Маси на атомни ядра. Как да намерим масата на ядрото Каква е масата на ядрото на атома

с параметри b v , b s b k , k v ,k s ,k k ,B s B k C1. което е необичайно с това, че съдържа член с Z на положителна дробна степен.
От друга страна бяха правени опити да се стигне до масови формули, базирани на теорията на ядрената материя или на базата на използването на ефективни ядрени потенциали. По-специално, ефективните потенциали на Skyrme са използвани в работи, където се разглеждат не само сферично симетрични ядра, но и деформации от аксиален тип. Въпреки това, точността на резултатите от изчисленията за масите на ядрата обикновено е по-ниска, отколкото при макро-макроскопския метод.
Всички обсъдени по-горе произведения и предложените в тях формули за маса бяха ориентирани към глобално описание на цялата система от ядра чрез гладки функции на ядрени променливи (A, Z и др.) с оглед предсказване на свойствата на ядрата в отдалечени региони (близо и извън границата на стабилност на нуклона, както и свръхтежки ядра). Формулите от глобален тип също включват корекции на обвивката и понякога съдържат значителен брой параметри, но въпреки това тяхната точност е сравнително ниска (от порядъка на 1 MeV) и възниква въпросът доколко оптимални са те и особено макроскопичните им (течни -droplet) част, отразяват изискванията на експеримента.
В тази връзка в работата на Колесников и Вимятнин е решена обратната задача за намиране на оптималната формула за маса, въз основа на изискването структурата и параметрите на формулата да осигуряват най-малкото стандартно отклонение от експеримента и това да се постига с минималният брой параметри n, т.е. така че както и индексът на качеството на формулата Q = (n + 1) са минимални. В резултат на подбор сред доста широк клас разглеждани функции (включително използваните в публикуваните масови формули ax) като оптимален вариант за енергията на свързване беше предложена формулата (в MeV):

B(A,Z) = 13,0466A - 33,46A 1/3 - (0,673+0,00029A)Z 2 /A 1/3 - (13,164 + 0,004225A)(A-2Z) 2 /A -
– (1,730- 0,00464A)|A-2Z| + P(A) + S(Z,N),

(12)

където S(Z,N) е най-простата (двупараметърна) корекция на обвивката, а P(A) е корекцията за четност (виж (6)) с максимално отклонение от ~2,5 MeV (според таблиците). В същото време той дава по-добро (в сравнение с други формули за глобален тип) описание на изобарите, които са далеч от линията на бета стабилност и линията Z*(A), а кулоновият енергиен член е в съответствие с размерите на ядрата от експерименти за разсейване на електрони. Вместо обичайния термин, пропорционален на A 2/3 (обикновено идентифициран с "повърхностната" енергия), формулата съдържа термин, пропорционален на A 1/3 (присъстващ, между другото, под името на термина "кривина" в много масови формули, например). Точността на изчисленията B(A,Z) може да се увеличи чрез въвеждане на по-голям брой параметри, но качеството на формулата се влошава (Q се увеличава). Това може да означава, че класът от функции, използвани в, не е достатъчно пълен или че трябва да се използва друг (неглобален) подход за описване на масите на ядрата.

4. Локално описание на свързващите енергии на ядрата

Друг начин за конструиране на масови формули се основава на локално описание на повърхността на ядрената енергия. На първо място, ние отбелязваме разликите, които свързват масите на няколко (обикновено шест) съседни ядра с броя на неутроните и протоните Z, Z + 1, N, N + 1. Първоначално те бяха предложени от Харви и Келсън и допълнително усъвършенствани в трудовете на други автори (например в). Използването на диференциални отношения дава възможност да се изчислят масите на неизвестни, но близки до известните ядра с висока точност от порядъка на 0,1 - 0,3 MeV. Трябва обаче да въведете голям брой параметри. Например, за да се изчислят масите на 1241 ядра с точност от 0,2 MeV, беше необходимо да се въведат 535 параметъра. Недостатъкът е също, че при пресичане на магическите числа точността е значително намалена, което означава, че предсказуемата сила на такива формули за всякакви по-далечни екстраполации е ниска.
Друга версия на местното описание на повърхността на ядрената енергия се основава на идеята за ядрени черупки. Според многочастичния модел на ядрените обвивки, взаимодействието между нуклоните не се свежда изцяло до създаването на някакво средно поле в ядрото. В допълнение към него трябва да се вземе предвид и допълнително (остатъчно) взаимодействие, което се проявява по-специално под формата на спиново взаимодействие и в ефекта на паритета. Както е показано от de Shalit, Talmy и Tyberger, в рамките на пълненето на една и съща неутронна (под)обвивка, енергията на свързване на неутрони (B n) и подобно (в рамките на пълненето на протонната (под)обвивка) енергията на свързване на протона (B p) променят се линейно в зависимост от броя на неутроните и протоните, а общата енергия на свързване е квадратична функция Z и N. Анализ на експериментални данни за енергии на свързване на ядрата в произведения води до подобен извод. Освен това се оказа, че това е вярно не само за сферични ядра (както беше прието от de Chalit et al.), но и за области на деформирани ядра.
Чрез простото разделяне на системата от ядра на области между магически числа, човек може (както показа Леви) да опише енергии на свързване чрез квадратични функции на Z и N поне, както и чрез използване на глобални формули за маса. По-теоретически сериозен подход, базиран на произведенията, е възприет от Zeldes. Той също така раздели системата от ядра на области между магически числа 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, но енергията на взаимодействие във всеки от тези региони включваше не само взаимодействието на двойки на нуклони, квадратични по Z и N и Кулоново взаимодействие, но също така наречено деформационно взаимодействие, съдържащо симетрични полиноми в Z и N със степен, по-висока от втората.
Това даде възможност значително да се подобри описанието на енергии на свързване на ядрата, въпреки че доведе до увеличаване на броя на параметрите. По този начин, за да се опишат 1280 ядра с = 0,278 MeV, беше необходимо да се въведат 178 параметъра. Независимо от това, пренебрегването на подчерупките доведе до доста значителни отклонения в близост до Z = 40 (~1.5 MeV), близо до N = 50 (~0.6 MeV) и в областта на тежките ядра (>0.8 MeV). Освен това възникват трудности, когато се желае хармонизиране на стойностите на параметрите на формулата в различни региони от условието за непрекъснатост на енергийната повърхност на границите.
В тази връзка изглежда очевидно, че ефектът от подчерупките трябва да се вземе предвид. Въпреки това, във време, когато основните магически числа са установени надеждно както теоретично, така и експериментално, въпросът за подмагическите числа се оказва много объркващ. Всъщност няма надеждно установени универсално признати субмагически числа (въпреки че в литературата са отбелязани нередности в някои свойства на ядрата при нуклонни числа 40, 56,64 и други). Причините за относително малки нарушения на закономерностите могат да бъдат различни.Например, както отбелязват Goeppert-Meier и Jensen, причината за нарушаването на нормалния ред на запълване на съседни нива може да бъде разликата в големината на техните ъглови моменти и, в резултат на сдвояване на енергии. Друга причина е деформацията на сърцевината. Колесников комбинира проблема за отчитането на ефекта на подчерупките с едновременното търсене на подмагически числа, базирано на разделяне на областта на ядрата между съседни магически числа на такива части, че във всяка от тях енергиите на свързване на нуклони (B n и B p) може да се опише с линейни функции на Z и N и при условие, че общата енергия на свързване е непрекъсната функция навсякъде, включително на границите на регионите. Отчитането на подчерупките направи възможно намаляването на средноквадратичното отклонение от експерименталните стойности на енергии на свързване до = 0,1 MeV, т.е. до нивото на експериментални грешки. Разделянето на системата от ядра на по-малки (субмагически) области между основните магически числа води до увеличаване на броя на междумагическите области и съответно до въвеждането на по-голям брой параметри, но в същото време стойностите от последните в различни региони може да се координира от условията за непрекъснатост на енергийната повърхност на границите на регионите и по този начин да се намали броят на свободните параметри.
Например, в областта на най-тежките ядра (Z>82, N>126), при описване на ~800 ядра с = 0,1 MeV, поради условията на енергийна непрекъснатост на границите, броят на параметрите намалява с повече от една трета (стана 136 вместо 226).
В съответствие с това, енергията на свързване на протона - енергията на прикрепване на протона към ядрото (Z, N) - в рамките на една и съща междумагическа област може да се запише като:

