51.Общая характеристика атомных ядер.

Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц атомами показали, что атом имеет электронную оболочку и ядро малых размеров. Ядром называется центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома (99,6%) и весь его положительный заряд. В 1919 г. Резерфорд обнаружил, что при бомбардировке ядер азота ¹⁴N α-частицами из него вылетают положительно заряженные частицы. Величина заряда этих частиц была равна величине заряда электрона, но противоположна по знаку.

Масса частицы была почти в 2000 раз больше массы электрона. Обнаруженную частицу назвали протоном. 1932 г. Д. Чедвик показал, что это новая, нейтральная частица с массой, приблизительно равной массе протона. Ее назвали нейтроном.Сразу после открытия нейтрона Д. Иваненко и В. Гейзенберг независимо друг от друга выдвинули гипотезу, согласно которой ядро атома любого химического элемента состоит из двух видов элементарных частиц – протонов и нейтронов, которые являются двумя зарядовыми состояниями ядерной частицы, называемой нуклоном. Заряд ядра равен суммарному заряду входящих в ядро протонов Ze, где Z – порядковый номер элемента в периодической системе Менделеева (зарядовое число, атомный номер ядра). Число Z определяет количество электронов в атоме и протонов в его ядре, т.к. атом в целом электронейтрален. Количество нейтронов в ядре обозначается N. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом ядра А: A = N + Z

Время жизни протона t1032 лет. Время жизни нейтрона в свободном состоянии t11,7 минут. Он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон, испуская при этом электрон и антинейтрино. Схему распада нейтрона можно написать следующим образом: n → p + e + ν~

В ядре он стабилен.Протон, нейтрон и электрон имеют спиновое число, равное 1/2.Ядро химического элемента обозначают символом _Z^AХ, где Х – символ атома химического элемента в периодической системе Менделеева, А – массовое число или общее число нуклонов, Z – зарядовое число, или число протонов. Для всех ядер .Ядра, имеющие одно и то же зарядовое число при различном количестве нейтронов называются изотопами. Все химические элементы представляют собой природные смеси изотопов.например, водород имеет три изотопа: легкий изотоп с ядром ₁¹Н (протий), тяжелый изотоп с ядром ₁²Н (дейтерий) и искусственно полученный изотоп с ядром ₁³Н (тритий). У урана (Z=92) имеется 12 изотопов с массовыми числами отА=228 до А=239. Всего известно около 300 устойчивых изотопов и более 2000 естественных и искусственно полученных неустойчивых (так называемых радиоактивных) элементов.Ядра, имеющие одно и то же значение массового числа при различных зарядовых числах, называются изобарами. Ядра, имеющие одинаковое число нейтронов, называются изотонами. Например – ₆¹³C, ₇¹⁴N, ₈¹⁵O.Существуют радиоактивные ядра с одинаковымиА и Z, отличающиеся периодом полураспада. Они называются изомерами. Например, существуют два изомера ядра ₃₅⁸⁰Br, у одного из них период полурапада равен 18 минут, у другого – 4,4 часа.В зависимости от четности числа входящих в ядро протонов и нейтронов, ядра могут быть четно-четными, четно-нечетными, нечетно-четными и нечетно-нечетными. Во всех случаях первой указывается четность числа протонов.Спиновое число ядраI слагается из спинов нуклонов и их орбитальных моментов. Для вычисления спина ядра имеет значение четность чисел Z и N. У четно-четных ядер спиновое число равно нулю, у нечетно-нечетных – целому числу. У ядер с нечетнымА спиновое число имеет дробное значение: 1/2, 3/2, 5/2 и т.д. В основных состояниях всех стабильных ядер результирующее спиновое число ≤ 9/2. Это указывает на то, что спины большинства нуклонов в ядре взаимно компенсируют друг друга, располагаясь антипараллельно.Знание полного спинового числа позволяет определить собственный момент импульса ядра или спин ядраL = ћ(I(I + 1))^0,5

Ядерные силы и их свойства.

Огромная энергия связи нуклонов в ядре говорит о том, что между ними имеется очень сильное взаимодействие, носящее характер притяжения. Оно удерживает нуклоны в ядре на расстоянии ~ 10^-15 м друг от друга, несмотря на отталкивание между протонами. Ядерное взаимодействие получило название сильного взаимодействия. Его можно описать с помощью поля ядерныхсил, которые нельзя свести ни к одному из типов сил, известных в классической механике (электромагнитным или гравитационным). Ядерные силы свойств:1.Короткодействие. Радиус действия ядерных сил составляет (1,5÷2,2)·10^-15 м.2.Зарядовая независимость – притяжение между двумя нуклонами в ядре одинаково, независимо от зарядового состояния нуклона, то есть два нейтрона притягиваются друг к другу с такой же силой, что и два протона или протон с нейтроном.3.Ядерные силы нецентральные – их нельзя представить действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклоновнейтрон и протон удерживаются вместе в ядре дейтерия, только если их спины параллельны.4.Насыщенность нуклон в ядре взаимодействует не со всеми оставшимися нуклонами, а лишь с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов