Енергија на врзување и масовен дефект. Масовен дефект и нуклеарна врзувачка енергија

Предавање 18.Елементи на физиката на атомското јадро

Преглед на предавање

Атомско јадро. Масовен дефект, нуклеарна врзувачка енергија.

Радиоактивното зрачење и неговите видови. Закон за радиоактивно распаѓање.

Закони за зачувување на радиоактивни распаѓања и нуклеарни реакции.

1.Атомско јадро. Масовен дефект, нуклеарна врзувачка енергија.

Состав на атомското јадро

Нуклеарна физика- наука за структурата, својствата и трансформациите на атомските јадра. Во 1911 година, Е. Радерфорд во експериментите за расејување на α-честичките додека минуваат низ материјата утврдил дека неутрален атом се состои од компактно позитивно наелектризирано јадро и негативен електронски облак. В. Хајзенберг и Д.Д. Иваненко (независно) постави хипотеза дека јадрото се состои од протони и неутрони.

Атомско јадро- централниот масивен дел на атомот, кој се состои од протони и неутрони, кои заедно се нарекуваат нуклеони. Речиси целата маса на атомот е концентрирана во јадрото (повеќе од 99,95%). Димензиите на јадрата се од редот на 10 -13 - 10 -12 cm и зависат од бројот на нуклеоните во јадрото. Густината на нуклеарната материја и за лесни и за тешки јадра е речиси иста и е околу 10 17 kg/m 3, т.е. 1 cm 3 нуклеарна материја би тежела 100 милиони тони Јадрата имаат позитивен електричен полнеж еднаков на апсолутната вредност на вкупниот полнеж на електроните во атомот.

Протон (симбол p) е елементарна честичка, јадро на атом на водород. Протонот има позитивен полнеж еднаков по големина на полнежот на електронот. Протонска маса m p = 1,6726 10 -27 kg = 1836 m e, каде што m e е масата на електронот.

Во нуклеарната физика, вообичаено е масите да се изразуваат во единици за атомска маса:

1 аму = 1,65976 10 -27 кг.

Затоа, масата на протон, изразена во аму, е еднаква на

m p = 1,0075957 часот наутро.

Бројот на протони во јадрото се нарекува број на наплата Z. Тој е еднаков на атомскиот број на даден елемент и затоа го одредува местото на елементот во периодниот системЕлементи на Менделеев.

Неутрон (симбол n) е елементарна честичка која нема електричен полнеж, чија маса е малку поголема од масата на протон.

Неутронска маса m n = 1,675 10 -27 kg = 1,008982 amu Бројот на неутрони во јадрото е означен со N.

Се нарекува вкупниот број на протони и неутрони во јадрото (број на нуклеони). масен броји е означен со буквата А,

За означување на јадрата, се користи симболот, каде што X е хемиски симбол на елементот.

Изотопи- сорти на атоми од ист хемиски елемент, чии атомски јадра имаат ист број на протони (Z) и различен бројнеутрони (N). Јадрата на таквите атоми се нарекуваат и изотопи. Изотопите го заземаат истото место во периодниот систем на елементи. Како пример, еве ги изотопите на водородот:

Концептот на нуклеарни сили.

Јадрата на атомите се исклучително силни формации, и покрај фактот што слично наелектризираните протони, кои се на многу мали растојанија во атомското јадро, мора да се одвратат едни со други со огромна сила. Следствено, екстремно силните привлечни сили помеѓу нуклеоните дејствуваат внатре во јадрото, многу пати поголеми од електричните одбивни сили помеѓу протоните. Нуклеарните сили се посебен вид на сила; тие се најсилните од сите познати интеракции во природата.

Истражувањата покажаа дека нуклеарните сили ги имаат следниве својства:

нуклеарните атрактивни сили дејствуваат помеѓу кои било нуклеони, без оглед на нивната состојба на полнење;

нуклеарните привлечни сили се со краток дострел: тие дејствуваат помеѓу кои било два нуклеона на растојание помеѓу центрите на честичките од околу 2,10-15 m и нагло се намалуваат со зголемувањето на растојанието (на растојанија поголеми од 3,10-15 m тие се практично еднакво на нула);

Нуклеарните сили се карактеризираат со заситеност, т.е. секој нуклеон може да комуницира само со нуклеоните на јадрото најблиску до него;

нуклеарните сили не се централни, т.е. тие не дејствуваат по линијата што ги поврзува центрите на нуклеоните кои дејствуваат.

Во моментов, природата на нуклеарните сили не е целосно разбрана. Утврдено е дека тие се таканаречените сили за размена. Силите на размена се од квантна природа и немаат аналог во класичната физика. Нуклеоните се поврзани едни со други со трета честичка, која постојано ја разменуваат. Во 1935 година, јапонскиот физичар Х. Јукава покажа дека нуклеоните разменуваат честички чија маса е приближно 250 пати поголема од масата на електронот. Предвидените честички биле откриени во 1947 година од англискиот научник С. Пауел додека ги проучувал космичките зраци и потоа биле наречени -мезони или пиони.

Меѓусебните трансформации на неутронот и протонот се потврдуваат со различни експерименти.

Дефект во масите на атомските јадра. Енергија на врзување на атомското јадро.

Нуклеоните во атомското јадро се меѓусебно поврзани со нуклеарни сили, затоа, за да се подели јадрото на неговите поединечни протони и неутрони, неопходно е да се потроши многу енергија.

Минималната енергија потребна за одвојување на јадрото во неговите составни нуклеони се нарекува нуклеарна обврзувачка енергија. Истата количина на енергија се ослободува ако слободните неутрони и протони се спојат и формираат јадро.

Точните масени спектроскопски мерења на нуклеарните маси покажаа дека мирната маса на атомското јадро е помала од збирот на останатите маси на слободните неутрони и протони од кои е формирано јадрото. Разликата помеѓу збирот на останатите маси на слободните нуклеони од кои се формира јадрото и масата на јадрото се вика масовен дефект:

Оваа масена разлика m одговара на енергијата на врзувањето на јадрото Е Св., определена со Ајнштајновата релација:

или, заменувајќи го изразот за  м, добиваме:

Енергијата на врзувањето обично се изразува во мегаелектронволти (MeV). Дозволете ни да ја одредиме енергијата на врзувањето што одговара на една единица атомска маса (, брзината на светлината во вакуум
):

Ајде да ја претвориме добиената вредност во електронволти:

Во овој поглед, во пракса попогодно е да се користи следниов израз за врзувачката енергија:

каде факторот m се изразува во единици за атомска маса.

Важна карактеристика на јадрото е специфичната енергија на врзување на јадрото, т.е. енергија на врзување по нуклеон:

Повеќе , толку посилно нуклеоните се поврзани едни со други.

Зависноста на вредноста  од масениот број на јадрото е прикажана на слика 1. Како што може да се види од графиконот, нуклеоните во јадрата со масен број од редот 50-60 (Cr-Zn) се најсилно врзани. Енергијата на врзување за овие јадра достигнува

8,7 MeV/нуклеон. Како што се зголемува А, специфичната енергија на врзување постепено се намалува.

Радиоактивното зрачење и неговите видови. Закон за радиоактивно распаѓање.

Францускиот физичар А. Бекерел во 1896 г Додека ја проучувал луминисценцијата на солите на ураниум, тој случајно ја открил нивната спонтана емисија на зрачење од непозната природа, која делувала на фотографска плоча, го јонизирала воздухот, поминувала низ тенки метални плочи и предизвикала луминисценција на голем број супстанции.

Продолжувајќи го своето проучување на овој феномен, Кириите откриле дека таквото зрачење е карактеристично не само за ураниумот, туку и за многу други тешки елементи (ториум, актиниум, полониум
, радиум
).

Откриеното зрачење беше наречено радиоактивно, а самиот феномен беше наречен радиоактивност.

Понатамошните експерименти покажаа дека природата на зрачењето на лекот не е под влијание на типот на хемикалија. врски, физичка состојба, притисок, температура, електрични и магнетни полиња, т.е. сите оние влијанија кои би можеле да доведат до промена на состојбата на електронската обвивка на атомот. Следствено, радиоактивните својства на елементот се одредуваат само од структурата на неговото јадро.

Радиоактивноста е спонтана трансформација на некои атомски јадра во други, придружена со емисија на елементарни честички. Радиоактивноста е поделена на природна (забележана во нестабилни изотопи што постојат во природата) и вештачка (набљудувана во изотопи добиени преку нуклеарни реакции). Не постои фундаментална разлика меѓу нив, законите за радиоактивна трансформација се исти. Радиоактивното зрачење има сложен состав (сл. 2).

- радијацијае проток на јадра на хелиум,
,
, има висока способност за јонизирање и слаба продорна способност (апсорбирана од слој од алуминиум Со
mm).

- радијација– проток на брзи електрони. Способноста за јонизирање е приближно 2 реда помала, а способноста за пробивање е многу поголема; се апсорбира од слој од алуминиум со
мм.

- радијација– краткобрановно електромагнетно зрачење со
m и, како резултат на тоа, со изразени корпускуларни својства, т.е. е поток кванти Има релативно слаба јонизирачка способност и многу висока продорна способност (поминува низ слој од олово со
цм).

Индивидуалните радиоактивни јадра трпат трансформации независно едно од друго. Затоа, можеме да претпоставиме дека бројот на јадра
, се распадна со текот на времето
, пропорционално на бројот на присутни радиоактивни јадра
и времето
:

,
.

Знакот минус го одразува фактот дека бројот на радиоактивни јадра се намалува.

- константата на радиоактивното распаѓање, карактеристична за дадена радиоактивна супстанција, ја одредува брзината на радиоактивното распаѓање.

,
,

,
,
,
,

- закон за радиоактивно распаѓање

- број на јадра во почетното време
,

- бројот на нераспаднати јадра во исто време .

Број на нераспаднати јадра се намалува според експоненцијален закон.

Бројот на јадра се распаѓаше со текот на времето , се определува со изразот

Се нарекува времето во кое половина од првичниот број на јадра се распаѓа пола живот. Ајде да ја одредиме неговата вредност.

На

,

,
,
,

,
.

Полуживотот за моментално познатите радиоактивни јадра се движи од 310 -7 с до 510 15 години.

Бројот на јадра што се распаѓаат по единица време се нарекува активност на елемент во радиоактивен извор,

Активност по единица маса на супстанција - специфична активност,

Единицата на активност во C е бекерелот (Bq).

1 Bq – активност на елемент, при која се случува 1 чин на распаѓање за 1 s;

[A]=1Bq=1 .

Единицата за радиоактивност надвор од системот е кури (Ci). 1Ki - активност во која се случуваат 3,710 10 настани на распаѓање за 1 с.

Закони за зачувување на радиоактивни распаѓања и нуклеарни реакции.

Атомското јадро кое претрпува распаѓање се нарекува мајчински, јадрото што се појавува - подружници.

