2015-05-14
765
Атом, как мы говорили, состоит из отрицательной оболочки и положительного центра, в котором сосредоточена почти вся (более 99,95%) масса атома. Для отрыва обоих электронов от атома гелия достаточно энергии 79 эВ, а для разрыва ядра гелия на составные части необходима значительно большая энергия – 28 МэВ = 28٠ 106 эВ, - именно поэтому при рассмотрении ядерных процессов можно пренебречь влиянием электронной оболочки атомов.
Итак, ядро состоит из Z протонов и A-Z нейтронов, что выражается в символической записи 
, где Х - название того элемента, ядро которого мы рассматриваем, A- массовое число нуклонов, Z- заряд или порядковый номер элемента. Позже мы покажем, что протон и нейтрон можно рассматривать как различные состояния одной частицы, называемой нуклоном.
Основные свойства протонов и нейтронов приведены в таблице 1.
| Характеристики протона, нейтрона, электрона | |||
| Характеристика | Протон | Нейтрон | Электрон |
| Масса, МэВ | 938,28 | 939,57 | 0,511 |
| Электрический заряд (в единицах заряда электрона) | +1 | -1 | |
Внутренний момент количества движения (в единицах  )
| 1/2 | 1/2 | 1/2 |
| Четность | +1 | +1 | +1 |
| Статистика | Ферми-Дирака | ||
| Магнитный момент (в единицах ядерного магнетона) | +2.79 | -1.91 | |
| (в единицах магнетона Бора) | 1.001 | ||
| Время жизни | >1032 лет | 887 + 2 с | >4.3·1026 лет |
| Тип распада | Стабилен | 
|
Из таблицы видно, что нейтрон является нестабильной частицей, в то же время известны стабильные ядра, время жизни которых превышает среднее время жизни свободного нейтрона. Это говорит о том, что свойства свободного нейтрона отличаются от свойств нейтрона, связанного в ядре. Протоны и нейтроны не могут образовывать связанного состояния атомного ядра за счет электромагнитного взаимодействия. Поэтому, существование атомных ядер свидетельствует о том, что в природе наряду с электромагнитным взаимодействием существует другой тип взаимодействия, качественно отличающийся от электромагнитного, и оно связывает протон и нейтрон в атомном ядре. Такое взаимодействие получило название сильного взаимодействия, а силы между нуклонами в ядрах, обусловленные этим взаимодействием, получили название ядерной силы. Протон - частица стабильная, но внутри ядра он может превращаться в нейтрон. Эти реакции подтверждают сказанное: 
и 
|
|
|
Спины p и n – одинаковы, массы отличаются мало и т.к. они могут превращаться друг в друга и свойства протонов и нейтронов по отношению к ядерным силам одинаковы, вводят понятие нуклон. Итак, протон и нейтрон – это 2 состояния одной и той же частицы нуклона.
Нуклоны обладают моментом количества движения или орбитальным моментом, что определяет движение нуклона внутри ядра. Абсолютная величина орбитального момента определяется 
.
|
|
|
Нуклоны обладают и собственным моментом количества движения 
. Спин - это фундаментальное свойство, величина которого равна целому или полуцелому значениям.
Поведение частицы – это свойство коллективное и является следствием неразличимости частицы, для его проявления необходимо как минимум две частицы. В квантовой механике состояние простейшей системы описывается волновой функцией и оказывается, что при перестановке их местами, волновая функция или симметрична (не меняет знак) или антисимметрична.
Все частицы с полуцелым спином подчиняются статистике Ферми - Дирака и волновая функция антисимметрична по отношению к перестановке любой пары частиц 
.
Все частицы с целым спином подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна и волновая функция симметрична по отношению к перестановке любой пары частиц 
.