(13)

където индексът i определя четността на ядрото по броя на протоните: i = 2 означава, че Z е четно, а i =1 - Z е нечетно, a i и b i са константи, общи за ядрата с различни индекси j, които определят четността от броя на неутроните. В този случай , където pp е енергията на протонно сдвояване и , където Δ pn е енергията на pn-взаимодействие.
По подобен начин енергията на свързване (прикрепване) на неутрон се записва като:

(14)

където c i и d i са константи, , където δ nn е енергията на сдвояване на неутрони и , Z k и N l са най-малкият от (под)магическите числа на протоните и съответно неутроните, които ограничават областта (k, l) .
В (13) и (14) се взема предвид разликата между ядрата и на четирите вида четност: hh, chn, lf и nn. В крайна сметка, при такова описание на енергии на свързване на ядрата, енергийната повърхност за всеки тип паритет се разделя на относително малки части, свързани помежду си, т.е. става като мозаечна повърхност.

5. Линия на бета - стабилност и енергия на свързване на ядрата

Друга възможност за описание на енергии на свързване на ядрата в областите между основните магически числа се основава на зависимостта на енергиите на бета-разпада на ядрата от разстоянието им от линията на бета-стабилност. От формулата на Бете-Вайцзакер следва, че изобарните сечения на енергийната повърхност са параболи (виж (9), (10)), а линията на бета-стабилност, оставяйки началото на голямо А, се отклонява все повече към неутронно- богати ядра. Въпреки това, реалната крива на бета-стабилност е прави сегменти (виж фиг. 3) с прекъсвания в пресечната точка на магическите числа на неутроните и протоните. Линейната зависимост на Z* от A също следва от многочастичния модел на ядрени черупки de Chalit et al. Експериментално най-значимите прекъсвания в линията на бета стабилност (Δ Z * 0,5-0,7) възникват в пресечната точка на магически числа N, Z = 20, N = 28, 50, Z = 50, N и Z = 82, N = 126). Подмагическите числа са много по-слаби. В интервала между основните магически числа Z* стойностите за минималната енергия на изобарите лежат с доста добра точност на линейно осреднената (права) линия Z*(A). За областта на най-тежките ядра (Z>82, N>136) Z* се изразява с формулата (вж.)

Както е показано във всеки от междумагическите области (т.е. между основните магически числа), бета-плюс и бета-минус енергии на разпадане се оказват линейна функция на Z - Z * (A) с добра точност. Това е показано на фиг. 5 за областта Z>82, N>126, където е нанесена зависимостта на стойността + D от Z – Z*(A), за удобство се избират ядра с четно Z; D е корекцията за четност, равна на 1,9 MeV за ядра с четно N (и Z) и 0,75 MeV за ядра с нечетно N (и четно Z). Като се има предвид, че за изобара с нечетен Z, енергията на бета-минус разпад - е равна със знак минус на енергията на разпада бета-плюс на изобара с четен заряд Z + 1, и (A, Z) = - ( A, Z + 1), графиката на фиг. 5 обхваща всички, без изключение, ядра на региона Z>82, N>126 с четни и нечетни стойности на Z и N. В съответствие с горното

= + k(Z * (A) – Z) - D ,

(16)

където k и D са константи за областта между основните магически числа. В допълнение към областта Z>82, N>126, както е показано на , подобни линейни зависимости (15) и (16) са валидни и за други области, идентифицирани с основните магически числа.
Използвайки формули (15) и (16), е възможно да се оцени енергията на бета-разпада на всяко (дори и досега недостъпно за експериментално изследване) ядро от разглеждания субмагически регион, като се знае само неговия заряд Z и масово число A. При в същото време точността на изчисление за района Z> 82, N>126, в сравнение с ~200 експериментални стойности от таблицата показва, варира от = 0,3 MeV за нечетно A до 0,4 MeV за четно A при максимални отклонения от от порядъка на 0,6 MeV, т.е. по-високо, отколкото при използване на формули за маса от глобален тип. И това се постига чрез използване на минималния брой параметри (четири във формула (16) и още два във формула (15) за кривата на бета стабилност). За съжаление, за свръхтежки ядра в момента е невъзможно да се извърши подобно сравнение поради липсата на експериментални данни.
Познаването на енергиите на бета разпада плюс енергията на алфа разпада само за една изобара (A, Z) дава възможност да се изчислят енергиите на алфа разпада на други ядра със същото масово число A, включително тези, които са достатъчно далеч от линията на бета стабилност. Това е особено важно за областта на най-тежките ядра, където алфа разпадът е основният източник на информация за енергиите на ядрата. В областта Z > 82, линията на бета стабилност се отклонява от линията N = Z, по която се случва алфа разпад, така че ядрото, образувано след изтичането на алфа частица, се доближава до линията на бета стабилност. За линията на бета стабилност на областта Z > 82 (виж (15)) Z * /A = 0,356, докато за алфа разпада Z/A = 0,5 . В резултат на това ядрото (A-4, Z-2) в сравнение с ядрото (A, Z) е по-близо до линията на бета стабилност с (0,5 - 0,356). 4 = 0,576, а енергията му на бета разпад става 0,576. k = 0,576. 1,13 = 0,65 MeV по-малко в сравнение с ядрото (A,Z). Следователно от енергийния (,) цикъл, който включва ядрата (A,Z), (A,Z+1), (A-4,Z-2), (A-4,Z-1), следва че енергията на алфа разпада Q a на ядрото (A, Z+1) трябва да бъде с 0,65 MeV по-голяма от изобара (A, Z). По този начин, по време на прехода от изобара (A, Z) към изобара (A, Z + 1), енергията на алфа разпада се увеличава с 0,65 MeV. При Z>82, N>126 това средно е много добре обосновано за всички ядра (независимо от паритета). Средноквадратичното отклонение на изчисленото Q a за 200 ядра от разглеждания регион е само 0,15 MeV (а максимумът е около 0,4 MeV), въпреки факта, че субмагическите числа N = 152 за неутроните и Z = 100 за пресичане на протони.

За да завършим цялостната картина на промяната в енергиите на алфа-разпада на ядрата в областта на тежките елементи, въз основа на експериментални данни за енергии на алфа-разпад, изчислихме стойността на енергията на алфа-разпада за фиктивни ядра, лежащи върху бета -линия на стабилност, Q * a . Резултатите са представени на фиг.6. Както се вижда от фиг. 6, общата стабилност на ядрата по отношение на алфа разпада след оловото бързо нараства (Q * a пада) до A235 (уранов регион), след което Q * a постепенно започва да нараства. В този случай могат да се разграничат 5 области на приблизително линейна промяна в Q * a:

Изчисляване на Q a по формулата

6. Тежки ядра, свръхтежки елементи

AT последните годиние постигнат значителен напредък в изследването на свръхтежки ядра; са синтезирани изотопи на елементи с поредни номера от Z = 110 до Z = 118. В този случай особена роля изиграха експериментите, проведени в ОИЯИ в Дубна, където като бомбардираща частица беше използван изотопът 48Ca, съдържащ голям излишък от неутрони, което направи възможно синтезирането на нуклиди по-близо до линията на бета-стабилност и следователно по-дълготрайни и разлагащи се с по-ниска енергия. Трудността обаче е, че веригата на алфа-разпад на ядрата, образувани в резултат на облъчване, не завършва с известни ядра и следователно идентифицирането на получените реакционни продукти, особено техния масов брой, не е еднозначно. В тази връзка, както и за разбиране на свойствата на свръхтежките ядра, разположени на границата на съществуването на елементи, е необходимо да се сравнят резултатите от експерименталните измервания с теоретичните модели.
Ориентацията може да бъде дадена от систематиката на енергиите - и - разпада, като се вземат предвид новите данни за елементите на трансфермиум. Публикуваните досега произведения обаче се основават на доста стари експериментални данни от преди почти двадесет години и поради това не са от полза.
Относно теоретични трудове, трябва да се признае, че техните заключения далеч не са еднозначни. На първо място, зависи от това кой теоретичен модел на ядрото е избран (за областта на трансфермианите ядра макро-микромоделът, методът на Skyrme-Hartree-Fock и релативистичният модел на средното поле се считат за най-приемливи). Но дори и в рамките на същия модел, резултатите зависят от избора на параметри и от включването на определени корекционни термини. Съответно се предвижда повишена стабилност при (и близо) различни магически числа на протони и неутрони.

Така Мьолер и някои други теоретици стигнаха до заключението, че в допълнение към добре познатите магически числа (Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82 и N = 126), трябва да се появи и числото Z = 114 като магическо число в областта на трансфермиевите елементи, а близо до Z = 114 и N = 184 трябва да има остров от относително стабилни ядра (някои възвишени популяризатори побързаха да фантазират за нови уж стабилни свръхтежки ядра и нови източници на енергия, свързани с тях) . Но всъщност в трудовете на други автори магията на Z = 114 се отхвърля и вместо това Z = 126 или 124 се обявяват за магически числа на протоните.
От друга страна, в произведенията се посочва, че магическите числа са N = 162 и Z = 108. Авторите на творбата обаче не са съгласни с това. Мненията на теоретиците също се различават дали ядрата с номера Z = 114, N = 184 и с номера Z = 108, N = 162 трябва да са сферично симетрични или могат да бъдат деформирани.
Що се отнася до експерименталната проверка на теоретичните прогнози за магията на броя на протоните Z = 114, то в експериментално постигнатата област с неутронни числа от 170 до 176, изолирането на изотопите на елемент 114 (в смисъл на тяхната по-голяма стабилност ) в сравнение с изотопите на други елементи не се наблюдава визуално.

Горепосоченото е илюстрирано на фигури 7, 8 и 9. Фигури 7, 8 и 9, в допълнение към експерименталните стойности на енергиите на алфа-разпада Q a на трансфермиевите ядра, нанесени с точки, показват резултатите от теоретичните изчисления в формата на извити линии. Фигура 7 показва резултатите от изчисленията за макро-микро модела на работа , за елементи с четно Z, намерен при отчитане на многополярността на деформациите до осми порядък.
На фиг. Фигури 8 и 9 показват резултатите от Q a изчисления, използвайки оптималната формула за четни и нечетни елементи, съответно. Имайте предвид, че параметризацията в c е извършена, като се вземат предвид експерименти, проведени преди 5–10 години, докато в c параметрите не са коригирани от публикуването на работата.
Общият характер на описанието на трансфермиевите ядра (със Z > 100) в и е приблизително същото - средноквадратичното отклонение е 0,3 MeV, но в за ядра с N > 170 зависимостта на кривата Q a (N) се различава от експерименталната, докато при пълно съответствие се постига, ако се вземе предвид съществуването на подобвивка N = 170.
Трябва да се отбележи, че формулите за масата в редица статии, публикувани през последните години, също дават доста добро описание на енергиите Q a за ядрата на района на трансфермиум (0,3-0,5 MeV), а в статията несъответствието в Q a за веригата от най-тежките ядра 294 118 290 116 286 114 се оказва в границите на експерименталните грешки (вярно за цялата област на трансфермиевите ядра 0,5 MeV, т.е. по-лошо от, например, в ).
По-горе в раздел 5 беше описан прост метод за изчисляване на енергията на алфа разпада на ядрата с Z>82, базиран на зависимостта на енергията на алфа разпада Q a на ядрото (A, Z) от разстоянието от линията на бета стабилност Z-Z * , което се изразява с формулите ( 22, 23). Стойностите Z *, необходими за изчисляване на Q a (A, Z) се намират по формула (15), а Q a * - от фиг. 6 или чрез формули (17-21). За всички ядра със Z>82, N>126, точността на изчисляване на енергията на алфа разпада е 0,2 MeV, т.е. поне не по-лошо, отколкото за масови формули от глобален тип. Това е илюстрирано в табл. 1, където резултатите от изчислението на Q a по формули (22.23) се сравняват с експерименталните данни, съдържащи се в таблиците на изотопите. Освен това в табл. Таблица 2 показва резултатите от изчисленията на Q a за ядра със Z > 104, несъответствието между които и последните експерименти остава в рамките на същите 0,2 MeV.
Що се отнася до магическото число Z = 108, както се вижда от фигури 7, 8 и 9, няма значителен ефект от повишаване на стабилността с този брой протони. Понастоящем е трудно да се прецени колко значителен е ефектът на обвивката N = 162 поради липсата на надеждни експериментални данни. Вярно е, че в работата на Dvorak et al., използвайки радиохимичния метод, беше изолиран продукт, който се разпада чрез излъчване на алфа-частици с доста дълъг живот и относително ниска енергия на разпад, който беше идентифициран с ядрото 270 Hs с броя на неутрони N = 162 (съответната стойност на Q a на фиг. 7 и 8 са отбелязани с кръст). Резултатите от тази работа обаче се различават от заключенията на други автори.
По този начин можем да кажем, че засега няма сериозни основания да се твърди съществуването на нови магически числа в областта на тежките и свръхтежките ядра и повишаването на стабилността на свързаните с тях ядра, с изключение на установените по-рано подобвивки N = 152 и Z = 100. Що се отнася до магическото число Z = 114, със сигурност не може да се изключи напълно (въпреки че това не изглежда много вероятно), че ефектът на черупката Z = 114 близо до центъра на острова на стабилност (т.е. близо до N = 184) Тази област обаче все още не е достъпна за експериментално изследване.
За да се намерят субмагически числа и свързаните с тях ефекти от запълването на подчерупки, методът, описан в раздел 4, изглежда логичен. p се променя линейно в зависимост от броя на неутроните N и броя на протоните Z, а цялата система от ядра е разделена на междумагически области, в които формули (13) и (14) са валидни. (Под)магическото число е границата между две области на регулярна (линейна) вариация B n и B p , а ефектът на запълване на неутронната (протонната) обвивка може да се разбере като енергийната разлика B n (B p) по време на преход от един регион в друг. Подмагическите числа не са предварително зададени, а се намират в резултат на съгласуване с експерименталните данни на линейни формули (11) и (12) за B n и B p, когато системата от ядра е разделена на области, вижте Раздел 4, както и .

Както се вижда от формули (11) и (12), B n и B p са функции на Z и N. За да добиете представа как B n се променя в зависимост от броя на неутроните и какъв е ефектът на запълване на различни неутронни (под)обвивки, се оказва удобно да доведем енергията на неутронно свързване до линията на бета стабилност. За да направим това, за всяка фиксирана стойност на N намерихме B n * B n (N,Z*(N)), където (съгласно (15)) Z * (N) = 0,5528Z + 14,1. Зависимостта на B n * от N за ядра и от четирите типа на четност е показана на Фиг. 10 за ядра с N > 126. Всяка от точките на Фиг. 10 съответства на средната стойност на B n * стойности, намалени до линията на бета-стабилност за ядра със същия паритет със същия N.
Както се вижда от фиг. 10, B n * изпитва скокове не само при добре познатото магическо число N = 126 (спад с 2 MeV) и при подмагическо число N = 152 (спад с 0,4 MeV за ядра с всякаква четност типове), но и при N = 132, 136, 140, 144, 158, 162, 170. Природата на тези подчерупки се оказва различна. Въпросът е, че величината и дори знакът на ефекта на обвивката се оказват различни за ядрата различни видовепаритет. Така че при преминаване през N = 132 B n * намалява с 0,2 MeV за ядра с нечетно N, но се увеличава със същото количество за ядра с четно N. Енергията C, осреднена за всички типове на четност (линия C на фиг. 10), не изпитва прекъсване. Ориз. 10 ви позволява да видите какво се случва, когато другите подмагически числа, изброени по-горе, се пресичат. От съществено значение е средната енергия C или да не изпитва прекъсване, или да се променя с ~0,1 MeV в посока на намаляване (при N = 162) или увеличаване (при N = 158 и N = 170).
Общата тенденция в изменението на енергиите B n * е следната: след запълване на обвивката с N = 126, енергията на свързване на неутроните се увеличава до N = 140, така че средната енергия C достига 6 MeV, след което намалява с около 1 MeV за най-тежките ядра.

Енергиите на протоните, редуцирани до линията на бета-стабилност B p * B p (Z, N*(Z)), бяха открити по подобен начин, като се вземе предвид формулата N * (Z) = 1,809N – 25,6 (следваща от (15)) . Зависимостта на B p * от Z е показана на фиг.11. В сравнение с неутроните, енергията на свързване на протоните изпитва по-резки флуктуации, когато броят на протоните се промени. Както се вижда от фиг. 11, енергията на свързване на протоните B p * претърпява прекъсване с изключение на основното магическо число Z = 82 (a намаляване на B p * с 1,6 MeV) при Z = 100 , както и при субмагически числа 88, 92, 104, 110. Както и в случая на неутроните, пресичането на протонните субмагически числа води до ефекти на обвивката с различна величина и знак . Средната стойност на енергията C не се променя при пресичане на числото Z = 104, но намалява с 0,25 MeV при пресичане на числата Z = 100 и 92 и с 0,15 MeV при Z = 88 и се увеличава със същото количество при Z = 110.
Фигура 11 показва общата тенденция на промяна на B p * след запълване на протонната обвивка Z = 82 - това е увеличение до уран (Z = 92) и постепенно намаляване с вибрации на черупката в областта на най-тежките елементи. В този случай средната енергийна стойност се променя от 5 MeV в урановата област до 4 MeV за най-тежките елементи, като в същото време енергията на протонното сдвояване намалява,

Фиг.12. Енергии на сдвояване nn , pp и np Z > 82, N > 126.

Ориз. 13. B n като функция на Z и N.

Както следва от фигури 10 и 11, в областта на най-тежките елементи, в допълнение към общото намаляване на енергията на свързване, има отслабване на свързването на външните нуклони един към друг, което се проявява в намаляване на неутрона енергията на сдвояване и енергията на сдвояване на протоните, както и неутрон-протонното взаимодействие. Това е демонстрирано изрично на Фигура 12.
За ядра, лежащи на линията на бета-стабилност, енергията на сдвояване на неутрони nn се определя като разликата между енергията на четно (Z)-нечетно(N) ядро B n *(N) и полусумата
(B n * (N-1) + B n * (N+1))/2 за четно-четни ядра; по подобен начин, енергията на сдвояване на протони pp беше намерена като разлика между енергията на нечетно-четното ядро B p * (Z) и полусумата (B p * (Z-1) + B p * (Z+1) )/2 за четно-четни ядра. И накрая, енергията на np-взаимодействие np беше намерена като разликата B n * (N) на четно-нечетното ядро и B n * (N) на четно-четното ядро.
Фигури 10, 11 и 12 обаче не дават пълна представа за това как се променят енергии на свързване на нуклони B n и B p (и всичко свързано с тях) в зависимост от съотношението между броя на неутроните и протоните. Имайки това предвид, в допълнение към фиг. 10,11 и 12 за по-голяма яснота (в съответствие с формули (13) и (14)) Фиг.13, която показва пространствена картина на енергиите на свързване на неутроните B n като функция от броя на неутроните N и протони Z, Нека отбележим някои общи модели, проявяващо се в анализа на енергии на свързване на ядрата на областта Z>82 , N>126 , включително на фиг.13 Енергийната повърхност B(Z,N) е непрекъсната навсякъде, включително и по границите на регионите. Енергията на свързване на неутроните B n (Z,N), която варира линейно във всяка от междумагическите области, изпитва прекъсване само при пресичане на границата на неутронната (под)обвивка, докато при пресичане на протонната (под)обвивка, само наклонът B n /Z може да се промени.
Напротив, B p (Z,N) изпитва прекъсване само на границата на протонната (под)обвивка, а на границата на неутронната (под)обвивка, наклонът на B p /N може само да се променя. В рамките на междумагическия регион B, n расте с увеличаване на Z и бавно намалява с увеличаване на N; по подобен начин B p нараства с увеличаване на N и намалява с увеличаване на Z. В този случай промяната на B p става много по-бързо от B n .
Числовите стойности на B p и B n са дадени в табл. 3 , и стойностите на параметрите, които ги определят (виж формули (13) и (14)) - в Таблица 4. те се намират като разлики B* n за нечетно-четно и четно-четно ядра и, съответно, четно-четни и нечетно-нечетни ядра на фиг. 10 и като разликата B * p за четно-нечетно и четно-четно и съответно нечетно-четно и нечетно-нечетно ядра на фиг.11.
Анализът на ефектите на обвивката, резултатите от който са представени на фиг. 10-13, зависят от входните експериментални данни - основно от енергиите на алфа разпада Q a и промяната в последния може да доведе до корекция на резултатите от този анализ. Това е особено вярно за областта Z > 110, N > 160, където понякога се правят заключения на базата на единична енергия на алфа разпад. По отношение на зоната Z< 110, N < 160, где результаты экспериментальных измерений за последние годы практически стабилизировались, то результаты анализа, приведенные на рис. 10 и 11 практически совпадают с теми, которые были получены в двадцать и более лет назад.
Тази статия е преглед на различни подходи към проблема с ядрените свързващи енергии с оценка на техните предимства и недостатъци. Работата съдържа доста голямо количество информация за произведенията на различни автори. Допълнителна информация може да бъде получена, като прочетете оригиналните статии, много от които са цитирани в библиографията на този преглед, както и в материалите от конференции по ядрени маси, по-специално конференции AF a MC (публикации в ADNDT № 13 и 17 и др.) и конференции по ядрена спектроскопия и ядрена структура, проведени в Русия. Таблиците на тази статия съдържат резултатите от собствените оценки на автора, свързани с проблема за свръхтежките елементи (SHE).
Авторът е дълбоко благодарен на Б. С. Ишханов, по чието предложение е изготвен този доклад, както и на Ю. Ц. Оганесян и В. К.

