Д. Иваненко в 1932 г. Протон имеет положительный заряд е+= 1,6-10 19 Кл и массу покоя тр= 1,673 10 27кг = 1836/ие. Нейтрон (п) - нейтральная

^ * —27

частица с массой покоя т„ = 1,675-10 кг= 1839wt. (где масса электрона те равна 0,91*10 31 кг). На рис. 4.1.1 приведена структура атома гелия по представлениям конца XX - начала XXI вв.

Рис. 4.1.1

Заряд ядра равен Zey где е - заряд протона; Z - зарядовое число, равное порядковому номеру химического элемента в Периодической

системе элементов Д.И. Менделеева, т. е. числу протонов в ядре. Число нейтронов в ядре обозначается N. Как правило, Z > N.

В настоящее время известны ядра от Z— 1 до Z= 107... 1 18.

Число нуклонов в ядре A=Z + N называется массовым числом. Ядра с одинаковым Z, но различными А называются изотопами. Ядра, которые при одинаковом А имеют разные Z, называются изобарами.

Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом , где X - символ химического элемента. Например: водород Z- 1 имеет три изотопа: ]Н - протий (Z = 1, N=0), - дейтерий (Z = 1, N= 1),

Н - тритий (Z= 1, N=2) олово имеет 10 изотопов 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.

Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границы ядра. Еще Э. Резерфорд, анализируя свои опыты, показал, что размер ядра примерно равен 10 1г> м (размер атома равен 10 10 м). Существует эмпирическая формула для расчета радиуса ядра:

где /?о = (1,3- -1,7)10 15 м. Отсюда видно, что объем ядра пропорционален числу нуклонов.

Плотность ядерного вещества составляет по порядку величины 1017 кг/м3 и постоянна для всех ядер. Она значительно превосходит плотности самых плотных обычных веществ.

Протоны и нейтроны являются фермионами, т. к. имеют спин hl2.

Ядро атома имеет собственный момент импульса - спин ядра:

где / - внутреннее (полное) спиновое квантовое число.

Число / принимает целочисленные или полуцелые значения 0, 1/2, 1, 3/2, 2 и т. д. Ядра с четными А имеют целочисленный спин (в единицах h) и подчиняются статистике Бозе - Эйнштейна (бозоны). Ядра с нечетными А имеют полуцелый спин (в единицах h) и подчиняются статистике Ферми - Дирака (т. е. ядра - фермионы).

Ядерныс частицы имеют собственные магнитные моменты, которыми определяется магнитный момент ядра Рпял в целом. Единицей измерения магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон ряд:

Здесь е - абсолютная величина заряда электрона; тр - масса протона.

Ядерный магнетон в тр!те= 1836,5 раз меньше магнетона Бора; отсюда следует, что магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов.

Между спином ядра Ьял и его магнитным моментом имеется соотношение

где уяд - ядерное гиромагнитное отношение.

Нейтрон имеет отрицательный магнитный момент р„ я -1,913цЯЛ, т. к. направление спина нейтрона и его магнитного момента противоположны. Магнитный момент протона положителен и равен р/; я 2,793ряд. Его направление совпадает с направлением спина протона.

Распределение электрического заряда протонов по ядру в общем случае несимметрично. Мерой отклонения этого распределения от сферически симметричного является квадрупольпый электрический .момент ядра Q. Если плотность заряда считается везде одинаковой, то Q определяется только формой ядра. Так, для эллипсоида вращения

где b - полуось эллипсоида вдоль направления спина; а - полуось в перпендикулярном направлении. Для ядра, вытянутого вдоль направления спина, b > а и Q > 0. Для ядра, сплющенного в этом направлении, b < а и Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре Ь = а и (9 = 0. Это справедливо для ядер со спином, равным 0 или h!2.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы