Ядерная физика

ЛЕКЦИЯ № 10

Ядро атома: размер ~ 10^-15 м, положительный заряд.

Z – порядковый номер атома = зарядовое число ядра,

M – массовое число ядра = масса ядра в а.е.м.

(1 а.е.м. = 1, 67× 10^-27 кг)

Изотопы: , , и т. д.

(водород: - протий, – дейтерий (дейтон), – тритий).

Водород ® гелий ® в ядре есть положительно заряженные частицы и нейтральные частицы.

Российский физик Д. Д. Иваненко ® модель ядра:

В любом ядре атома находятся нуклоны: положительно заряженные протоны p и нейтральные нейтроны n.

Протон: = 1, 6× 10^-19 Кл = 1 е, m_p = 1, 67× 10^-27 кг.

Нейтрон: q_n = 0, m_n = 1, 67× 10^-27 кг.

За счет каких сил?

1. Гравитационное притяжение нуклонов (радиус действия – неограничен)

Н.

2. Электромагнитное отталкивание протонов (радиус действия – неограничен)

Н.

Отношение F_e / F_G ~ 10³⁶.

3. Особое внутриядерное (сильное) взаимодействие между нуклонами – носит характер притяжения,

- оно короткодействующее (радиус действия ~10^-15 м),

– не зависит от заряда нуклонов,

– обладает свойством насыщения (каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом нуклонов в ядре),

– ядерные силы не являются центральными (не направлены по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов).

Типы фундаментальных взаимодействий

Обменный характер: гравитационное ® гравитоны

электромагнитное ® фотоны

сильное ® японский физик Юкава выдвинул гипотезу о существовании частиц с массой, в 200-300 раз превышающей массу электрона. Эти частицы выполняют роль носителей ядерного взаимодействия.

Эксперимент подтвердил модель Д. Д. Иваненко и предположение Юкавы! ® это p -мезоны.

Z – количество протонов в ядре,

N = M – Z –количество нейтронов в ядре.

Масса ядра в ядре

(10-1)

– дефект массы ядра.

(10-2)

– энергия связи нуклонов в ядре = энергия, которую нужно сообщить ядру, чтобы развалить его на составные части – нуклоны.

Легкие ядра ® к синтезу

Тяжелые ядра ® радиоактивный (р/а) распад.

Закон радиоактивного распада:

(10-3)

где N ₀ – первоначальное количество р/а ядер,

N - количество ядер к моменту времени t,

l – постоянная р/а распада,

– период полураспада р/а ядер – время, за которое распадается половина (50%) р/а ядер.

При р/а распаде ® a, b и g -излучения!

a -частица = ядро атома гелия ,

поэтому при вылете a -частицы Z уменьшается на 2 единицы, а массовое число М уменьшается на 4 единицы.

b -частица = электрон ,

поэтому при вылете b -частицы Z возрастает на единицу, а массовое число М остается прежним.

Электронов в ядре нет! Протон – стабилен, нейтрон – распадается:

– электронное антинейтрино. = 14 мин.

g -излучение = фотон Z = 0, M = 0 – ядро из возбужденного состояния переходит в менее возбужденное.

При р/а распаде выполняются законы сохранения электрического заряда и массового числа:

(10-4)

Алхимики ® «железо» ® золото!

Ядерные реакции

(10-5)

при этом

(10-6)

если и т. п.

® можно идентифицировать из (10-6) и (10-5) ядро .