На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









1.3 Строение ядер и свойства ядерных сил

1.3.1. Ядро любого атома имеет сложную структуру и состоит из час­тиц, называемых нуклонами.  Известно два типа нуклонов - протоны и нейтроны.
Протоны - нуклоны массой 1 а.е.м. с положительным зарядом, равным  единице, то есть элементарному заряду электрона.
Нейтроны - электронейтральные нуклоны массой 1 а.е.м.
*) Строго говоря, массы покоя протонов и нейтронов несколько от­личаются:   mр= 1.6726 .10-24 г,  а    mn= 1.67439 .10-24 г.  Об этом различии речь впереди.
 
1.3.2. Так как масса ядра практически равна A, заряд ядра - z, а массы протона и нейтрона практически равны, при таких представлениях следует принять как должное, что ядро электронейтрального устойчивого атома состоит из z протонов и (A - z) нейтронов. Следовательно, атом­ный номер элемента - есть не что иное как протонный заряд ядра атома, выраженный в элементарных зарядах электрона. Другими словами, z - это число протонов в ядре атома.


1.3.3. Наличие в ядре протонов (частиц с электрическим зарядом од­ного знака)  вследствие кулоновских сил отталкивания между ними должно было бы привести к разлёту нуклонов. В реальности этого не происходит. Существование в природе множества устойчивых ядер  приводит к выводу о существовании между нуклонами ядра более мощных, чем кулоновы, ядерных сил притяжения, которые, преодолевая кулоновское отталкивание протонов, стягивают нуклоны в устойчивую структуру - ядро.
 
1.3.4. Размеры ядер атомов, определенные по формуле (1.4), есть величины порядка 10-13см. Отсюда первое свойство ядерных сил (в отли­чие от кулоновых, гравитационных и других) - короткодействие: ядерные силы действуют только на малых расстояниях, сравнимых по порядку величины с размерами самих нуклонов.
Даже не зная точно, что за материальное образование представляет собой протон или нейтрон, можно оценить их эффективные размеры как ди­аметр сферы, на поверхности которой ядерное притяжение двух соседних протонов уравновешивается их кулоновским отталкиванием. Эксперименты на ускорителях по рассеянию ядрами  электронов позволили оце­нить эффективный радиус нуклона Rн ≈ 1.21 .10-13см.
 
1.3.5. Из короткодействия ядерных сил вытекает второе их свойс­тво, кратко именуемое насыщением. Это означает, что любой нуклон ядра взаимодействует не со всеми другими нуклонами, а лишь с ограниченным числом нуклонов, являющихся его непосредственными соседями.


1.3.6. Третье свойство ядерных сил - их равнодействие. Поскольку предполагается, что силы взаимодействия между нуклонами обоих видов являются силами одной природы, то тем самым постулируется, что на равных расстояниях по­рядка 10-13 см два протона, два нейтрона или протон с нейтроном взаимо­действуют одинаково.


1.3.7. Протон в свободном состоянии (то есть вне атомных ядер) стабилен. Нейтрон в свободном состоянии длительно существовать не мо­жет: он претерпевает распад на протон, электрон и антинейтрино с пери­одом полураспада T1/2 = 11.2 мин. по схеме:
 on11p1 + -1e + n
*) Антинейтрино (n) - электронейтральная частица материи с нулевой массой покоя.
 
1.3.8. Итак, любое ядро считается полностью индивидуализирован­ным, если известны две его основные характеристики - число протонов z и массовое число A, поскольку разница (A - z) определяет число нейтро­нов в ядре. Индивидуализированные ядра атомов принято в общем случае называть нуклидами.
Среди множества нуклидов (а их в настоящее время известно более 2000 - естественных и искусственных) есть такие, у которых одна из двух упомянутых характеристик одинакова, а другая – отличается по величине.
Нуклиды с одинаковым z (числом протонов) называют изотопами. Пос­кольку атомный номер определяет в соответствии с Периодическим Зако­ном Д.И.Менделеева индивидуальность только химических свойств атома элемента, об изотопах всегда говорят со ссылкой на соответству­ющий химический элемент в Периодической Системе.
Например, 233U, 234U, 235U, 236U, 238U, 239U - все это изотопы урана, который в Периодической Системе элементов имеет порядковый номер z = 92.
Изотопы любого химического элемента, как видим, имеют равное чис­ло протонов, но различные числа нейтронов.
 
Нуклиды равной массы (A), но с различными зарядами z называют изобарами. Изобары, в отличие от изотопов, - нуклиды различных хими­ческих элементов.
Примеры. 11В5 и 11С4 - изобары нуклидов бора и углерода; 7Li3 и 7Ве4 - изобары нуклидов лития и бериллия; 135J53, 135Xe54 и 135Cs55 - также являются изобарами йода, ксенона и цезия соответственно.
 
1.3.9. Из формулы (1.4) можно оценить плотность нуклонов в яд­рах и массовую плотность ядерного вещества. Считая ядро сферой с ради­усом R и с количеством нуклонов в ее объёме,  равным A, число нуклонов в единице объёма ядра найдём как:
    Nн = A/Vя = 3А/4pR3 = 3А/4p(1.21 .10-13A 1/3)3 = 1.348 .1038 нукл/см3,
а, так как масса одного нуклона равна 1 а.е.м. = 1.66056.10-24 г, то плотность ядерного вещества найдётся как:
γяв= Nmн= 1.348 .1038 .1.66056 .10-24 ≈ 2.238 .1014 г/см3.= 223 800 000 т/см3
Порядок приведенного расчёта свидетельствует о том, что плотность ядерного вещества одинакова в ядрах всех химических элементов.
Объём. приходящийся на 1 нуклон в ядре, Vя/A = 1/N = 1/1.348 .1038 = 7.421 .10-39см3
- также одинаков для всех ядер, поэтому среднее расстояние между центрами соседних нуклонов в любом ядре (которое можно условно назвать средним диаметром нуклона) будет равно
Dн = (Vя)1/3 = (7.421 .10-39)1/3 = 1.951 .10-13 см.
 
1.3.10. О плотности расположения протонов и нейтронов в ядре ато­ма до настоящего времени мало что известно. Поскольку протоны, в отли­чие от нейтронов, подвержены действию не только ядерного и гравитаци­онного притяжения, но и кулоновского отталкивания, можно предположить, что протонный заряд ядра более или менее равномерно распределен по его поверхности.

В конце обучения многие старшеклассники, их родители и тысячи молодых специалистов стоят перед сложным выбором – выбором высшего учебного заведения (ВУЗа). Сориентироваться и не растеряться в многообразии университетов, институтов и факультетов достаточно сложно. Читайте отзывы о ВУЗе, оставленные студентами, преподавателями, выпускниками, перед тем как получить образование в Украине. Правильный выбор учебного заведения – залог успеха в будущей карьере!



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.