БИБЛИОГРАФИЯ

N. Ishii, S. Aoki, T. Hatsidi, Nucl. Th./0611096.
M. M. Nagels, J. A. Rijken, J. J. de Swart, Phys. Rev. D, 17,768 (1978).
S. Machleidt, K. Hollande, C. Elsla, Phys. Rep. 149.1 (1987).
M. Lacomb et al. Phys. Rev. C21, 861 (1980).
V. G. Neudachin, N. P. Yudin et al. Phys. rEv. C43, 2499 (1991).
R. B. Wiringa, V. Stoks, R. Schiavilla, Phys. Rev. C51, 38 (1995).
R.V. Reid, Ann. Физика 50,411 (1968).
H. Eikemeier, H. Hackenbroich, Nucl. Phys/A169,407 (1971).
D. R. Thomson, M. Lemere, Y. C. Tang, Nucl. Phys. A286, 53 (1977).
Н. Н. Колесников, В. И. Тарасов, ЯФ, 35 609 (1982).
G.Bethe, F.Becher, Ядрена физика, DNTVU, 1938.
J. Carlson, V. R. Pandharipande, R. B. Wiringa, Nucl. Phys. A401, 59 (1983).
D. Vautherin, D. M. Brink, Phys. Rev. C5, 629 (1976).
M. Beiner et al. Nucl. Phys. A238, 29 (1975).
C. S. Pieper, R. B. Wiringa, Ann. Rev. Nucl. Part. Sci. 51, 53 (2001).
В. А. Кравцов, Маси на атоми и енергии на свързване на ядрата. Атомиздат. 1974.
M. Geppert-Mayer, I. Jensen Елементарна теория на ядрените черупки, IIL, M-1958.
W. Elsasser, J. Phys. rad 5,549 (1933); Compt. Rend. 199, 1213 (1934).
K.Guggenheimer, J.Phys.rad. 2,253 (1934).
W. D. Myers, W. Swiatecki, Nucl. Phys. 81,1 (1966).
В. М. Струтински, ЯФ, 3 614 (1966).
S. G. Nilsson. Kgl. Danske Vid. Selsk. Mat. Fys. Medd. 29, N16, 1 (1955).
W.D. Myers, ADNDT, 17,412 (1976); W. D. Myers, W. J/Swiatecki, Ann Phys. 55,395 (1969).
H. v. Groot, E. R. Hilf, K. Takahashi, ADNDT, 17,418 (1976).
P. A. Seeger, W. M. Howard, Nucl. Phys. A238, 491 (1975).
J. Janecke, Nucl. Phys. A182, 49 (1978).
P. Moller, J. R. Nix, Nucl. Phys. A361,49 (1978)
M. Brack et al. Rev. Mod. Phys. 44,320 (1972).
R. Smolenczuk, Phys. Rev. C56.812 (1997); R. Smolenczuk, A. Sobicziewsky, Phys. Rev. C36,812 (1997).
I. Muntian et al. Phys. At. Nucl. 66, 1015 (2003).
A. Baran et al. Phys. Rev. C72, 044310 (2005).
S. Gorely et al. Phys. Rev. C66, 034313 (2002).
S. Typel, B. A. Brown, Phys. Rev. C67, 034313 (2003).
S. Cwiok et al. Phys. Rev. Lett. 83, 1108 (1999).
V. Render, Phys. Rev. C61, 031302® (2002).
D. Vautherin, D. M. Brike Phys. Rev. C5, 626 (1979).
K. T. Davies et al. Phys. Rev. 177, 1519 (1969).
A.K. Herman et al. Phys. Rev. 147,710 (1966).
R. J. Mc Carty, K. Dover, Phys. Rev. C1, 1644 (1970).
K. A Brueckner, J. L. Gammel, H. Weitzner Phys. Rev. 110,431 (1958).
K. Hollinder et al. Nucl. Phys. A194, 161 (1972).
М. Ямада. Прогр. теория, физика 32, 512. (1979).
В. Бауер, ADNDT, 17 462 ((1976).
M. Beiner, B. J. Lombard, D. Mos, ADNDT, 17 450 (1976).
Н. Н. Колесников, В. М. Вимятнин. ЯФ.31.79 (1980).
G. T. Garvey, I. Ktlson, Phys. Rev. Lett. 17,197 (1966).
E. Comey, I. Kelson, ADNDT, 17 463 (1976).
I. Talmi, A. de Shalit, Phys. Rev. 108.378 (1958).
I. Talmi, R. Thiberger, Phys. Rev. 103,118 (1956).
A. B. Levy, Phys. Rev. 106, 1265 (1957).
Н. Н. Колесников, JETP, 30 889 (1956).
Н. Н. Колесников, Бюлетин на Московския държавен университет, № 6.76 (1966).
Н. Н. Колесников, Изв.
Н.Зелдес. Интерпретация на ядрени маси на модела на обвивката. Институтът по физика Рака, Йерусалим, 1992 г.
С. Лиран, Н. Зелдес, ADNDT, 17 431 (1976).
Yu.Ts.Oganessian et al.Phys.Rev.C74,044602(2006).
Yu.Ts.Oganessian et al.Phys.Rev.C69,054607(2004); Предпечат на ОИЯИ E7-2004-160.
Yu.Ts.Ogantssian et al.Phys.Rev.C62,041604®(2000)
Yu.Ts.Oganessian et al.Phts.Rev.C63,0113301®,(2001).
S. Hofmann, G. Munzenberg, Rev. Mod. Phys. 72,733 (2000).
S. Hofmann et al. Zs Phys. A354, 229 (1996).
Ю.А.Лазарев и др. Phys. Rev. C54,620 (1996).
A. Ghiorso и др. Phys. Rev. C51, R2298 (1995).
G. Munzenberg et al. Zs Phys. A217, 235 (1984).
P.A. Vilk et al. Phys. Rev. Lett. 85, 2697 (2000).
Таблици на изотопи.8-th.ed., R.B. Firestone et al. Ню Йорк, 1996 г.
J. Dvorak et al Phys. Rev. Lett. 97, 942501 (2006).
S. Hofmann и др. Eur. Phys. J. A14, 147 (2002).
Ю. А. Лазаревет ал. Phys. Rev. Lett. 73,624 (1996).
A. Ghiorso et al. Phys. Lett. B82, 95 (1976).
A. Turleret al. Phys. Rev. C57, 1648 (1998).
P. Moller, J. Nix, J. Phys. G20, 1681 (1994).
W. D. Myers, W. Swiatecki, Nucl. Phys. A601, 141 (1996).
A. Sobicziewsky, Acta Phys. Pol. B29, 2191 (1998).
J. B. Moss, Phys. Rev. C17, 813 (1978).
F. Petrovich et al. Phys. Rev. Lett. 37, 558 (1976).
S. Cwiok et al Nucl. Phys. A611, 211 (1996).
K. Rutz et al. Phys. Rev. C56, 238 (1997).
A. Kruppa и др. Nucl, Phys. C61, 034313 (2000).
Z. Patyk et al. Nucl. Phys. A502, 591 (1989).
M. Bender et al. Rev.Vod.Phys.75,21 (2002).
P. Moller et al. Nucl. Phys. A469, 1 (1987).
J. Carlson, R. Schiavilla. Rev.Mod.Phys.70,743 (1998).
V. I. Goldansky. Nucl. Phys. A133, 438 (1969).
Н. Н. Колесников, А. Г. Демин. Съобщение ОИЯИ, R6-9420 (1975).
Н. Н. Колесников, А. Г. Демин. ВИНИТИ, № 7309-887 (1987).
Н. Н. Колесников, ВИНИТИ. бр.4867-80(1980).
V.E.Viola, A.Swart, J.Grober. ADNDT, 13.35 (1976).
A. HWapstra, G. Audi, Nucl. Phys. A432, 55. (1985).
K.Takahashi, H.v.Groot. AMFC.5,250 (1976).
R.A.Glass, G.Thompson, G.T.Seaborg. J.Inorg. Nucl Chem. 1.3 (1955).

