Состав атомных ядер

В начале 30-х годов ХХ века была разработана модель атомного ядра. Согласно этой модели, атомные ядра различных элементов состоят из двух частиц – протонов и нейтронов, называемых нуклонами.

Положительный заряд протона равен по модулю отрицательному заряду электрона e = 1,60217733·10^–19 Кл. Масса протона m _p = 1,67262·10^–27 кг. В ядерной физике массу частицы часто выражают в атомных единицах массы (а. е. м.), равной 1/12 массы атома углерода с массовым числом 12:

1 а. е. м. = 1,66057·10^–27 кг.

Следовательно, m _p = 1,007276 · а. е. м. В энергетических единицах масса протона равна 938,272331 МэВ.

Нейтрон – это электрически нейтральная элементарная частица.

Масса нейтрона m _n = 1,67493·10^–27 кг = 1,008665 а. е. м. В энергетических единицах масса нейтрона равна 939,56563 МэВ.

Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом или атомным номером (это порядковый номер в периодической таблице Менделеева). Заряд ядра равен Ze, где e – элементарный заряд. Число нейтронов обозначают символом N.

Общее число нуклонов (т. е. протонов и нейтронов) называют массовым числом A:

A = Z + N.

Ядра химических элементов обозначают символом , где X – химический символ элемента. Например, – водород, – гелий, – кислород, – углерод, – уран.

Ядра одного и того же химического элемента могут отличаться числом нейтронов. Такие ядра называются изотопами (ядра с одинаковыми Z, но разными А). У большинства химических элементов имеется несколько изотопов. Например, у водорода три изотопа: – обычный водород, – дейтерий и – тритий. У углерода – 6 изотопов, у кислорода – 3.

Ядра с одинаковыми А, но разными Z – изобарами (). Ядра с одинаковым числом нейтронов – изотоны ().

Ядра имеют примерно сферическую форму, причем радиус возрастает в зависимости от А приближенно: r ≈ (1,2·10^-15м)А^1/3.

Атомное ядро обладает спином. (Спин – это собственный механический момент импульса электрона – это квантовая величина, у нее нет классического аналога. Спин ядра квантуется по закону: L_S = ћ ,

где S – спиновое квантовое число, которое принимает целые или полуцелые значения: 0, 1/2, 1, 3/2…)

Кроме спина, атомное ядро обладает магнитным моментом р_mя. Связь магнитного момента со спином: р_mя = g_яL_я, где g_я – ядерное гиромагнитное отношение. Единицей магнитных моментов ядер служит ядерный магнетон µ_я = = 5,0508·10^-27 Дж/Тл

(Методом определения магнитных моментов ядер является метод ЯМР).

Массу ядер определяют с помощью масс-спектрометров, разделяющих с помощью электрических и магнитных полей пучки заряженных частиц с разными удельными зарядами. Измерения показали, что масса ядра < чем сумма масс составляющих его нуклонов. При изменении массы меняется энергия.

M _я < Zm _p + N m _n.

Дата добавления: 2015-12-08