30. Ядро атома: состав, размеры, плотность. Энергия связи ядра атома, удельная энергия связи.

Атомное ядро состоит из элементар­ных частиц — протонов р и нейтронов n.

Протон (р) имеет положительный за­ряд, равный заряду электрона, и массу покоя m_p=1,6726•10^-27 кг 1836m_e, где m_e — масса электрона. Нейтрон (n) — нейтральная частица с массой покоя m_n=1,6749•10^-27кг 1839m_e,. Протоны и нейтроны называются нуклонами. Общее число нукло­нов в атомном ядре называется массовым числом А. Таким образом, число нейтронов в ядре: N = A – Z.

Ядро атома обозначается , где Х - символ элемента в таблице Менделеева, соответствующего данному атому (напри­мер, - ядро атома углерода с 6 протонами и 6 нейтронами). Ядра с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтро­нов называются изотопами (например, - изотопы водорода, изотопы углерода и т.п.).

Радиус ядра Rя, м, приближенно можно найти по формуле:

Сумма масс протонов Zm_p и нейтронов Nm_n, при слиянии ко­торых образовалось ядро, всегда больше массы этого ядра на ве­личину Δm = Zm_p + Nm_n - m_я, называемую дефектом массы. Это можно объяснить, если учесть, что ядро может быть разделено на отдельные частицы только с помощью затраты энергии. Ее называют энергией связи ядра Е_св. Это энергия, необходимая для разделения ядра на образующие его нуклоны и удаление их друг от друга на расстояние больше радиуса действия ядерных сил. Согласно теории относитель­ности энергии всегда соответствует масса Е = тс².

Поэтому при разделении ядру сообщается энергия (например, в виде γ-кванта) и масса увеличивается, а при слиянии частиц энергия Е_св освобождается (например, в виде γ-кванта излучается в пространство) и масса ядра оказывается меньше на Δm. Из ска­занного и формулы массы и энергии следует: Е_св=с²Δm.

В формуле для Δт удобно вместо т_р брать массу атома , а вместо т_п брать массу атома т_а, соответствующего этому ядру, так как именно т_а, приводится в справочниках. Тогда с хорошей точностью:

Распространенной характеристикой ядра является удельная энергия связи – энергия связи, приходящаяся на 1 нуклон. Е_уд = Е_св/ А. Удельная энергия связи зависит от массового чис­ла А элемента (рис. 342).

31. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Виды радиоактивного распада. Экологические аспекты радиоактивности.

Ядер > 2500, Хим. элементов ≥ 100

Более 90% - неустойчивые и самопроизвольно подвергаются преобразованию. Этот процесс превращения ядер одного элемента в ядра другого называется радиоактивностью.

N – радиоактивных ядер; dt – время; dN – распалось;

-dN~Ndt

-dN=λNdt

λ – постоянная радиоактивного распада (индивидуальная характеристика конкретного вида ядер, не зависит от внешних условий).

λ характеризует вероятность распада конкретного ядра в данный момент времени.

- закон радиоактивного распада (показывает, как быстро убывают ядра).

Среднее время жизни радиоактивного ядра: τ = 1/λ.

Время, за которое распадается половина имеющихся ядер данного изотопа, называется его периодом полураспада, причем

Число распадов в единицу времени, происходящих в данной массе радиоактивного вещества, называется активностью. Активность: а = λN, где N – число атомов радиоактивного элемента.

Виды радиоактивного излучения:

1. α – распад: , их E_k определяется по длине свободного пробега.

n – число α-частиц, регистрируемых счетчиком;

l_{св. пробега} – расстояние от источника радиоактивного излучения до счетчика.

На длине свободного пробега α-частицы расходуют свою кинетическую энергию на ионизацию вещества. В разных веществах длина свободного пробега различна.

α-излучение обладает биологической опасностью, т.к. ионизирует атомы клеток, нарушая их правильную работу.

Внутри ядра существует объединение протонов и нейтронов в виде α-частицы. Её энергия отрицательна. Она в потенциальной яме. α – распад доказывает правомерность уравнения Шредингера и доказывает справедливость квантовой физики.

2. β – распад:

- β^-, электронный распад

При β – распаде помимо электрона вылетает еще одна частица, которая и уносит эту разность энергий: - нейтрино.

β⁺-распад, позитронный (антиэлектронный) распад – искусственный путь.

К-захват: Ядро захватывает электрон с ближайшей к нему электронной оболочки.

На освободившееся в электронной оболочке место переходят электроны с более высоких уровней и это сопровождается излучением характеристического рентгеновского спектра.

γ-лучи сопровождают α- и β-распад. Свидетельствуют о квантовании энергии ядра. Получившееся в результате распада ядро может быть в возбужденном состоянии и, излучая γ-квант переходит в основное.

γ-лучи обладают большой проникающей способностью, регистрируются по ионизации ими вещества: фотоэффект, эффект Комптона, рождение позитрон-электронной пары.

Обратный процесс: аннигиляция

Вещество + активное вещество→энергия