Как да намерим масата на ядрото на атома? и получи най-добрия отговор

Отговор от NiNa Martushova[гуру]

A = число p + число n. Тоест цялата маса на атома е концентрирана в ядрото, тъй като електронът има незначителна маса, равна на 11800 AU. e. m., докато протонът и неутронът имат маса от 1 атомна масова единица. Следователно относителната атомна маса е дробно число, тъй като е средноаритметичната стойност на атомните маси на всички изотопи на даден химичен елемент, като се взема предвид тяхното разпространение в природата.

Отговор от Йоехмет[гуру]
Вземете масата на атома и извадете масата на всички електрони.

Отговор от Владимир Соколов[гуру]
Сумирайте масата на всички протони и неутрони в ядрото. Ще получите много в тях.

Отговор от Даша[новак]
периодична таблица в помощ

Отговор от Анастасия Дуракова[активен]
Намерете стойността на относителната маса на атома в периодичната таблица, закръглете я до цяло число - това ще бъде масата на ядрото на атома. Масата на ядрото или масовото число на атома се състои от броя на протоните и неутроните в ядрото
A = число p + число n. Тоест цялата маса на атома е концентрирана в ядрото, тъй като електронът има незначителна маса, равна на 11800 AU. e. m., докато протонът и неутронът имат маса от 1 атомна масова единица. Следователно относителната атомна маса е дробно число, тъй като е средноаритметичната стойност на атомните маси на всички изотопи на даден химичен елемент, като се взема предвид тяхното разпространение в природата. периодична таблица в помощ

Отговор от 3 отговора[гуру]

Хей! Ето селекция от теми с отговори на вашия въпрос: Как да намерим масата на ядрото на атом?

Основен заряд

Ядрото на всеки атом е положително заредено. Носителят на положителен заряд е протонът. Тъй като зарядът на протона е числено равен на заряда на електрона $e$, тогава можем да напишем, че ядреният заряд е равен на $+Ze$ ($Z$ е цяло число, което показва порядковия номер на химичния елемент в периодична система химични елементиД. И. Менделеев). Числото $Z$ също определя броя на протоните в ядрото и броя на електроните в атома. Затова се нарича атомен номер на ядрото. Електрическият заряд е една от основните характеристики на атомното ядро, от която зависят оптичните, химичните и други свойства на атомите.

Маса на сърцевината

Друга важна характеристика на ядрото е неговата маса. Масата на атомите и ядрата обикновено се изразява в атомни масови единици (amu). $1/12$ от масата на въглеродния нуклид $^(12)_6C$ се счита за единица за атомна маса:

където $N_A=6.022\cdot 10^(23)\ mol^-1$ е числото на Авогадро.

Според отношението на Айнщайн $E=mc^2$ масата на атомите също се изразява в единици енергия. Дотолкова доколкото:

маса на протона $m_p=1,00728\ a.m.u.=938,28\ MeV$,
неутронна маса $m_n=1,00866\ a.m.u.=939,57\ MeV$,
маса на електрона $m_e=5,49\cdot 10^(-4)\ a.m.u.=0,511\ MeV$,

Както можете да видите, масата на електрона е пренебрежимо малка в сравнение с масата на ядрото, тогава масата на ядрото почти съвпада с масата на атома.

Масата е различна от целите числа. Масата на ядрото, изразена в a.m.u. и закръглено до цяло число се нарича масово число, обозначава се с буквата $A$ и определя броя на нуклоните в ядрото. Броят на неутроните в ядрото е $N=A-Z$.

Символът $^A_ZX$ се използва за обозначаване на ядрата, където $X$ е химическият символ на дадения елемент. Атомните ядра с еднакъв брой протони, но различни масови числа се наричат изотопи. В някои елементи броят на стабилните и нестабилните изотопи достига десетки, например, уранът има $14$ изотопи: от $^(227)_(92)U\ $до $^(240)_(92)U$.

Повечето от химичните елементи, които съществуват в природата, са смес от няколко изотопа. Именно наличието на изотопи обяснява факта, че някои природни елементи имат маса, различна от целите числа. Например, естественият хлор се състои от $75\%$ $^(35)_(17)Cl$ и $24\%$ $^(37)_(17)Cl$, а атомната му маса е $35,5$ a.u. .m в повечето атоми, с изключение на водорода, изотопите имат почти еднакви физически и Химични свойства. Но зад техните изключително ядрени свойства изотопите се различават значително. Някои от тях може да са стабилни, други радиоактивни.

Ядра с еднакви масови числа, но различни стойности на $Z$ се наричат изобари, например $^(40)_(18)Ar$, $^(40)_(20)Ca$. Ядрата с еднакъв брой неутрони се наричат изотони. Сред леките ядра има така наречените "огледални" двойки ядра. Това са двойки ядра, в които числата $Z$ и $A-Z$ са разменени. Примери за такива ядра са $^(13)_6C\ $и $^(13_7)N$ или $^3_1H$ и $^3_2He$.

