Состав ядра: протоны и нейтроны. Изотопы. Основные характеристики ядер. Ядерные силы

 Состав ядра: протоны и нейтроны, изотопы: Ядро атома состоит из нуклонов: протонов и нейтронов. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом А. Число протонов в ядре равно порядковому номеру в системе элементов Менделеева Z (числу протонов в ядре или числу электронов в атоме), число нейтронов N = A - Z. Ядро обозначают символом . Ядра имеют несколько изотопов, которые характеризуются одним и тем же порядковым номером Z, но различными А и N. Например, ядро - протий.Ядро - дейтрон (d), атом этого изотопа называют дейтерий.Ядро - тритон (t), атом тритий.

Основные характеристики ядер:

Масса ядра измеряется в атомных единицах массы (а.е.м). За одну атомную единицу массы принимается 1/12 часть массы нейтрального атома углерода ¹² С:     

1а.е.м = 1.6606 10^-27 кг.

А.е.м. выражается через энергетические единицы:

1а.е.м = 1.510^-3эрг = 1.510^-10дж = 931.49 МэВ

Радиус ядра R связан с массовым числом A соотношением:    

R = r₀A^1/3 где параметр r₀ 1.3 Фм.

Энергия связи ядра Eсв(A,Z) это энергия, необходимая, чтобы развалить ядро на отдельные, составляющие его нуклоны. Энергия связи определяется соотношением:

Е_св(A, Z) = Z m_p + (A - Z)m_n - M(A, Z) c²

Удельная энергия связи ядра (A, Z) это энергия связи, приходящаяся на один нуклон:

(A, Z) = E_св(A,Z) / A,

Избыток масс (дефект масс) связан с массой атома M_ат(A,Z) и массовым числом A соотношением:

 = Мат(A,Z) - А

Спин ядра J это векторная сумма спинов и орбитальных моментов составляющих ядро нуклонов:

Четность ядра P определяется орбитальными моментами составляющих его нуклонов:

Ядерные силы:

Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называют ядерными, которые являются проявлением одного из самых интенсивных, известных в физике взаимодействий  - сильного (ядерного). Они превосходят электромагнитные взаимодействия~ в 1000 раз. Свойства ядерных сил:

1. Ядерные взаимодействия - самые сильные в природе. Например, энергия связи дейтрона ~ 2,23 МэВ; энергия связи атома водорода ~ 13,6 эВ.

2. Радиус действия ядерных сил конечен ~10^-15м.

3. Ядерные силы не имеют центральной симметрии. Эта особенность ядерных сил проявляется в их зависимости от спинов нуклонов.

4. Взаимодействие между нуклонами имеет обменный характер. В опытах по рассеянию нейтронов на протонах регистрируются случаи “отрыва” от протонов их электрических зарядов и присоединения зарядов к нейтронам, в результате чего нейтрон превращается в протон.

5. Ядерные силы обладают изотопической инвариантностью, которая проявляется в одинаковости сил взаимодействия нуклонов в системах нейтрон - нейтрон, протон - нейтрон, протон - протон при одном и том же со- стоянии относительного движения частиц в этих парах.

6. На расстояниях ~10^-15м ядерные силы являются силами притяжения. На меньших расстояниях - силами отталкивания, что было обнаружено в опытах по рассеянию протонов на протонах при энергиях выше 400 МэВ.

7. Ядерные силы обладают свойством насыщения, проявляющееся в независимости удельной энергии связи атомных ядер от их массового числа А.

8. Ядерные силы зависят от скорости относительного движения нуклонов. Например, при столкновениях нуклонов при увеличении энергии от 500 МэВ до 1 ГэВ сечение рассеяние нейтрона на протоне уменьшается на порядок.

Таким образом, характер ядерных сил свидетельствует о сложной структуре нуклонов.