Радиоактивното распаѓање се јавува во согласност со таканаречените правила за поместување, кои овозможуваат да се одреди кое јадро произлегува од распаѓањето на даденото родителско јадро.

Правилата за поместување се последица на два закони кои се применуваат при радиоактивни распаѓања.

1. Закон за зачувување на електричното полнење:

збирот на полнежите на јадрата и честичките кои се појавуваат е еднаков на полнењето на првобитното јадро.

2. Закон за зачувување на масениот број:

збирот на масените броеви на јадрата и честичките што се појавуваат е еднаков на масениот број на првобитното јадро.

Алфа распаѓање.

- зраците претставуваат поток од јадра
. Распаѓањето се одвива според шемата

X– хемиски симбол на мајчиното јадро, - ќерка.

Алфа распаѓањето обично е придружено со емисија од јадрото на ќерката - зраци.

Од дијаграмот може да се види дека атомскиот број на јадрото ќерка е за 2 единици помал од оној на родителското јадро, а масениот број е 4 единици, т.е. добиен елемент - распаѓање, ќе се наоѓа во периодниот систем 2 ќелии лево од оригиналниот елемент.

Исто како што фотонот не постои во готова форма во длабочините на атомот и се појавува само во моментот на емисија, - честичката исто така не постои во готова форма во јадрото, туку се појавува во моментот на нејзиното радиоактивно распаѓање кога се среќаваат 2 протони и 2 неутрони кои се движат внатре во јадрото.

Бета - распаѓање.

-распаѓањето или електронското распаѓање продолжува според шемата

Резултирачкиот елемент
ќе се наоѓа во табелата една ќелија надесно (поместена) во однос на оригиналниот елемент.

Бета распаѓањето може да биде придружено со емисија - зраци.

Гама зрачење . Експериментално е утврдено дека зрачењето не е независен тип на радиоактивност, туку само придружува - И -се распаѓа, настанува при нуклеарни реакции, забавување на наелектризираните честички, нивно распаѓање итн.

Нуклеарна реакцијае процес на силна интеракција на атомско јадро со елементарна честичка или друго јадро, што доведува до трансформација на јадрото (или јадрата). Интеракцијата на честичките кои реагираат настанува кога ќе се спојат на растојанија од редот од 10 -15 m, т.е. на растојанија на кои е можно дејство на нуклеарни сили, r~10 -15 m.

Најчестиот тип нуклеарна реакцијае реакција на интеракција на светлосна честичка“ „со јадро X, што резултира со формирање на лесна честичка“ В" и јадрото Y.

X е почетното јадро, Y е последното јадро.

-честичка што предизвикува реакција

В– честичка што произлегува од реакција.

Како светлосни честички АИ Вможе да вклучува неутрон , протон , деутрон
,- честички,
,- фотон.

Во секоја нуклеарна реакција, законите за зачувување се задоволени:

1) електрични полнежи: збирот на полнежите на јадрата и честичките што влегуваат во реакцијата е еднаков на збирот на полнежите на финалните производи (јадра и честички) од реакцијата;

2) масовни броеви;

3) енергија;

4) импулс;

5) аголен моментум.

Енергетскиот ефект на нуклеарна реакција може да се пресмета со изготвување енергетски биланс за реакцијата. Количината на ослободена и апсорбирана енергија се нарекува реакциона енергија и се определува со разликата во масата (изразена во енергетски единици) на почетните и финалните производи на нуклеарната реакција. Ако збирот на масите на добиените јадра и честички го надминува збирот на масите на почетните јадра и честички, реакцијата се јавува со апсорпција на енергија (и обратно).

Прашањето за тоа кои нуклеарни трансформации вклучуваат апсорпција или ослободување на енергија може да се реши со помош на график на специфичната енергија на врзување наспроти масениот број А (сл. 1). Графикот покажува дека јадрата на елементите на почетокот и на крајот на периодниот систем се помалку стабилни, бидејќи  имаат помалку.

Следствено, ослободувањето на нуклеарната енергија се случува и за време на реакции на фисија на тешки јадра и за време на реакции на фузија на лесни јадра.

Оваа одредба е исклучително важна, бидејќи на неа се засноваат индустриските методи за производство на нуклеарна енергија.

Истражувањата покажуваат дека атомските јадра се стабилни формации. Тоа значи дека во јадрото постои одредена врска помеѓу нуклеоните. Проучувањето на оваа врска може да се изврши без да вклучува информации за природата и својствата на нуклеарните сили, но врз основа на законот за зачувување на енергијата.

Ајде да воведеме дефиниции.

Енергијата на врзување на нуклеонот во јадротое физичка величина еднаква на работата што мора да се направи за да се отстрани даден нуклеон од јадрото без да му се пренесе кинетичка енергија.

Полна нуклеарна обврзувачка енергијасе определува со работата што треба да се направи за да се подели јадрото на неговите составни нуклеони без да им се пренесе кинетичка енергија.

Од законот за зачувување на енергијата произлегува дека кога се формира јадро од неговите составни нуклеони, енергијата мора да се ослободи еднаква на енергијата на врзувањето на јадрото. Очигледно, енергијата на врзување на јадрото е еднаква на разликата помеѓу вкупната енергија на слободните нуклеони што го сочинуваат даденото јадро и нивната енергија во јадрото.

Од теоријата на релативноста е познато дека постои врска помеѓу енергијата и масата:

E = mс 2. (250)

Ако преку ΔE Свозначете ја енергијата ослободена за време на формирањето на јадрото, тогаш ова ослободување на енергија, според формулата (250), треба да биде поврзано со намалување на вкупната маса на јадрото за време на неговото формирање од составните честички:

Δm = ΔE Св / од 2 (251)

Ако означиме со m p, m n, m Iсоодветно, масите на протонот, неутронот и јадрото, тогаш Δmможе да се определи со формулата:

Dm = [Zm р + (A-Z)m n]- Јас сум . (252)

Разликата помеѓу збирот на масите на нуклеоните што го сочинуваат јадрото и масата на јадрото се вика дефект на основната маса(формула (252)).

Според формулата (251), енергијата на врзување на нуклеоните во јадрото се одредува со изразот:

ΔE SV = [Зм стр+ (А-З)m n - m I ]Со 2 . (253)

Табелите обично не ги прикажуваат масите на јадрата м јас, и масите на атоми m a. Затоа, за енергијата на врзување ја користиме формулата:

ΔE SV =[Зм Х+ (А-З)m n - m a ]Со 2 (254)

Каде m H- маса на водородниот атом 1 H 1. Бидејќи m Hповеќе m r, по масата на електроните јас,тогаш првиот член во квадратни загради ја вклучува масата Z на електроните. Но, бидејќи масата на атомот m aразличен од масата на јадрото м јассамо со масата Z на електроните, тогаш пресметките со помош на формулите (253) и (254) водат до истите резултати.

Често, наместо врзувачката енергија на јадрата, тие размислуваат специфична енергија на врзувањеdE NEе енергијата на врзување по еден нуклеон на јадрото. Ја карактеризира стабилноста (јачината) на атомските јадра, т.е dE NE, толку е постабилно јадрото . Специфичната енергија на врзување зависи од масениот број Аелемент. За лесните јадра (A £ 12), специфичната сврзувачка енергија нагло се зголемува до 6 ¸ 7 MeV, подложени на голем број скокови (види Слика 93). На пример, за dE NE= 1,1 MeV, за -7,1 MeV, за -5,3 MeV. Со дополнително зголемување на масениот број dE, SV се зголемува побавно до максимална вредност од 8,7 MeV за елементи со А=50¸60, а потоа постепено се намалува за тешки елементи. На пример, за тоа е 7,6 MeV. Да забележиме за споредба дека сврзувачката енергија на валентни електрони во атомите е приближно 10 eV (10 6 пати помалку).

На кривата на специфичната енергија на врзување наспроти масениот број за стабилни јадра (Слика 93), може да се забележат следните обрасци:

а) Ако ги отфрлиме најлесните јадра, тогаш во груба, така да се каже нулта апроксимација, специфичната енергија на врзување е константна и еднаква на приближно 8 MeV на

нуклеон. Приближната независност на специфичната енергија на врзување од бројот на нуклеони укажува на заситеноста на нуклеарните сили. Ова својство е дека секој нуклеон може да комуницира само со неколку соседни нуклеони.

б) Специфичната енергија на врзување не е строго константна, но има максимум (~ 8,7 MeV/нуклеон) на А= 56, т.е. во пределот на железните јадра, а се намалува кон двата рабови. Максимумот на кривата одговара на најстабилните јадра. Енергетски е поволно најлесните јадра да се спојат едно со друго, ослободувајќи термонуклеарна енергија. За најтешките јадра, напротив, корисен е процесот на фисија во фрагменти, што настанува со ослободување на енергија, наречена атомска.

Најстабилни се таканаречените магични јадра, во кои бројот на протони или бројот на неутрони е еднаков на еден од магичните броеви: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Двојните магични јадра се особено стабилна, во која и бројот на протони и бројот на неутрони. Има само пет од овие јадра: , , , , .

Истражувањата покажуваат дека атомските јадра се стабилни формации. Тоа значи дека во јадрото постои одредена врска помеѓу нуклеоните.

Масата на јадрата може многу прецизно да се одреди со помош на масени спектрометри - мерни инструменти кои одвојуваат снопови од наелектризирани честички (обично јони) со различни специфични полнежи користејќи електрични и магнетни полиња. Q/m.Спектрометриските мерења го покажаа тоа Масата на јадрото е помала од збирот на масите на неговите составни нуклеони.Но, бидејќи секоја промена на масата мора да одговара на промена на енергијата, следува дека при формирањето на јадрото мора да се ослободи одредена енергија. Спротивното следи и од законот за зачувување на енергијата: за да се одвои јадрото на неговите составни делови, неопходно е да се потроши истата количина на енергија што се ослободува при неговото формирање. Енергијата што мора да се потроши за да се подели јадрото на поединечни нуклеони се нарекува нуклеарна обврзувачка енергија.

Според изразот (40.9), енергијата на врзување на нуклеоните во јадрото

Каде t p, t n, tЈас - соодветно, масите на протонот, неутронот и јадрото. Табелите обично не покажуваат маси. ТЈас сум јадра и маси Татоми. Затоа, за енергијата на врзување на јадрото ја користат формулата

Каде м H е масата на атом на водород. Бидејќи м H е поголем m стрпо износот m e, тогаш првиот член во квадратни загради ја вклучува масата Зелектрони. Но бидејќи масата на атомот Тразличен од масата на јадрото ТЈас сум само на маса Зелектрони, а потоа пресметките со помош на формулите (252.1) и (252.2) водат до истите резултати.

Магнитуда

повикани масовен дефекткернели. Масата на сите нуклеони се намалува за оваа количина кога од нив се формира атомско јадро.

