Jezgro bilo kojeg atoma, osim lakog atoma vodika, sastoji se od čestica - nukleoni dvije vrste: Z protone i N neutroni. Neutron je 1932. otkrio James Chadwick, u isto vrijeme Karl Anderson - pozitron. Jezgro lakog atoma vodika sastoji se od jednog protona.

Proton otvorena je naelektrisana čestica – qp = +e. Masa protona je m str= 1,67265 10 -27 kg. AT nuklearna fizika Uobičajeno je da se energija čestica izražava u jedinicama energije (eV), za koju masu pomnože s kvadratom brzine svjetlosti c 2, zatim masa protona m p = 938,26 MeV. Proton ima spin jednak s = 1/2.

Neutron takođe ima spin s= 1/2. Njegova masa je bliska masi protona i iznosi m n\u003d 1,67495 10 -27 kg ili u jedinicama energije (eV) m p = 939,55 MeV. Međutim, neutron nema električni naboj. U slobodnom stanju, neutron je radioaktivan, spontano se raspada, pretvarajući se u proton. U tom slučaju se oslobađa antineutrino.

Neutron je stabilan u jezgru.

Atom je karakteriziran brojem naboja Z(što je jednako broju protona u jezgru). Broj Z određuje atomski broj u periodnom sistemu. Masovni broj A=N+Z pokazuje ukupan broj nukleona u jezgru. Masa svih nukleona A daje glavni doprinos masi čitavog atoma. Jezgro se još naziva i nuklidom. Usvojena shema nuklida ima sljedeći oblik: Osim nukleona, u jezgru nema drugih čestica. Međutim, nukleoni nisu elementarne čestice: svaki od njih se sastoji od tri kvarka, o čemu će biti reči u drugom predavanju.

Atomi čija jezgra imaju isto brojevi naplate Z i razne masene brojeve A, imaju isto Hemijska svojstva i nazivaju se izotopi. Izotopi istog hemijskog elementa razlikuju se jedni od drugih samo po broju neutrona u jezgru. Većina supstanci sa istim atomima Z su mješavina različitih izotopa. Dakle, vodonik, ugljenik i kiseonik imaju po 3 izotopa: - obični vodonik, - deuterijum, - tricijum; ; ; Kalaj ima 10 izotopa.

Atomi čija jezgra imaju isti maseni broj A, su pozvani izobare. Izobare, tj. jezgra sa različitim Z, odgovaraju jezgrima atoma raznih hemijski elementi.

U Rutherfordovim eksperimentima raspršivanja α -čestica na atomima materije, utvrđeno je da jezgra imaju konačnu veličinu. Prošlo je dosta vremena od tog trenutka, ali eksperimenti o raspršivanju čestica na atomskim jezgrama i dalje su najpoželjniji u određivanju veličine jezgra. Pošto elektroni doživljavaju samo elektrostatičku interakciju sa jezgrama, distribucija naelektrisanja unutar jezgra se proučava pomoću rasejanja elektrona. Distribucija nuklearne materije unutar jezgre prosuđuje se po raspršenju neutrona, budući da se u ovom slučaju interakcija između čestica svodi samo na određenu nuklearnu. Da bi jezgro "osjetilo" upadnu česticu, uzimajući u obzir mase, energija elektrona mora biti najmanje 124 MeV, a energija neutrona mora biti najmanje 8 MeV. Eksperimenti sa elektronima i neutronima različitih (ali koji zadovoljavaju određene uslove) energija su pokazali da je zapremina jezgra proporcionalna broju nukleona u njegovom sastavu:

U jezgrima sa spinom većim ili jednakim 1, zaista se uočava odstupanje od sfernog oblika. Takva jezgra mogu biti sabijeni ili produženi elipsoidi okretanja, a razlika između njihove velike i male osi nikada ne prelazi 20% i po pravilu je mnogo manja. U prvoj aproksimaciji, jezgro se može smatrati loptom, poluprečnik jezgra je ovako: (13.3)

Konstantno R0≈ 1,3·10 –15 m. Njegova približna vrijednost je zbog činjenice da se vrijednost poluprečnika jezgra, dobijena iz raspodjele nuklearne materije, razlikuje od vrijednosti polumjera dobivene iz raspodjele naboja. To znači da su naboj i materija raspoređeni unutar jezgra na drugačiji način.

U okviru nuklearne teorije koristi se količina 1 fermi = 1 f= 10 -15 m.

Tada je poluprečnik jezgra .

Nuklearni spin I je ukupni ugaoni moment jezgra. Za jezgro sa masenim brojem A jednako je: (13.4)

U ovom izrazu, prvi član desno je jednak ukupnom momentu spina nukleona, a drugi član je jednak ukupnom orbitalnom momentu nukleona u jezgru. Vrijednosti Si i l i određuju se vrijednostima odgovarajućih kvantni brojevi: s str = s n= 1/2 i l = 0, 1, 2, ...

Magnetski moment jezgra μ i je zbir intrinzičnih magnetnih momenata protona i neutrona i orbitalnih magnetnih momenata protona (neutron ima nulti orbitalni magnetni moment za bilo koji l).