Размер на атомното ядро

Ако приемем, че атомното ядро е приблизително сферично, можем да въведем понятията за неговия радиус $R$. Имайте предвид, че в някои ядра има леко отклонение от симетрията в разпределението електрически заряд. Освен това атомните ядра не са статични, а динамични системи и концепцията за радиуса на ядрото не може да бъде представена като радиус на топка. Поради тази причина за размера на ядрото е необходимо да се вземе площта, в която се проявяват ядрените сили.

При създаването на количествена теория за разсейването на $\alpha $ -- частици, Е. Ръдърфорд изхожда от предположението, че атомното ядро и $\alpha $ -- частиците взаимодействат по закона на Кулон, т.е. че електрическото поле около ядрото има сферична симетрия. Разсейването на $\alpha $ -- частици става в пълно съответствие с формулата на Ръдърфорд:

Такъв е случаят с $\alpha $ -- частици, чиято енергия $E$ е достатъчно малка. В този случай частицата не е в състояние да преодолее кулоновата потенциална бариера и впоследствие не достига областта на действие на ядрените сили. Тъй като енергията на частицата нараства до някаква гранична стойност $E_(gr)$ $\alpha $ -- частицата достига тази граница. Тогава при разсейването на $\alpha $ -- частици има отклонение от формулата на Ръдърфорд. От връзката

Експериментите показват, че радиусът $R$ на ядрото зависи от броя на нуклоните, които влизат преди състава на ядрото. Тази зависимост може да се изрази с емпиричната формула:

където $R_0$ е константа, $A$ е масово число.

Размерите на ядрата се определят експериментално от разсейването на протони, бързи неутрони или високоенергийни електрони. Съществуват редица други косвени методи за определяне на размера на ядрата. Те са обосновани върху връзката между живота на $\alpha $ -- радиоактивните ядра и енергията на излъчваните от тях $\alpha $ -- частици; върху оптичните свойства на така наречените мезоатоми, при които един електрон е временно уловен от мюон; при сравнение на енергията на свързване на двойка огледални атоми. Тези методи потвърждават емпиричната зависимост $R=R_0A^(1/3)$, а също и с помощта на тези измервания стойността на константата $R_0=\left(1,2-1,5\right)\cdot 10 ^(-15) се установява \ m$.

Също така отбелязваме, че единицата за разстояние в атомната физика и физиката на елементарните частици се приема за единица „Ферми“, която е равна на $(10)^(-15)\ m$ (1 f=$(10)^ (-15)\ m )$.

Радиусите на атомните ядра зависят от техния масов брой и варират от $2\cdot 10^(-15)\ m\ до\ 10^(-14)\ m$. ако $R_0$ е изразено от формулата $R=R_0A^(1/3)$ и е записано като $\left(\frac(4\pi R^3)(3A)\right)=const$, тогава можем вижте, че всеки нуклон има приблизително еднакъв обем. Това означава, че плътността на ядрената материя за всички ядра също е приблизително еднаква. Оставяйки съществуващите твърдения за размера на атомните ядра, намираме средната стойност на плътността на веществото на ядрото:

Както можете да видите, плътността на ядрената материя е много висока. Това се дължи на действието на ядрените сили.

Комуникационна енергия. Дефект на ядрена маса

Когато се сравнява сумата от масите на покой на нуклоните, които образуват ядрото, с масата на ядрото, беше отбелязано, че неравенството е вярно за всички химични елементи:

където $m_p$ е масата на протона, $m_n$ е масата на неутрона, $m_n$ е масата на ядрото. Стойността $\триъгълник m$, която изразява разликата в масата между масата на нуклоните, които образуват ядрото, и масата на ядрото, се нарича дефект на ядрена маса

Важна информация за свойствата на ядрото може да се получи, без да се задълбочава в детайлите на взаимодействието между нуклоните на ядрото, въз основа на закона за запазване на енергията и закона за пропорционалност на масата и енергията. Тъй като в резултат на всяка промяна в масата $\триъгълник m$ има съответна промяна в енергията $\триъгълник E$ ($\триъгълник E=\триъгълник mc^2$), тогава се освобождава определено количество енергия по време на образуването на ядрото. Според закона за запазване на енергията е необходимо същото количество енергия, за да се раздели ядрото на съставните му частици, т.е. преместват нуклоните един от един на същите разстояния, на които няма взаимодействие между тях. Тази енергия се нарича енергия на свързване на ядрото.

Ако ядрото има $Z$ протони и масово число $A$, тогава енергията на свързване е:

Забележка 1

Имайте предвид, че тази формула не е много удобна за използване, тъй като таблиците не дават масите на ядрата, а масите, които определят масите на неутралните атоми. Следователно, за удобство на изчисленията, формулата се трансформира по такъв начин, че включва масите на атомите, а не на ядрата. За тази цел от дясната страна на формулата събираме и изваждаме масата $Z$ на електроните $(m_e)$. Тогава

\c^2==\leftc^2.\]

$m_(()^1_1H)$ е масата на водородния атом, $m_a$ е масата на атома.

В ядрената физика енергията често се изразява в мегаелектронволтове (MeV). Ако говорим сиотносно практическото приложение на ядрената енергия, тя се измерва в джаули. При сравняване на енергията на две ядра се използва масовата единица енергия - съотношението между маса и енергия ($E=mc^2$). Единицата за маса енергия ($le$) е равна на енергия, която съответства на маса от един аму. Това се равнява на $931.502 $ MeV.

Снимка 1.

Освен енергията, важна е специфичната енергия на свързване – енергията на свързване, която пада върху един нуклон: $w=E_(sv)/A$. Тази стойност се променя сравнително бавно в сравнение с промяната в масовото число $A$, като има почти постоянна стойност от $8,6$ MeV в средната част на периодичната система и намалява до нейните краища.

Като пример, нека изчислим дефекта на масата, енергията на свързване и специфичната енергия на свързване на ядрото на хелиевия атом.

масов дефект

Енергия на свързване в MeV: $E_(b)=\триъгълник m\cdot 931.502=0.030359\cdot 931.502=28.3\ MeV$;

Специфична енергия на свързване: $w=\frac(E_(s))(A)=\frac(28.3\ MeV)(4\приблизително 7.1\ MeV).$

атомно ядрое централната част на атома, изградена от протони и неутрони (наричани заедно нуклони).

Ядрото е открито от Е. Ръдърфорд през 1911 г. при изучаване на пасажа α -частици през материята. Оказа се, че почти цялата маса на атома (99,95%) е концентрирана в ядрото. Размерът на атомното ядро е от порядъка на 10 -1 3 -10 - 12 cm, което е 10 000 пъти по-малко от размера на електронната обвивка.

Планетарният модел на атома, предложен от Е. Ръдърфорд и неговото експериментално наблюдение на водородни ядра, изключени α -частици от ядрата на други елементи (1919-1920), доведоха учения до идеята за протон. Терминът протон е въведен в началото на 20-те години на XX век.

Протон (от гръцки. протони- първо, символ стр) е стабилна елементарна частица, ядрото на водороден атом.

протон- положително заредена частица, чийто заряд е равен по абсолютна стойност на заряда на електрона д\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. Масата на протона е 1836 пъти по-голяма от масата на електрона. Маса на покой на протон m p= 1,6726231 10 -27 kg = 1,007276470 amu

Втората частица в ядрото е неутрон.