Често, наместо да ја врзуваме енергијата, размислуваме специфична енергија на врзување г ЕСв. - енергија на врзување по нуклеон. Ја карактеризира стабилноста (јачината) на атомските јадра, т.е г ЕСв. , толку е постабилно јадрото. Специфичната енергија на врзување зависи од масениот број Аелемент (сл. 342). За лесни јадра ( А£ 12) специфичната енергија на врзување нагло се зголемува до 6¸ 7 MeV, подложени на голем број скокови (на пример, за H г Е sv = 1,1 MeV, за He - 7,1 MeV, за Li - 5,3 MeV), потоа побавно се зголемува до максимална вредност од 8,7 MeV за елементи со А=50¸ 60, а потоа постепено се намалува за тешки елементи (на пример, за U е 7,6 MeV). Да забележиме за споредба дека сврзувачката енергија на валентни електрони во атомите е приближно 10 eV (10 6! пати помалку).

Намалувањето на специфичната енергија на врзување за време на транзицијата кон тешки елементи се објаснува со фактот дека со зголемување на бројот на протони во јадрото, нивната енергија исто така се зголемува Кулонова одбивност.Затоа, врската помеѓу нуклеоните станува помалку силна, а самите јадра стануваат помалку силни.

Најстабилни се т.н магични јадра,во кој бројот на протони или бројот на неутрони е еднаков на еден од магичните броеви: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Особено стабилна двапати магични јадра, во кој и бројот на протони и бројот на неутрони се магични (има само пет од овие јадра: He, O, Ca, Ca, Pb).

Од Сл. 342 произлегува дека најстабилни од енергетски аспект се јадрата во средниот дел на периодниот систем. Тешките и лесните јадра се помалку стабилни. Тоа значи дека енергетски поволни се следните процеси: 1) фисија на тешки јадра во полесни; 2) фузија на лесни јадра едни со други во потешки. Двата процеси ослободуваат огромни количини на енергија; Овие процеси во моментов се спроведуваат практично: реакции на фисија и термонуклеарни реакции.

Изотопи

Изотопи- сорти на атоми (и јадра) на еден хемиски елемент со различен број на неутрони во јадрото. Хемиски својстваатомите зависат речиси исклучиво од структурата на електронската обвивка, која, пак, се определува главно од полнежот на јадрото З(односно бројот на протони во него) и речиси не зависи од неговиот масен број А(односно, вкупниот број на протони Зи неутрони Н). Сите изотопи на истиот елемент имаат ист нуклеарен полнеж, различен само по бројот на неутрони.

Пример за изотопи: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O - три стабилни изотопи на кислород.

88.Структура на атомското јадро. Субатомски честички. Елементи. Изотопи.

Атомот се состои од јадро и електронски „облак“ што го опкружува. Се наоѓа во електронскиот облак електрониносат негативенЕлектрично полнење. Протони, вклучени во јадрото, носат позитивеннаплаќаат.

Во секој атом, бројот на протони во јадрото е точно еднаков на бројот на електрони во електронскиот облак, така што атомот како целина е неутрална честичка која не носи полнеж.

Атомот може да изгуби еден или повеќе електрони или, обратно, да добие електрони од други. Во овој случај, атомот добива позитивен или негативен полнеж и се нарекува јон.

Надворешните димензии на атомот се димензии на многу помалку густ електронски облак, кој е приближно 100.000 пати поголем од дијаметарот на јадрото.

Покрај протоните, јадрата на повеќето атоми вклучуваат неутрони, кои не носат никакво полнење. Масата на неутронот практично не се разликува од масата на протонот. Заедно се нарекуваат протони и неутрони нуклеони.

Енергија на врзување и дефект на нуклеарна маса

Нуклеоните во јадрото цврсто ги држат нуклеарните сили. За да се отстрани нуклеонот од јадрото, мора да се направи многу работа, односно да се пренесе значителна енергија на јадрото.

Енергијата на врзување на атомското јадро Eb го карактеризира интензитетот на интеракцијата на нуклеоните во јадрото и е еднаква на максималната енергија што мора да се потроши за да се подели јадрото на поединечни нуклеони кои не се во интеракција без да им се пренесе кинетичка енергија. Секое јадро има своја енергија на врзување. Колку е поголема оваа енергија, толку е постабилно атомското јадро. Точните мерења на нуклеарните маси покажуваат дека мирната маса на јадрото m i е секогаш помала од збирот на останатите маси на неговите составни протони и неутрони. Оваа масовна разлика се нарекува масен дефект:

Токму овој дел од масата Dm се губи при ослободување на енергијата на врзување. Применувајќи го законот за односот помеѓу масата и енергијата, добиваме:

*с2 (накратко овде, помножете се со C на квадрат)

каде е брзината на светлината во вакуум.

Друг важен параметар на јадрото е енергијата на врзување по нуклеон на јадрото, која може да се пресмета со делење на енергијата на врзување на јадрото со бројот на нуклеони што ги содржи:

Оваа вредност ја претставува просечната енергија што мора да се потроши за да се отстрани еден нуклеон од јадрото, или просечната промена во енергијата на врзување на јадрото кога слободен протон или неутрон се апсорбира во него.

На сл. е прикажан график на експериментално утврдената зависност на Est од А.

Како што може да се види од објаснувачката слика, при мали вредности на масени броеви, специфичната енергија на врзување на јадрата нагло се зголемува и достигнува максимум на (приближно 8,8 MeV). Нуклидите со таков масен број се најстабилни. Со понатамошен раст, просечната енергија на врзување се намалува, меѓутоа, во широк опсег на масовни броеви, енергетската вредност е речиси константна (MeV), од што произлегува дека можеме да напишеме .

Ваквото однесување на просечната енергија на врзување укажува на својството на нуклеарните сили да достигнат заситеност, односно можноста за интеракција на нуклеон само со мал број „партнери“. Доколку нуклеарните сили немале својство на заситеност, тогаш во радиусот на дејството на нуклеарните сили секој нуклеон би бил во интеракција со секој од другите и енергијата на интеракцијата би била пропорционална на , а просечната енергија на врзување на еден нуклеон не би била константна за различни јадра, но би се зголемиле со зголемување.

90.Теории за структурата на атомското јадро

Во процесот на развој на физиката, беа изнесени различни хипотези за структурата на атомското јадро. Најпознати се следните:

· Модел на капки на јадрото - предложен во 1936 година од Нилс Бор.

Модел на капки на јадрото- еден од најраните модели на структурата на атомското јадро, предложен од Нилс Бор во 1936 година во рамките на теоријата на сложеното јадро, развиена од Јакоб Френкел и, последователно, Џон Вилер, врз основа на која Карл Вајцекер првпат добил полуемпириска формула за врзувачката енергија на атомското јадро, наречена во негова чест Формула Weizsäcker.

Според оваа теорија, атомското јадро може да се претстави како сферична, рамномерно наелектризирана капка специјална нуклеарна материја, која има одредени својства, како што се некомпресибилност, заситеност на нуклеарните сили, „испарување“ на нуклеоните (неутрони и протони) и наликува на течност. Во врска со ова, некои други својства на капка течност може да се прошират на таков пад на јадрото, на пример, површински напон, фрагментација на капката на помали (фисија на јадра), спојување на мали капки во една голема (фузија на јадра).

· Шел модел на јадро - предложен во 30-тите години на 20 век.

Во моделот на обвивка на атом, електроните ги пополнуваат електронските обвивки, а штом ќе се наполни обвивката, енергијата на врзување за следниот електрон е значително намалена.

· Генерализиран Бор-Моттелсон модел.

O. m. I. предложен е врз основа на претпоставката за независно движење на нуклеоните во поле со полека променлив потенцијал. Внатрешни нуклеони пополнетите школки формираат „скелет“, кој има колективни степени на слобода и е опишан со помош на моделот на течни капки (види. Модел на капки на јадрото).Нуклеоните на надворешните, непополнети обвивки, во интеракција со површината на оваа капка, формираат општа, обично несферична, самоконзистентност. потенцијал. Адијабатската природа на промената на овој потенцијал овозможува да се одвои движењето на една честичка на нуклеоните што се случува на фиксен начин. потенцијал, од колективно движење што доведува до промена на обликот и ориентацијата, сп. основни полиња. Овој пристап е сличен на одвојување на движењето на електроните и јадрата во молекулите.

· Модел на јадрото на кластерот

· Модел на нуклеонски асоцијации

· Оптички модел на јадрото

· Модел на суперфлуидно јадро

Статистички модел на јадро

Нуклеарни сили

Нуклеарните сили се сили кои ги држат нуклеоните во јадрото, што претставуваат големи привлечни сили кои дејствуваат само на кратки растојанија. Тие имаат својства на сатурација, и затоа на нуклеарните сили им се припишува разменлив карактер. Нуклеарните сили зависат од спинот, не зависат од електричното полнење и не се централни сили.

Радиоактивно распаѓање

Радиоактивно распаѓање(од лат. радиус„зрак“ и āctīvus„ефективно“) - спонтана промена во составот на нестабилните атомски јадра (полнење Z, масен број А) преку емисија на елементарни честички или нуклеарни фрагменти. Процесот на радиоактивно распаѓање се нарекува и радиоактивност, а соодветните елементи се радиоактивни. Супстанциите што содржат радиоактивни јадра се нарекуваат и радиоактивни.

Утврдено е дека сите хемиски елементи со сериски број, поголема од 82 (односно, почнувајќи од бизмут), и многу полесни елементи (прометиум и техниум немаат стабилни изотопи, а за некои елементи, како што се индиум, калиум или калциум, некои од природните изотопи се стабилни, додека други се радиоактивни).

Природна радиоактивност- спонтано распаѓање на јадра на елементи кои се наоѓаат во природата.

Дел 5. Масовен дефект-врзувачка енергија-нуклеарни сили.

5.1. Според сегашниот нуклеонски модел, атомското јадро се состои од протони и неутрони, кои се држат во јадрото со нуклеарни сили.

Цитат: „Атомското јадро се состои од густо набиени нуклеони - позитивно наелектризирани протони и неутрални неутрони, меѓусебно поврзани со моќни и со краток дострел нуклеарни силивзаемна привлечност... (Атомско јадро. Википедија. Атомско јадро. ТСБ).
Сепак, земајќи ги предвид принципите на појавата на масовен дефект во неутронот наведени во Дел 3, информациите за нуклеарните сили треба да се разјаснат.

5.2. Школките на неутронот и протонот се речиси идентични во нивниот „дизајн“. Имаат бранова структура и се набиени електромагнетен бран, кој има енергија магнетно полецелосно или делумно претворена во електрична енергија ( + /-) полиња. Сепак, од сè уште непознати причини, овие две различни честички имаат обвивки со иста маса - 931,57 MeV. Односно: протонската обвивка е „калибрирана“ и со класичното бета преуредување на протонот масата на неговата обвивкае целосно и целосно „наследен“ од неутронот (и обратно).

