Состав атомного ядра

До 1932 г. состав атомного ядра науке был неизвестен. До этого момента были известны только две элементарные частицы — электрон и протон. Третья важнейшая частица — нейтрон — была открыта английским физиком Д. Чедвиком в 1932 г. В этом же году российским физиком Д. Д. Иваненко впервые предложена протонно-нейтронная модель атомного ядра, что было сразу же поддержано и развито В. Гейзенбергом. Сейчас эта модель является общепризнанной.

Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, которые называют еще и нуклонами. Число протонов в ядре равно атомному номеру элемента Z в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Сумму числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре называют массовым числом А:

Протон обладает зарядом +е, т.е. положительным зарядом, равным по абсолютной величине заряду электрона. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона:

Электрический заряд нейтрона равен нулю. Масса нейтрона больше массы протона:

Ядра с одинаковыми Z, но разными массовыми числами А называют изотопами. Большинство элементов таблицы Менделеева имеет по нескольку стабильных изотопов.

Нейтрон в свободном состоянии нестабилен — с периодом полураспада около 12 мин он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон и элементарную частицу, называемую антинейтрино (v). Схему распада нейтрона можно записать так:

Важно отметить, что несмотря на отсутствие электрического заряда нейтрон обладает магнитными свойствами, характеризующимися величиной собственного магнитного момента. Магнитными моментами обладают все три основные элементарные частицы: протон, нейтрон и электрон.

Энергия связи ядра атома

Масса покоя любого ядра тя всегда меньше суммы масс покоя входящих в него нуклонов:

Соотношение (3.9) отражает тот факт, что при объединении нуклонов в ядро происходит выделение энергии, которая и называется энергией связи ядра, так как именно столько энергии необходимо будет сообщить ядру, чтобы вновь его разъединить на нуклоны. Иначе разложить ядро на нуклоны невозможно, потому что любой нуклон может существовать только со своей определенной массой и без сообщения энергии ему будет не хватать массы (Е = тс2), что и будет препятствием к разделению ядра.

Величина энергии связи ядра очень велика. Например, образование 2 г гелия приводит к выделению такой же энергии, что и при сгорании вагона каменного угля.

Если поделить энергию связи всего ядра ?св на число нуклонов в ядре А, то получим удельную энергию связи нуклона в ядре. Она известна для всей таблицы Менделеева и представлена на рис. 53.

Рис. 53

Максимальной энергией связи обладают ядра с массовыми числами Лпах = 50—60. Здесь энергия связи достигает 8,7 МэВ/нуклон. Затем с ростом А удельная энергия связи плавно уменьшается и для самого тяжелого природного элемента урана составляет 7,5 МэВ/нуклон. Два характерных спада на кривой зависимости удельной энергии связи от массового числа А (относительно крутой спад при уменьшении А и более пологий спад при увеличении А по сравнению с Атах) делают возможным осуществление двух энергетически выгодных процессов: деления тяжелых ядер на более легкие и синтеза (или слияния) легких ядер в более тяжелое.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >