Fizička svojstva atomskih jezgara.
Hostovan na ref.rf
Core charge. Veličina kernela. Momenti jezgara.
Hostovan na ref.rf
Spin jezgra. magnetna i električni momenti jezgra. Masa jezgra i masa atoma. defekt mase. Energija komunikacije. Glavne karakteristike energije veze. Osnovno pravilo. nuklearne snage: glavne karakteristike, kulonski i nuklearni potencijali jezgra. Razmjenski karakter nuklearnih snaga.

Moseleyjev zakon. Električni naboj jezgre formiraju protoni koji čine njegov sastav. Broj protona Z naziva se njegov naboj, što znači da je apsolutna vrijednost naboja jezgra jednaka Ze. Naelektrisanje jezgra je isto kao i serijski broj Z element u Mendeljejevljevom periodičnom sistemu elemenata. Prvi put je naboj atomskih jezgara odredio engleski fizičar Moseley 1913. godine. Merenjem talasne dužine kristalom λ karakteristično rendgensko zračenje za atome određenih elemenata, Moseley je otkrio pravilnu promjenu talasne dužine λ za elemente koji slijede jedan za drugim u periodnom sistemu (slika 2.1). Moseley je ovo zapažanje protumačio kao zavisnost λ iz neke atomske konstante Z, mijenja se za jedan od elementa do elementa i jednaka je jedan za vodonik:

gdje i su konstante. Iz eksperimenata o raspršenju kvanta rendgenskih zraka atomskim elektronima i α -čestice atomskim jezgrama, već je bilo poznato da je naboj jezgra približno jednak polovini atomske mase i, prema tome, blizak rednom broju elementa. Budući da je emisija karakterističnog rendgenskog zračenja posljedica električnih procesa u atomu, Moseley je zaključio da je atomska konstanta pronađena u njegovim eksperimentima, koja određuje valnu dužinu karakterističnog rendgenskog zračenja i poklapa se sa serijskim brojem elementa. , mora biti samo naboj atomskog jezgra (Moseleyjev zakon).

Rice. 2.1. Rendgenski spektri atoma susjednih elemenata dobiveni po Moseleyu

Mjerenje talasnih dužina rendgenskih zraka vrši se sa velikom preciznošću, tako da se, na osnovu Moseleyjevog zakona, apsolutno pouzdano utvrđuje pripadnost atoma hemijskom elementu. Međutim, činjenica da je konstanta Z u posljednjoj jednadžbi je naboj jezgra, iako je opravdan indirektnim eksperimentima, u konačnici počiva na postulatu - Moseleyjevom zakonu. Iz tog razloga, nakon Moseleyjevog otkrića, naboji jezgara su više puta mjereni u eksperimentima raspršenja. α -čestice zasnovane na Coulombovom zakonu. Godine 1920. Chadwig je poboljšao metodu za mjerenje udjela rasutih α -čestice i dobili naboje jezgara atoma bakra, srebra i platine (vidi tabelu 2.1). Chadwigovi podaci ne ostavljaju sumnju u valjanost Moseleyjevog zakona. Pored navedenih elemenata, u eksperimentima su određivani i naboji jezgara magnezijuma, aluminijuma, argona i zlata.

Tabela 2.1. Rezultati Chadwickovih eksperimenata

Definicije. Nakon Moseleyjevog otkrića, postalo je jasno da je glavna karakteristika atoma naboj jezgra, a ne njegov atomska masa, kako su pretpostavljali hemičari 19. veka, jer naelektrisanje jezgra određuje broj atomskih elektrona, što znači da Hemijska svojstva atomi. Razlog za razliku između atoma hemijskih elemenata je upravo to što njihova jezgra imaju različit broj protona u svom sastavu. Naprotiv, različit broj neutrona u jezgrama atoma sa istim brojem protona ni na koji način ne mijenja hemijska svojstva atoma. Atomi koji se razlikuju samo po broju neutrona u jezgrima nazivaju se izotopi hemijski element.

Atom sa određenim brojem protona i neutrona u jezgru naziva se nuklid. Sastav jezgra je dat brojevima Z i A. O izotopu se govori samo kada se govori o pripadnosti hemijskom elementu, na primjer, 235 U je izotop uranijuma, ali 235 U je fisijski nuklid, a ne fisijski izotop.

Zovu se atomi čija jezgra sadrže isti broj neutrona, ali različit broj protona izotoni. atoma sa istim maseni brojevi, ali različiti proton-neutronski sastav jezgara, nazivaju se izobare.

NUBLJENJE NUKLEARA - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "NABAVANJE NUKLEARA" 2014, 2015.

atomsko jezgro

i elementarne čestice

Poglavlje 32

Elementi nuklearne fizike

§251. Veličina, sastav i naboj atomskog jezgra. Masa i broj punjenja

E. Rutherford, istražujući prolazak -čestica sa energijom od nekoliko megaelektron-volti kroz tanke filmove zlata (vidi § 208), došao je do zaključka da se atom sastoji od pozitivno nabijenog jezgra i elektrona koji ga okružuju. Nakon analize ovih eksperimenata, Rutherford je također pokazao da atomska jezgra imaju dimenzije od približno 10 -1 4 -10 -1 5 m (linearne dimenzije atoma su približno 10 - 10 m).

Atomsko jezgro se sastoji od elementarnih čestica - protona i neutrona(Proton-neutronski model jezgra predložio je sovjetski fizičar D. D. Ivanenko (r. 1904), a potom ga je razvio V. Heisenberg).

Proton (R) ima pozitivan naboj jednak naboju elektrona i masi mirovanja m p =1,6726 10 -2 7 kg 1836m e , gdje je m e - masa elektrona. Neutron (n) - neutralna čestica sa masom mirovanja m n =1,6749 10 -2 7 kg 1839m e ,. Protoni i neutroni se nazivaju nukleoni(od lat. nucleus - jezgro). Ukupan broj nukleoni u atomskom jezgru se nazivaju maseni brojALI.

Karakterizirano je atomsko jezgro naplatiti Ze where e- protonski naboj, Z - broj naplate jezgra, jednak broju protona u jezgru i koji se poklapa sa serijskim brojem hemijskog elementa u Periodnom sistemu elemenata Mendeljejeva. Trenutno poznatih 107 elemenata periodnog sistema imaju naelektrisane brojeve jezgara od Z=1 do Z=107.

Jezgro je označeno istim simbolom kao i neutralni atom: A Z X, gdje je X simbol hemijskog elementa, Z je atomski broj (broj protona u jezgru), ALI - maseni broj (broj nukleona u jezgru).

Sada je proton-neutronski model jezgra van sumnje. Razmatrana je i hipoteza o protonsko-elektronskoj strukturi jezgra, ali nije izdržala eksperimentalnu provjeru. Dakle, ako se pridržavamo ove hipoteze, onda maseni broj ALI trebao bi biti broj protona u jezgru, a razlika između masenog broja i broja elektrona trebala bi biti jednaka nuklearnom naboju. Ovaj model je bio u skladu sa vrijednostima izotopskih masa i naboja, ali je bio u suprotnosti sa vrijednostima spinova i magnetnih momenata jezgara, energije vezivanja jezgra itd. Osim toga, pokazalo se da je nekompatibilan sa odnos neizvesnosti (videti §215). Kao rezultat toga, hipoteza o protonsko-elektronskoj strukturi jezgra je odbačena.

Pošto je atom neutralan, naboj jezgra određuje broj elektrona u atomu. Broj elektrona određuje njihovu distribuciju po stanjima u atomu, što zauzvrat određuje hemijska svojstva atoma. Posljedično, naboj jezgra određuje specifičnosti datog kemijskog elementa, odnosno određuje broj elektrona u atomu, konfiguraciju njihovih elektronskih omotača, veličinu i prirodu unutaratomskog električnog polja.

Kerneli sa istim Z, ali drugačijim ALI(tj. sa različitim brojem neutrona N=

ALI - Z) se nazivaju izotopi, i jezgra sa istim A ali različitim Z - izobare. Na primjer, vodonik (Z=1) ima tri izotopa: 1 1 H - protij (Z=1, N=0), 2 1 H - deuterijum (Z=1, N= 1), 3 1 H - tricij (Z = 1, N = 2), kalaj - deset, itd. U velikoj većini slučajeva, izotopi istog hemijskog elementa imaju iste hemijske i gotovo iste fizičke osobine ( izuzeci su, na primjer, izotopi vodonika), određeni uglavnom strukturom elektronskih ljuski, koja je ista za sve izotope datog elementa. Primjer izobarnih jezgara su jezgra 10 4 Be, 10 5 B, 10 6 C. Trenutno je poznato više od 2000 jezgara koje se razlikuju ili po Z, ili A, ili oba.

poluprečnik jezgra je dato empirijskom formulom

R \u003d R 0 A 1 / 3, (251.1)

gdje je R 0 = (1.3-1.7) 10 -1 5 m. Međutim, kada se koristi ovaj izraz, mora se voditi računa (zbog njegove dvosmislenosti, na primjer, zbog zamućenja granice jezgre). Iz formule (251.1) proizilazi da je zapremina jezgra proporcionalna broju nukleona u jezgru. Posljedično, gustina nuklearne materije je približno ista za sve jezgre (10 17 kg/m 3).

Iz planetarnog modela strukture atoma znamo da je atom jezgro i oblak elektrona koji rotiraju oko njega. Štaviše, udaljenost između elektrona i jezgra je desetine i stotine hiljada puta veća od veličine samog jezgra.

Šta je samo jezgro? Da li je to mala tvrda nedjeljiva lopta ili se sastoji od manjih čestica? Niti jedan mikroskop koji postoji u svijetu ne može nam jasno pokazati šta se dešava na ovom nivou. Sve je premalo. Kako onda biti? Da li je uopšte moguće proučavati fiziku atomskog jezgra? Kako saznati sastav i karakteristike atomskog jezgra, ako ga nije moguće proučiti?

Naboj jezgra atoma

Uz široku lepezu indirektnih eksperimenata, izražavanja hipoteza i testiranja u praksi, putem pokušaja i grešaka, naučnici su uspeli da istraže atomska struktura jezgra. Ispostavilo se da se jezgro sastoji od još manjih čestica. Veličina jezgra, njegov naboj i hemijska svojstva supstance ovise o broju ovih čestica. Štaviše, ove čestice imaju pozitivan naboj, koji kompenzuje negativni naboj elektrona atoma. Ove čestice se nazivaju protoni. Njihov broj u normalnom stanju uvijek je jednak broju elektrona. Pitanje kako odrediti naboj jezgra više nije postojalo. Naboj jezgra atoma u neutralnom stanju uvijek je jednak broju elektrona koji se okreću oko njega i suprotan je po predznaku naboju elektrona. I fizičari su već naučili kako odrediti broj i naboj elektrona.

Struktura atomskog jezgra: protoni i neutroni

Međutim, u procesu daljnjeg istraživanja pojavio se novi problem. Ispostavilo se da protoni, imaju ista naplata, u nekim slučajevima se razlikuju dva puta u masi. To je izazvalo mnoga pitanja i nedosljednosti. Na kraju je bilo moguće utvrditi da sastav atomskog jezgra, osim protona, uključuje i neke čestice koje su po masi gotovo jednake protonima, ali nemaju nikakav naboj. Ove čestice se nazivaju neutroni. Detekcija neutrona je riješila sve nedosljednosti u proračunima. Kao rezultat toga, protoni i neutroni, kao sastavni elementi jezgra, nazvani su nukleoni. Izračunavanje bilo koje vrijednosti koje se odnose na karakteristike jezgre postalo je mnogo lakše razumjeti. Neutroni ne učestvuju u formiranju nuklearnog naboja, pa se njihov uticaj na hemijska svojstva materije praktički ne manifestuje, međutim, neutroni učestvuju u formiranju mase jezgara, odnosno utiču na gravitaciona svojstva atoma. jezgro. Dakle, postoji neki indirektan uticaj neutrona na svojstva materije, ali je izuzetno beznačajan.