КАТЕГОРИИ:
Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)
Вопрос 2. Состав атомного ядра. Нуклоны и их взаимопревращаемость
|
|
|
|
Ядра атомов химических элементов состоят из двух видов частиц – протонов и нейтронов. Эти частицы носят название нуклонов. Протонно-нейтронная модель ядра была предложена в 1932 г. одновременно и независимо физиками Иваненко и Гейзенбергом.
Масса протона 
=1836 
. Собственный магнитный момент протона примерно в 660 раз меньше, чем магнитный момент электрона. Масса протона составляет 1,673∙ 
кг, или 1,00728 а.е.м.
Протон обладает зарядом + е, имеет спиновое число, равное половине (s = 
) и собственный магнитный момент
,
где 
= eh /(2 
)=5,05∙ 
- ядерный магнетон.
Нейтрон имеет массу 
∙ 
кг, не обладает электрическим зарядом и, также как и протон, имеет спиновое число s = . Магнитный момент нейтрона 
= -1,91 
. Знак минус указывает на то, что направления собственных механического и магнитного моментов противоположны.
В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен). Он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон, испуская электрон (-е) и еще одну частицу, называемую антинейтрино (
):
. (22.1)
Период полураспада равен примерно 12мин.
Масса антинейтрино пренебрежимо мала по сравнению с массами частиц, фигурирующих в правой части уравнения (22.1). Масса нейтрона больше массы протона на 2,5 
. Следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц в правой части (22.1) на 1,5 me, т.е. на 0,77 МэВ. Эта энергия выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.
Одной из важнейших характеристик атомного ядра является зарядовое число 
. Оно равно количеству протонов, входящих в состав ядра, и определяет его заряд, равный + 
. Число определяет порядковый номер химического элемента в периодической таблице Менделеева.
Число нуклонов (т.е. суммарное число протонов и нейтронов) в ядре обозначается буквой А и называется массовым числом ядра. Число нейтронов в ядре равно N=A-Z.
Для обозначения ядер применяется символ 
, где под Х подразумевается химический символ данного элемента. Ядра с одинаковым числом Z называется изотопами. Большинство химических элементов имеют по нескольку стабильных изотопов. Например, водород имеет три
изотопа: 
; 
; 
. Изотоп 
радиоактивен. У кислорода имеется три стабильных изотопа: 
; 
; 
; у олова – десять и т.д. В подавляющем большинстве изотопы одного химического элемента обладают одинаковыми химическими и близкими физическими свойствами. Всего известно около 300 устойчивых изотопов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов.
Ядра с одинаковыми массовыми числами А называются изобарами
(
; 
). Ядра с одинаковым числом нейтронов N=A-Z носят название изотонов (
; 
).Наконец, существуют радиоактивные ядра с одинаковыми Z и A, отличающимися периодом полураспада (
).Они называются изомерами. Например, имеются два изомера этого ядра,
у одного из них период полураспада равен 18 мин, у другого − 4,4 часа.
В природе встречаются элементы с атомными номерами Z от 1 до 92, исключая технеций (
) и прометий (
). Плутоний (
) в небольших количествах обнаружен в природном минерале – смоляной обманке. Остальные трансурановые (т.е. заурановые) элементы с Z от 93 до 118 были получены искусственным путем посредством различных ядерных реакций.
В первом приближении ядро можно считать шаром, радиус которого довольно точно определяется формулой:
Ферми, (22.2)
(Ферми –единица длины в ядерной физике, равная 
м). Из формулы
(22.2) следует, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Таким образом, плотность вещества во всех ядрах примерно одинакова. Соотношение (22.2) получено на основе опытов по рассеянию электронов высоких энергий на ядрах.
Протоны и нейтроны являются фермионами, т.к. имеют спин ħ /2. Ядро атома имеет собственный момент импульса– спин ядра:
,
где I – внутреннее (полное) спиновое квантовое число.
Число I принимает целочисленные или полуцелые значения 0, 1/2, 1, 3/2, 2 и т.д. Ядра с четными А имеют целочисленный спин(в единицах ħ) и подчиняются статистике Бозе–Эйнштейна (ядра – бозоны). Ядра с нечетными А имеют полуцелый спин(в единицах ħ) и подчиняются статистике Ферми–Дирака(т.е. ядра – фермионы).
Ядерные частицы имеют собственные магнитные моменты, которыми определяется магнитный момент ядра Pm яд в целом. Единицей измерения магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон μ ЯД:
. 
Ядерный магнетон в mp / me = 1836,5 раз меньше магнетона Бора, отсюда следует, что в основном магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов.
Между спином ядра L яд и его магнитным моментом имеется соотношение:
Pm яд= γяд L яд,
где γяд – ядерное гиромагнитное отношение.
|
|
|
|
|
Дата добавления: 2014-11-06; Просмотров: 679; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!