Dakle, jezgro sadrži A nukleoni. Međutim, ne formiraju sve kombinacije protona i neutrona stabilne jezgre. To je zbog postojanja nivoa nuklearne energije. Pošto su i protoni i neutroni fermioni (njihov spin s = 1/2), tada na svakom nivou ne može biti više od dva protona i dva neutrona. Nivoi se popunjavaju po principu minimiziranja sistema ujedinjenih čestica. Na primjer, razmotrite dva izotopa i . Njihova prva dva nivoa (slika 13.1) su ispunjena na isti način.

Rice. 13.1 Stabilni izotop ugljika i nestabilan izotop bora

Na poslednjem nivou, 12. neutron se nalazi u nuklidu, dok u isto vreme, na prethodnom nivou, nema dovoljno protona dok se potpuno ne popuni. Energija sistema od tri neutrona i jednog protona biće veća od energije sistema od dva protona i dva neutrona. Stoga izotop neće biti stabilan i brzo će se raspasti. Istovremeno, izotop (koji sadrži 5 protona i 6 neutrona) je stabilan.

U lakim jezgrima ( A< 20), как правило, число протонов и нейтронов одинаково (или отличается не единицу в случае ядер с нечетным числом нуклонов, причем число нейтронов обязательно više broja protoni). U teškim jezgrima udio neutrona postaje sve veći. U takvim jezgrima, pored principa minimizacije energije, značajno se pokazuje i kulonsko odbijanje protona. U jezgrima sa više od 10 protona, ovo odbijanje je toliko snažno da za stabilnost jezgra, ova sila mora biti nečim kompenzirana. Između neutrona djeluju samo privlačne nuklearne sile. Dakle, povećanje broja neutrona u sastavu jezgra dovodi do ravnoteže sila, tj. na stabilnost kernela.

Jezgro atoma bilo koje tvari sastoji se od protona i neutrona. ( Uobičajeno ime protoni i neutroni – nukleoni.) Broj protona jednak je naboju jezgra i poklapa se sa brojem elementa u periodnom sistemu. Zbir broja protona i neutrona jednak je masenom broju. Na primjer, jezgro atoma kisika sastoji se od 8 protona i 16 - 8 = 8 neutrona. Jezgro atoma sastoji se od 92 protona i 235 - 92 = 143 neutrona.

Zovu se sile koje drže protone i neutrone u jezgru nuklearne snage. Ovo je najjača vrsta interakcije.

Ako uporedimo mase jezgara sa masama nukleona, ispada da je masa jezgra teških elemenata veća od zbira masa protona i neutrona u jezgru, a za lake elemente masa jezgra je manji od zbira masa protona i neutrona u jezgru. Dakle, postoji razlika u masi između mase jezgra i zbira masa protona i neutrona, koja se naziva defekt mase. M = Mn - (Mp + Mn).

Pošto postoji veza između mase i energije, onda se prilikom fisije teških jezgara i prilikom sinteze lakih jezgara mora osloboditi energija koja postoji zbog defekta mase, a ta energija se naziva energija vezivanja atomskog jezgra.

Ova energija se može osloboditi tokom nuklearnih reakcija. Nuklearna reakcija je proces promjene naboja jezgra i njegove mase, koji se događa kada jezgro stupi u interakciju s drugim jezgrama ili elementarnim česticama. U toku nuklearnih reakcija ispunjavaju se zakoni očuvanja električnih naboja i maseni brojevi: zbir naboja (masenih brojeva) jezgara i čestica koje ulaze u nuklearnu reakciju jednak je zbroju naboja (masenih brojeva) konačnih proizvoda (jezgri i čestica) reakcije.

Lančana reakcija fisije je nuklearna reakcija u kojoj se čestice koje uzrokuju reakciju formiraju kao produkti te reakcije. Izotop uranijuma 235 U ima sposobnost da izvede nuklearnu lančanu reakciju.U prisustvu određenih kritičnih parametara (kritična masa - 50 kg, sferni oblik poluprečnika 9 cm), tri neutrona se oslobađaju tokom fisije prvog jezgra. padaju u tri susjedna jezgra, itd. Proces se odvija u obliku lančane reakcije koja se odvija u djeliću sekunde u obliku nuklearna eksplozija. Nekontrolisana nuklearna reakcija se koristi u atomske bombe. Po prvi put je fizičar Enrico Fermi riješio problem kontrole lančane reakcije nuklearne fisije. Oni su izmislili nuklearni reaktor 1942. U našoj zemlji reaktor je pušten 1946. pod rukovodstvom IV Kurčatova.

Termonuklearne reakcije su reakcije fuzije lakih jezgara koje nastaju kada visoke temperature(približno 107 K i više). Neophodni uslovi za sintezu jezgara helijuma iz protona nalaze se u unutrašnjosti zvijezda. Na Zemlji se termonuklearna reakcija odvijala samo u eksperimentalnim eksplozijama, iako su u toku međunarodna istraživanja za kontrolu ove reakcije.

to obećavajućim pravcima Nuklearna energija. Pošto se ova energija može koristiti u miroljubive svrhe. Nuklearne elektrane su primjer za to. Pomorski brodovi, ledolomci na pogon nuklearnim instalacijama.

