Ядерная физика Состав и характеристика атомного ядра

Ат. ядро состоит из протонов и нейтронов, общее название - нуклоны.

Протон (р) - заряд +е , спин s 1 2,		масса:
собственный магнитный момент p 2, 793 я , стабилен.
Нейтрон (n) – заряда нет, спин	s 1 2,	масса
cобственный магнитный момент n	1,91 я
нестабилен и распадается:		(антинейтрино)

Период полураспада (время распада половины первоначального количества) ~ 12 мин.

P.Sэрг. Гc			eh		24
	магнетрон =		5, 05 10		/
ядерный			2mpc

1

Основные характеристики: зарядовое Z и массовое А числа.

Z = количеству протонов в ядре и определяет его электрический заряд Ze

(атомный номер).

А определяет число нуклонов в ядре, число нейтронов в ядре: N = А - Z.

ZA X -символьное обозначение ядра другое их название – нуклиды. Поскольку Z определяет элемент, то его часто не указывают

Нуклиды с одинаковым числом протонов - изотопы. Примеры

		1		11 H обычный водород - протий;
1а.е.м.			12С	21 H дейтерий, ядро дейтрон (d);
	12 6			31 H тритий, ядро тритон (t);

Нуклиды с одинаковым массовым числом - изобары:

Нуклиды с одинаковым числом нейтронов - изотоны:

Самый тяжелым их имеющихся в природе элементов:

Элементы c номерами > 92 – трансурановые. Они получены искусственно.

2

Размеры ядер. У ядер нет четко границы.

По рассеянию электронов и нуклонов на ядрах установлено:

в ядре имеется внутренняя область, где плотность постоянна; внутренний слой , где плотность падает до нуля.

Распределение концентрации нуклонов (n) в зависимости от расстояния ядра

r0 радиус ядра - расстояние от центра ядра, на котором n падает в 2 раза. Ядро можно считать сферой с радиусом:

Вывод: масса ядра, определяемая числом A, пропорциональна объему:

Плотность во всех ядрах одинакова:

3

Спин ядра - момент импульса ядра - = сумме спинов нуклонов и их орб. моментов, обусловленных движением нуклонов внутри ядра.

Спин - число, равное максимальной проекция спина на произвольную ось Z

Момент импульса ядра :	I 0,	1	,1,	3	...спин. кв. число
		2		2

В основных состояниях всех стабильных ядер I 9/2, т.е. моменты импульсов нуклонов компенсируют друг друга.

У всех ядер с четными числами протонов и нейтронов спин основного состояния I = 0.

Со спином ядра связан магнитный момент он знач - но меньше электронного

Взаимодействие магнитных моментов электронов и ядра дает расщепление уровней атомов - сверхтонкое расщепление.

4

Масса и энергия связи ядра

Масса ядра не равна сумме масс, образующих его нуклонов.

Большинство ядер устойчиво между нуклонами существует ядерное (сильное) взаимодействие - притяжение, приводит к устойчивости ядер,

несмотря на отталкивание протонов.

Энергия этого взаимодействия (энергия связи) определяется как:

E mc2			m	N	mс		2 m	N	m	я
св					я
							E555555F
m дефект масс ;

выражение *подразумевает - масса в ед. энергии

Энергией связи ядра – равная работе, затрачиваемой на расщепление ядра на составляющие его нуклоны, не сообщая им кинетической энергии.

Eсв mN mя Zmp Nmn mя
m	Eсв	Zmp A Z mn m
				5
	с2		я

Часто пользуются:
Eсв ZmH Nmn mа		учитывая, что
ZmHр Zme Zm	в то время как		mа mяe Zm

дефект массы определяют как: т.е. разность между массой (а.е.м.) и массовым числом А ядра тогда:

а энергия связи

Удельная энергия связи - энергия связи, приходящаяся на один нуклон

характеризует устойчивость (прочность) атомных ядер, т.е. чем больше ее величина тем прочнее ядро.

6

Удельная энергия связи: 1) В мах ~ 8 МэВ у е-на в атоме всего

2) Практически не зависит от А ядерные силы обладают свойством насыщения, каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом соседних нуклонов. Иначе уд. эн. св. линейно зависела А ядерные силы -короткодействующие

3) Энергетически более выгодно состояние с большей уд.эн.св., поэтому а)тяжелые ядра - делятся, б) легкие ядра - сливаются.

выделяется энергия: а) атомная

б) термоядерная

7

Свойства ядерных сил.

1)Я.С. – являются силами притяжения:

2)Я.С. - являются короткодействующими— их действие проявляется

только на расстояниях порядка 10-15 м;

3)Я.С. свойственна зарядовая независимость, что проявляется в одинаковости сил взаимодействия нуклонов

4)Я.С. свойственно насыщение: каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов;

5)Я.С. зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих

нуклонов. Например, протон и нейтрон образуют дейтрон только при условии параллельной ориентации их спинов;

6) Я.С. не являются центральными, т.е. действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.

8

Модели атомного ядра.

1. Капельная модель основана на аналогии поведения молекул в капле жидкости и нуклонов в ядре:

короткодействие ядерных взаимодействий,

одинаковая плотность ядерного вещества в разных ядрах (несжимаемость),

свойство насыщения ядерных сил.

Ядро - капля электрически заряженной несжимаемой жидкости,

подчиняющуюся законам квантовой механики.

Модель объяснила механизмы ядерных реакций их деления дала полуэмпирическую формулу для энергии связи нуклонов в ядре.

9

Оболочечная модель нуклоны движутся независимо друг от друга в

усредненном центрально-симметричном поле, остальных нуклонов ядра

Имеются дискретные энергетические уровни, заполняемые нуклонами с учетом принципа Паули.

Уровни группируются в оболочки, на которых может находиться определенное число нуклонов.

Ядра с полностью заполненными оболочками являются наиболее устойчивыми — магические ядра, у которых число протонов Z или нейтронов N равно одному из магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.

Ядра, у которых магическими являются и Z, и N, называются дважды Магическими: известно пять:

10