Ядерные силы.Энергия связи ядра.Дефект массы

Ядерные силы – это силы притяжения связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре. Они превышают силы кулоновского отталкивания между протонами в ядре. Ядерные силы коротко действующие на рассоянии <10^-15 м. Их относят к сильным взаимодействиям. Масса атомов измеряется с помощью масс-спектрографов. Дефект масс – это разность между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра: дm=Zm_p+(A-Z)m_n-m_я. Под энергией связи атомных ядер понимается энергия необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны:E_св=(Zm_p+Nm_n-m_я)c²=дmc².

86.α-излучение.

Многие атомные ядра могут самопроизвольно превращаться в другие. α-распад – самопроизвольный распад атомного ядра на α-частицу и ядро-продукт:^A_ZX→⁴₂He+^A-_Z-⁴₂Y. Радиоактивны все ядра элементов с Z>82. При α-распаде часть энергии α-распада может пойти на возбуждение ядра продукта, которое через некоторое время после вылета α-частицы испускает один или несколько γ-квантов и переходит в нормальное состояние: (^A_ZX)*→^A_ZX+y. α-излучение – не опасное излучение.

87.β-излучение.

β-распад – самопроизвольное превращение атомного ядра с испусканием электрона. В основе β-распада лежит способность протонов и нейтронов к взаимным превращениям. Ядра в которых происходят нейтронов в протон наз β-радиоктивными. Два вида β-распада: с увеличением β^-: ^A_ZX→_Z+1^AY+β^- или уменьшением числа протонов β⁺: ^A_ZX→_Z-1^AY+β⁺. β-распад может сопровождаться γ-излучением, если часть его энергии затрачивается на возбуждение ядра продукта. Через некоторый промежуток времени возбужденное ядро освобождается от избытка энергии путем испускания одного или нескольких γ-квантов. Не опасное излучение.

88.γ-излучение.

Испускание γ-излучения не приводит к превращениям элементов: (^A_ZX)*→^A_ZX+y. Особенности γ-излучения: 1)Очень коротковолновое электромагнитное излучение. 2)энергия γ-кванта находится в пределах от десятков килоэлектронвольт, до нескольких мегаэлектронвольт. Обычно γ-излучение сопровождает

радиоактивные превращения ядер при α- и β-излучениях и обладает дискретным спектром. Это самый опасный вид излучения.

Ядерные реакции.

Радиоактивные излучения возникают при распаде атомных ядер. Неустойчивыми являются как ядра у которых протонов намного больше чем нейтронов вследствие избытка Е кулоновского взаимодействия так и ядра у которых число нейтронов намного больше числа протонов вследствие избыточной массы нейтронов. Многие нестабильные изотопы встречаются в природе. Их радиоактивность наз естественной радиоактивностью. Ядерными реакциями наз процессы изменения атомных ядер вызванные их взаимодействиями с элементарными частицами или друг с другом. В большинстве реакций участвуют 2 ядра и 2 частицы; 1 пара ядро – частица наз исходной, а другая – конечной. Суммарный электрический заряд и число нуклонов в ходе реакции должны сохраняться. Символически ядерные реакции записываются в следующем виде: А+а→В+b. Здесь А – исходное ядро, а – бомбардирующая частица, В – конечное ядро, b – испускаемая частица. Для осуществления ядерной реакции под действием положительно заряженной частицы, необходимо, чтобы частица обладала кинетической Е достаточной для преодоления сил кулоновского отталкивания. Исторически 1 ядерной реакцией под действием α-частиц считается реакция в результате которой был открыт протон:¹⁴₇N+⁴₂He→¹⁷₈O+¹₁p. Нейтрон был открыт в реакции радиоактивного превращения ядер бериллия в изотоп углерода при бомбардировке α-частицами: ⁹₄Be+⁴₂He→¹²₆C+¹₀n. Ядерные реакции бывают двух типов: эндотермические (с поглощением энергии); экзотермические (с выделением Е). Если сумма масс исходного ядра и частиц, вступающих в реакцию больше суммы масс конечного ядра и испускаемых частиц, то Е выделяется и наоборот. Е высвобождающаяся при ядерной реакции наз энергетическим выходом ядерной реакции. Энергетический выход может быть до сотен мегаэлектронвольт, что в миллионы раз превышает выход Е при химических реакциях.

Закон радиоактивного распада.Период полураспада.

Радиоактивный распад является процесом статистическим (вероятностным). Вследствие этого невозможно точно предсказать когда произойдет распад данного ядра. Но можно оценить, сколько всего ядер распадется за данный промежуток времени. Для каждого радиоактивного вещ-ва существует характерный интервал времени наз периодом полураспада. Период полураспада Т – это промежуток за который распадается ровно половина первоначального количества радиоактивных ядер. Для нахождения закона радиоактивного распада будем считать что в начальный момент времени число радиоактивных ядер N₀. Через время равное периоду полураспада это число будет N/2 еще через такой же интервал времени – N₀/4. Спустя промежуток времени, равный n периодам полураспада (t=nT) радиоактивных ядер останется – N₀/2ⁿ. => N=N₀/(2)^t/T=N₀*2^-t/T. Это соотношения и выражает закон радиоактивного распада, который можно сформулировать следующим образом: число радиоактивных ядер, распадающихся в единицу t, пропорционально полному числу ядер, оставшихся к данному моменту. Закон радиоактивного распада позволяет найти число нераспавшихся ядер в любой момент времени.