Атомное ядро. Нуклон. Заряд, масса и размер ядра

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов – нуклонов (ТАБЛ.). Нуклон – это одна частица в различных квантовых состояниях.

Здесь m_e = 9,110∙10^–31 кг = 0,511 МэВ/c2 – масса электрона; μ_Б = 9,274·10^–24 Дж/Тл; c – скорость света в вакууме.

Заряд ядра; Q= Ze,

где Z – число протонов в ядре (зарядовое число) – порядковый номер элемента в периодической системе. Масса ядра m=Am₁, A=Z+N,

где A – массовое число, N – число нейтронов в ядре;

– атомная единица массы. Обозначение ядра:

Изотопы – ядра одного химического элемента, имеющие разную массу (разные массовые числа при одинаковом зарядовом числе). Изобары – ядра, имеющие одинаковое массовое число, но разный заряд

Размер ядра. Радиус ядра: ; Объём ядра: ; Плотность ядра:

36) Энергия связи атомного ядра и дефект масс

Масса и энергия связи ядра

Обозначения: m_p – масса протона, m_n – масса нейтрона, m_я – масса ядра, m – масса атома, m_H – масса атома водорода.

Масса ядра меньше суммарной массы нуклонов, из которых оно состоит:

энергия связи Wсв – работа, которую нужно совершить для полного разделения ядра на свободные нуклоны. Полная энергия ядра W=mc²;

или, с учётом массы электронов,

Дефект масс

Удельная энергия связи – энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон:

w_св= W_св/A

График зависимости удельной энергии связи ядер от массового числа представлен на РИС.

Тяжёлым ядрам выгодно делиться, а лёгким – сливаться.

Ядерные силы. Виртуальные частицы

Существование атомных ядер обусловлено сильным взаимодействием, описываемым ядерными силами.
Свойства ядерных сил:
1. Притяжение; ядерные силы притяжения намного больше кулоновских отталкивания.
2. Короткодействие (радиус действия ядерных сил r ~ 10–15 м). На расстояниях, много больших r, притяжение нуклонов сменяется кулоновским отталкиванием.
3. Зарядовая независимость: силы взаимодействия двух протонов, двух нейтронов и протона с нейтроном одинаковы.
4. Нецентральность: ядерные силы нецентральны.
5. Насыщение: каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом нуклонов.
6. Взаимодействие нуклонов наиболее эффективно, если их спины сонаправлены.
Виртуальные частицы.
Частицы-переносчики сильного взаимодействия в ядрах – виртуальные π-мезоны. Виртуальные частицы – частицы, испускание и поглощение которых происходит с кажущимся нарушением закона сохранения энергии. Соотношение неопределённостей: ΔWΔt³ /2
– виртуальная частица с энергией W = m_πc² (m_π – масса π-мезона) может возникнуть ниоткуда и существовать в течение времени, не превышающего Δ t ~ /W. Получается, что mπ ≈ 270me.
Если поблизости от нуклона нет других сильновзаимодеиствующих частиц, то все испущенные нуклоном π-мезоны поглощаются этим же нуклоном. Одиночныи нуклон окружен т. н. мезонной шубой. Когда два нуклона сближаются и их мезонные шубы начинают соприкасаться, создаются условия для обмена виртуальными мезонами.