24/2. Eksperimentalni zadatak na temu "Kinematika": provjera ovisnosti vremena kretanja lopte duž nagnutog žlijeba od kuta žlijeba (2-3 eksperimenta).

Na raspolaganju imate padobran, ravnalo, loptu, štopericu i metalni cilindar.

Postavite jedan kraj žlijeba na maloj visini H (1-2 cm) iznad površine stola i postavite cilindar na kraj žlijeba. Izmjerite vrijeme potrebno lopti, lansiranoj iz mirovanja s vrha žlijeba, da stigne do cilindra. Neka visina vrha korita bude jednaka 2H i ponovo izmjerite vrijeme kretanja lopte.

Potvrđuju li rezultati eksperimenata pretpostavku da se vrijeme kretanja lopte smanjilo za 2 puta kada se visina gornje tačke korita udvostručila?

25/1. Radioaktivnost. Vrste radioaktivnih emisija i metode njihove registracije. Utjecaj jonizujućeg zračenja na žive organizme.

Godine 1896. Becquerel je otkrio da soli urana spontano, bez ikakvih spoljni uticaji, stvaraju neku vrstu radijacije. Poput rendgenskih zraka, ovo zračenje je ioniziralo zrak i ispraznilo elektroskop. Dalja istraživanja koja su sproveli Maria Sklodowska-Curie i Pierre Curie pokazala su da zračenje TORijuma i novi elementi koje su otkrili - RADIJUM i POLONIJA - imaju ista svojstva. Fenomen spontanog zračenja naziva se RADIOAKTIVNOST.

Klasični eksperiment određivanja sastava

radioaktivno zračenje je isporučio Rutherford. Postavio je radioaktivni preparat na dno uskog olovnog kanala i propuštao tanak snop zraka koji je izlazio iz rupe kroz magnetsko polje. Tokom razvoja fotografske ploče koja se nalazila na putu zraka, pronađene su tri svijetle tačke - mjesta na kojima su zraci udarali.

Tako je utvrđeno da se radioaktivno zračenje sastoji od tri dijela koji se različito ponašaju u magnetskom polju. Negativna komponenta zračenja (beta zraci) je najjače odstupila, pozitivna komponenta je imala manje odstupanja (alfa zraci), a trećina zraka (gama zraci) uopće nije odstupila.

Istraživanja su omogućila da se razjasni priroda ovih zračenja.

ALFA ZRAKE su jezgra atoma helijuma koji lete brzinom od oko 15.000-30.000 km/s. Oni imaju pozitivan naboj i odbijen magnetsko polje lijevo (prema slici). Zbog velike mase čestica, odstupanje je malo. Alfa čestice imaju nisku prodornu moć. List papira ih odlaže.

BETA ZRAKE su elektroni koji lete brzinom bliskom brzini svjetlosti. Oni se odbijaju magnetskim poljem udesno (prema slici). Zbog male mase, skretanje beta zraka je mnogo puta veće nego kod alfa čestica. Beta zraci imaju veću prodornu moć. Da biste ih zaustavili, morate postaviti aluminijsku ploču na putu.

GAMA ZRACI su elektromagnetski talasi veoma male talasne dužine (manje od x-zrake). Magnetski i električna polja nisu odbijeni. Gama zraci imaju slična svojstva kao rendgenski zraci. Imaju veliku prodornu moć. Čak ih ni list olova debljine 1 cm ne zaustavlja u potpunosti. Brzina širenja gama zraka je ista kao i kod drugih elektromagnetnih talasa - 300.000 km/s.

Jonizujuće zračenje se snima pomoću Geigerovog brojača, komore za oblake, komore sa mjehurićima i fotoemulzione metode. Geigerov brojač vam omogućava da registrujete elektrone i gama zrake visoke energije. Alfa čestice ne ulaze unutar brojača zbog male prodorne moći. Godine 1912. izumljena je komora za oblake, koja je omogućila ne samo registraciju čestica, već i promatranje njihovih putanja (tragova). Postavljanjem kamere u magnetsko polje bilo je moguće izmjeriti odnos naboja i mase čestica i prepoznati ih.

Radioaktivno zračenje ima štetan uticaj na žive organizme. Čak i pri niskoj snazi ​​zračenja može doći do radijacijske bolesti i smrti. Učinak zračenja karakterizira APSORBIRANA DOZA ZRAČENJA D, koja je jednaka omjeru apsorbirane energije E jonizujućeg zračenja i mase M ozračene tvari:

U SI, apsorbirana doza zračenja izražena je u GREYAH (1 Gy) 1 Gy je jednaka apsorbiranoj dozi zračenja pri kojoj se 1 J energije jonizujućeg zračenja prenosi na ozračenu supstancu mase 1 kg. 3-10 Gy primljenih u kratkom vremenu je smrtonosno. U praksi se često koristi druga jedinica - RENTGEN (1 R). 1R je približno jednak 0,01 Gy.