5.3. Меѓутоа, во внатрешноста на ѕвездите, при бета преуредување на протоните во неутрони, се користи сопствената материја на протонската обвивка, како резултат на што сите добиени неутрони првично имаат масен дефект. Во овој поглед, во секоја прилика, „неисправниот“ неутрон се стреми да го врати на кој било начинреференца масата на нејзината обвивка и да се претвори во „полноправна“ честичка. И оваа желба на неутронот да ги врати своите параметри (за да го компензира недостатокот) е сосема разбирлива, оправдана и „легална“. Затоа, во најмала прилика, „неисправниот“ неутрон едноставно се „лепи“ (стапчиња, стапчиња, итн.) за обвивката од најблискиот протон.

5.4. Затоа: енергијата на врската и нуклеарните сили се инхерентно се еквивалент на сила,со кој неутронот се стреми да го „одземе“ протонот дел од неговата обвивка што недостасува. Механизам овој феноменсè уште не е многу јасно и не може да се претстави во рамките на оваа работа. Сепак, може да се претпостави дека неутронот, со својата „неисправна“ обвивка, е делумно испреплетена со недопрената (и посилна) обвивка на протонот.

5.5.Така:

а) дефект на неутронска маса - овие не се апстрактни, не се знае како и каде се појавиле нуклеарни сили . Дефект на неутронска маса е многу реален недостаток на неутронска материја, чие присуство (преку неговиот енергетски еквивалент) обезбедува појава на нуклеарни сили и врзувачка енергија;

б) сврзувачката енергија и нуклеарните сили се различни имиња за истиот феномен - дефект на масата на неутроните. Тоа е:
масовен дефект (a.m.u.* E 1 ) = енергија на врзување (MeV) = нуклеарни сили (MeV), каде што Е 1 - енергетски еквивалент на единица за атомска маса.

Дел 6. Спарете врски помеѓу нуклеоните.

6.1. Цитат: „Прифатено е дека нуклеарните сили се манифестација на силна интеракција и ги имаат следните својства:

а) нуклеарните сили дејствуваат помеѓу кои било два нуклеона: протон и протон, неутрон и неутрон, протон и неутрон;

б) нуклеарните сили на привлекување на протоните во јадрото се приближно 100 пати поголеми од силата на електричното одбивање на протоните. Во природата не се забележани помоќни сили од нуклеарните сили;

в) нуклеарните привлечни сили се со краток дострел: нивниот радиус на дејство е околу 10 - 15 м". (И.В. Јаковлев. Нуклеарна обврзувачка енергија).

Меѓутоа, земајќи ги предвид наведените принципи за појава на масен дефект во неутронот, веднаш се појавуваат приговори во однос на точката а) и бараат подетално разгледување.

6.2. За време на формирањето на деутрон (и јадра на други елементи), се користи само масовниот дефект присутен во неутронот. Протоните вклучени во овие реакции имаат масовен дефект не е формирана. Покрај тоа - протоните воопшто не можат да имаат масен дефект,затоа што:

Прво:нема „технолошка“ потреба за негово формирање, бидејќи за формирање на деутрон и други јадра хемиски елементиМасовниот дефект само на неутроните е сосема доволен;

Второ:протонот е посилна честичка од неутронот „роден“ на негова основа. Затоа, дури и ако се соедини со „неисправен“ неутрон, протонот никогаш, под никакви околности, нема да даде „ниден грам“ од својата материја на неутрон. Токму на овие два феномени - „непопустливоста“ на протонот и присуството на масен дефект во неутронот се заснова постоењето на врзувачка енергија и нуклеарни сили.

6.3 Во врска со горенаведеното, произлегуваат следниве едноставни заклучоци:

а) нуклеарни сили можедејствуваат самопомеѓу протон и „неисправен“ неутрон, бидејќи тие имаат обвивки со различна дистрибуција на полнеж и различна јачина (обвивката на протонот е посилна);

б) нуклеарни сили не можедејствуваат помеѓу протон-протон, бидејќи протоните не можат да имаат масен дефект. Затоа, формирањето и постоењето на дипротон е исклучено. Потврда - дипротонот сè уште не е експериментално откриен (и никогаш нема да биде откриен). Згора на тоа, ако имало (хипотетичка) врска протон-протон, тогаш едноставното прашање станува легитимно: зошто тогаш на природата и треба неутрон? Одговорот е јасен - во овој случај, воопшто не е потребен неутрон за да се изградат сложени јадра;

в) нуклеарни сили не можедејствуваат помеѓу неутрони-неутрони, бидејќи неутроните имаат обвивки кои се „од ист тип“ по јачина и дистрибуција на полнеж. Затоа, формирањето и постоењето на динеутрон е исклучено. Потврда - динеутронот сè уште не е експериментално откриен (и никогаш нема да биде откриен). Згора на тоа, ако имало (хипотетичка) врска неутрон-неутрон, тогаш еден од двата неутрони („посилниот“) речиси веднаш би го вратил интегритетот на својата обвивка на сметка на обвивката на втората („послабата“).

6.4. Така:

а) протоните имаат полнеж и, според тоа, кулоновите одбивни сили. Затоа единствената цел на неутронот е неговата способност (вештина) да создаде масовен дефекти со својата сврзувачка енергија (нуклеарни сили) „залепуваат“ наелектризирани протони и заедно со нив формираат јадра на хемиски елементи;

б) енергијата на врзување може да дејствува само помеѓу протонот и неутронот, И не можедејствува помеѓу протон-протон и неутрон-неутрон;

в) исклучено е присуството на масен дефект во протонот, како и формирање и постоење на дипротон и динеутрон.

