2020-05-21
185
Между нуклонами в ядре действуют ядерные силы, которые обладают следующими свойствами:
1. Ядерные силы – силы притяжения.
2. По интенсивности ядерные сила превосходят кулоновские примерно в 100 раз. Поэтому ядерные силы удерживают в ядре положительно заряженные протоны, между которыми также действуют кулоновские силы отталкивания.
3. Ядерные силы обладают зарядовой независимостью, т. е. действуют между протоном и нейтроном, нейтроном и нейтроном, протоном и протоном, и интенсивности этих взаимодействий одинаковы.
4. Ядерные силы приводят к тому, что ядро является устойчивым образованием, т. е. при его получении выделяется энергия. Она называется энергией связи атомного ядра и рассчитывается по формуле
, (6.3)
где разность масс 
называют дефектом массы, 
– масса атома водорода, 
– масса нейтрального атома.
Энергия связи 
атомного ядра представляет собой минимальную энергию, которую нужно сообщить ядру, чтобы разделить его на отдельные нуклоны и развести их на расстояния, на которых они не взаимодействуют.
|
|
|
Удельная энергия связи характеризует устойчивость ядра. Она равна энергии связи, приходящейся на один нуклон
. (6.4)
Чем больше энергия связи, тем более устойчивым (т. е. менее склонным к самопроизвольным распадам) является ядро.
График зависимости удельной энергии связи от массового числа приведен на рис. 6.1. Из него следует, что наиболее прочными являются ядра элементов с массовыми числами порядка 50 (т. е. вблизи железа), у них наблюдаются самые большие значения 
.
Анализируя зависимость 
, приведенную на рис. 6.1, можно заметить, что двух типах ядерных реакций энергия будет выделяться – это реакции деления тяжелых ядер и слияния легких ядер. В ходе таких реакций образуются более устойчивые ядра.
Рис. 6.1
5. Ядерные силы зависят от ориентации спинового момента нуклонов. Так, атом дейтерия образуется только в том случае, когда спиновые моменты протона и нейтрона направлены параллельно друг другу.
6. Ядерные силы не являются центральными.
7. Ядерные силы обладают свойством насыщения, т. е. один нуклон может взаимодействовать только с ограниченным количеством нуклонов вокруг него.
8. Ядерные силы являются короткодействующими. С этим свойством связан распад тяжелых ядер. Рассмотрим, как он происходит. При попадании нейтрона в ядро оно возбуждается и принимает различные формы и, в частности, форму в виде гантели (рис. 6.2). В узкой области перешейка ядерные силы будут ослаблены (в них участвует малое количество нуклонов), поэтому за счет дальнодействующих кулоновских сил (их интенсивность при этом не ослабевает), ядро распадается, образуя два осколка, разлетающиеся с большими скоростями, и два – три нейтрона. Энергия при ядерной реакции выделяется, в основном, в виде кинетической энергии разлетающихся осколков.
|
|
|
Рис. 6.2
Ядерные реакции
Под ядерной реакцией понимают процесс взаимодействия ядер или ядра и элементарной частицы, приводящий к их взаимному превращению. Общая схема ядерной реакции выглядит таким образом:
, (6.5)
или в краткой форме
, (6.6)
где 
обозначают исходное и образующееся в результате реакции ядро; 
известные частицы, которые часто встречаются в различных ядерных реакциях – это электрон (
), позитрон (
), протон (p), нейтрон (n), 
-частица (
) и т. д.
В ходе любой ядерной реакции сохраняются:
1) энергия (
);
2) импульс (
);
3) момент импульса(
);
4) электрический заряд (
);
5) массовое число (
).
Э нергия ядерной реакции 
– это энергия, выделяющаяся или поглощающаяся в ходе ядерной реакции. Она равна разности энергий покоя исходных ядер и ядер, образующихся в результате ядерной реакции
(6.7)
В качестве примеров ядерных реакций рассмотрим реакцию термоядерного синтеза и реакцию деления тяжелых ядер.
Термоядерный синтез заключается в слиянии легких ядер, сопровождающимся выделением большого количества энергии. Для протекания таких реакций вещество должно быть нагрето до сверхвысоких температур (порядка 
). Приведем несколько типичных примеров реакций термоядерного синтеза:
,
,
,
.
В скобках приведено значение энергии, выделяющейся в ходе синтеза легких ядер.
Под реакцией деления тяжелых ядер понимают такую ядерную реакцию, в ходе которой ядро тяжелого элемента, под действием попадающего на него нейтрона, делится на два соразмерных по массе осколка, обладающих большой кинетической энергией, и из него также вылетают 2-3 нейтрона.
Приведем пример реакции деления тяжелых ядер:
.