Дел 7. „Мезонски струи“.

7.1. Цитат: „Поврзувањето на нуклеоните се врши со екстремно краткотрајни сили кои се јавуваат како резултат на континуирана размена на честички наречени пи-мезони... Интеракцијата на нуклеоните се сведува на повторени акти на емисија на мезон за еден на нуклеоните и негова апсорпција од друг... Најизразената манифестација на мезонските струи на размена се наоѓа во реакциите на разделување на деутрон од електрони со висока енергија и g-кванти.“ (Атомско јадро. Википедија, TSB, итн.).

Мислењето дека нуклеарните сили „...се јавуваат поради континуираната размена на честички наречени пи-мезони...„потребно е појаснување од следниве причини:

7.2. Појавата на мезонски струи при уништување на деутрон (или други честички) под никакви околностине може да се смета сигурен фактпостојаното присуство на овие честички (мезони) во реалноста, бидејќи:

а) во процесот на уништување, стабилните честички се обидуваат на кој било начин да ја зачуваат (прекреираат, „поправат“ итн.) својата структура. Затоа, пред нивното конечно распаѓање, тие формираат бројни слични на самите себе фрагменти средна структурасо различни комбинации на кваркови - миони, мезони, хиперони итн. и така натаму.

б) овие фрагменти се само производи од средно распаѓање со чисто симболичен животен век („привремени жители“) и затоа не може да се сметакако трајни и навистина постоечки структурни компонентипостабилни формации (елементи на периодниот систем и нивните составни протони и неутрони).

7.3. Покрај тоа: мезоните се композитни честички со маса од околу 140 MeV, составени од кваркови-антикваркови u-ги школки. И појавата на такви честички „внатре“ во деутронот е едноставно невозможна од следниве причини:

а) појавата на еден минус мезон или плус мезон е целосно кршење на законот за зачувување на полнењето;

б) формирањето на мезонските кваркови ќе биде придружено со појава на неколку средно електрон-позитрон парови и неотповикливаослободување на енергија (материја) во форма на неутрина. Овие загуби, како и цената на протонската материја (140 MeV) за формирање на најмалку еден мезон, се 100% прекршување на калибрацијата на протонот (протонска маса - 938,27 MeV, ни повеќе ни помалку).

7.4. Така:

А ) две честички - протон и неутрон, кои формираат деутрон, се држат заедно само со врзувачка енергија, чија основа е недостатокот на материја (масен дефект) на неутронската обвивка;

б) поврзување на нуклеоните користејќи „ повеќекратни чинови» размена на пи-мезони (или други „привремени“ честички) - исклучени, бидејќи тоа е целосно кршење на законите за зачувување и интегритет на протонот.

Дел 8. Сончеви неутрина.

8.1. Во моментов, при пресметување на бројот на соларни неутрина, во согласност со формулата p + p = D + e + + v д+ 0,42 MeV, да претпоставиме дека нивната енергија лежи во опсег од 0 до 0,42 MeV. Сепак, ова не ги зема предвид следните нијанси:

8.1.1. Во-прво.Како што е наведено во став 4.3, енергетските вредности (+0,68 MeV) и (-0,26 MeV) не можат да се сумираат, бидејќи тоа е апсолутно различни типови(видови) енергија што се ослободува/троши од различни фазипроцес (во различни временски интервали). Енергијата (0,68 MeV) се ослободува до почетна фазапроцес на формирање на деутрон и веднаш се дистрибуира помеѓу позитронот и неутриното во произволни размери. Следствено, пресметаните вредности на сончевата неутрино енергија се во опсегот од 0 до 0,68 MeV.

8.1.2. Во-второ.Во длабочините на Сонцето, материјата е под влијание на монструозен притисок, кој се компензира со Кулоновите сили на одбивање на протоните. Кога еден од протоните ќе претрпи бета преуредување, неговото Кулоновско поле (+1) исчезнува, но на негово место веднаш не се појавува само електрично неутрален неутрон, туку и нова честичка - позитронсо точно истото Кулоновско поле (+1). „Новородениот“ неутрон е должен да исфрли „непотребни“ позитрони и неутрина, но тој е опкружен (компресиран) од сите страни со Куломовите полиња (+1) на другите протони. И појавата на нова честичка (позитрон) со точно исто поле (+1) веројатно нема да биде „поздравена со задоволство“. Затоа, за да може позитронот да ја напушти реакционата зона (неутрон), неопходно е да се надмине контраотпорноста на „вонземските“ Кулонови полиња. За ова, позитронот мора ( мора) имаат значителна резерва на кинетичка енергија и затоа поголемиот дел од енергијата ослободена за време на реакцијата ќе биде пренесена во позитронот.

8.2. Така:

а) распределбата на енергијата ослободена за време на бета преуредувањето помеѓу позитронот и неутриното не зависи само од просторното распоредување на парот електрон-позитрон што се појавува во кваркот и локацијата на кварковите внатре во протонот, туку и од присуството на надворешни сили кои се спротивставуваат на ослободувањето на позитронот;

б) да се надминат надворешните Кулонови полиња најголемиот делод енергијата ослободена за време на бета преуредувањето (од 0,68 MeV) ќе се пренесе во позитронот. Во овој случај, просечната енергија на огромниот број неутрина ќе биде неколку пати (или дури и неколку десетици пати) помала од просечната енергија на позитронот;

в) вредноста на нивната енергија од 0,42 MeV, моментално прифатена како основа за пресметување на бројот на соларни неутрина, не одговара на реалноста.