Неутрон (от лат. кастратен- нито едното, нито другото, символ н) е елементарна частица, която няма заряд, тоест неутрална.

Масата на неутрона е 1839 пъти по-голяма от масата на електрона. Масата на неутрона е почти равна на (малко по-голяма от) тази на протона: масата на покой на свободния неутрон m n= 1,6749286 10 -27 kg = 1,0008664902 amu и надвишава масата на протона с 2,5 електронни маси. Неутрон, заедно с протона под общото име нуклоне част от атомното ядро.

Неутронът е открит през 1932 г. от Д. Чадуиг, ученик на Е. Ръдърфорд, по време на бомбардирането с берилий α -частици. Полученото лъчение с висока проникваща способност (преодолява препятствие от оловна плоча с дебелина 10–20 cm) засилва ефекта си при преминаване през парафиновата плоча (виж фигурата). Оценката на енергията на тези частици от следите в облачната камера, направена от Жолио-Кюри, и допълнителни наблюдения позволиха да се изключи първоначалното предположение, че това γ - кванти. Голямата проникваща сила на новите частици, наречени неутрони, се обяснява с тяхната електрическа неутралност. В крайна сметка заредените частици активно взаимодействат с материята и бързо губят енергията си. Съществуването на неутрони е предсказано от Е. Ръдърфорд 10 години преди експериментите на Д. Чадуиг. При удар α -частици в ядрата на берилия, протича следната реакция:

Ето символа на неутрона; зарядът му е равен на нула, а относителната атомна маса е приблизително равна на единица. Неутронът е нестабилна частица: свободен неутрон за време от ~ 15 минути. се разпада на протон, електрон и неутрино - частица, лишена от маса на покой.

След откриването на неутрона от Дж. Чадуик през 1932 г., Д. Иваненко и В. Хайзенберг независимо предлагат протон-неутронен (нуклонен) модел на ядрото. Според този модел ядрото се състои от протони и неутрони. Брой на протоните Зсъвпада с поредния номер на елемента в таблицата на Д. И. Менделеев.

Основен заряд Вопределя се от броя на протоните З, които са част от ядрото, и е кратно на абсолютната стойност на заряда на електрона д:

Q = + Ze.

номер ЗНаречен номер на ядрен зарядили атомно число.

Масов номер на ядрото НОнаречен общият брой на нуклоните, т.е. съдържащите се в него протони и неутрони. Броят на неутроните в ядрото се обозначава с буквата н. Значи масовото число е:

A = Z + N.

На нуклоните (протон и неутрон) се приписва масово число, равно на единица, а на електрона се приписва нулева стойност.

Идеята за състава на ядрото също беше улеснена от откритието изотопи.

Изотопи (от гръцки. isosравни, еднакви и topoa- място) - това са разновидности на атоми на един и същ химичен елемент, чиито атомни ядра имат същия номерпрото-нов ( З) и различен брой неутрони ( н).

Ядрата на такива атоми се наричат още изотопи. Изотопите са нуклидиедин елемент. Нуклид (от лат. ядро- ядро) - всяко атомно ядро (съответно атом) с дадени номера Зи н. Общото обозначение на нуклидите е ……. където х- символ на химичен елемент, A=Z+N- масово число.

Изотопите заемат същото място в периодичната таблица на елементите, откъдето идва и тяхното име. По неговите ядрени свойства (например чрез способността да влизат в ядрени реакции) изотопите, като правило, се различават значително. Химичните (и почти еднакво физични) свойства на изотопите са еднакви. Това се обяснява с факта, че химичните свойства на елемента се определят от заряда на ядрото, тъй като именно този заряд влияе върху структурата на електронната обвивка на атома.

Изключение правят изотопите на леките елементи. Изотопи на водорода 1 Х — протий, 2 Х— деутерий, 3 Х — тритийте се различават толкова много по маса, че техните физични и химични свойства са различни. Деутерият е стабилен (т.е. не е радиоактивен) и е включен като малък примес (1: 4500) в обикновения водород. Деутерият се комбинира с кислород, за да образува тежка вода. Кипи при нормално атмосферно налягане при 101,2°C и замръзва при +3,8°C. тритий β е радиоактивен с период на полуразпад от около 12 години.

Всички химични елементи имат изотопи. Някои елементи имат само нестабилни (радиоактивни) изотопи. За всички елементи са получени изкуствено радиоактивни изотопи.

Изотопи на уран.Елементът уран има два изотопа – с масови числа 235 и 238. Изотопът е само 1/140 от по-разпространения.

§1 Заряд и маса, атомни ядра

Най-важните характеристики на ядрото са неговият заряд и маса. М.

З- зарядът на ядрото се определя от броя на положителните елементарни заряди, концентрирани в ядрото. Носител на положителен елементарен заряд Р= 1,6021 10 -19 C в ядрото е протон. Атомът като цяло е неутрален и зарядът на ядрото едновременно определя броя на електроните в атома. Разпределението на електроните в атома върху енергийните обвивки и подобвивки по същество зависи от общия им брой в атома. Следователно зарядът на ядрото до голяма степен определя разпределението на електроните по техните състояния в атома и позицията на елемента в периодичната система на Менделеев. Ядреният заряд еqаз = z· д, където z- номерът на заряда на ядрото, равен на поредния номер на елемента в системата на Менделеев.

Масата на атомното ядро практически съвпада с масата на атома, тъй като масата на електроните на всички атоми, с изключение на водорода, е приблизително 2,5 10 -4 маси на атоми. Масата на атомите се изразява в атомни единици за маса (a.m.u.). За сутринта приета 1/12 маса въглероден атом.

1 аму \u003d 1,6605655 (86) 10 -27 кг.

маз = м а - З аз

Изотопите са разновидности на атоми на даден химичен елемент, които имат еднакъв заряд, но се различават по маса.

Най-близкото до атомната маса цяло число, изразено в a.u.м . наречено масово числом и обозначава се с буквата НО. Обозначение на химичен елемент: НО- масово число, X - символ на химичен елемент,З-номер на таксуване - сериен номер в периодичната таблица ():

берилий; Изотопи: , ", .

Радиус на ядрото:

където А е масовото число.

§2 Състав на ядрото

Ядрото на водороден атомНаречен протон

мпротон= 1,00783 аму , .

Диаграма на водородния атом

През 1932 г. е открита частица, наречена неутрон, която има маса, близка до тази на протон (мнеутрон= 1,00867 a.m.u.) и няма електрически заряд. Тогава Д.Д. Иваненко формулира хипотеза за протонно-неутронната структура на ядрото: ядрото се състои от протони и неутрони и тяхната сума е равна на масовото число НО. 3 пореден номерЗопределя броя на протоните в ядрото, броя на неутронитен \u003d A - Z.

Елементарни частици - навлизащи протони и неутронив сърцевината, има често срещано именуклони. Нуклоните на ядрата са в състояния, значително различни от техните свободни държави. Между нуклоните има специаленаз де р ново взаимодействие. Казват, че нуклонът може да бъде в две "заредени състояния" - протонно състояние със заряд+ д, и неутрон със заряд 0.

§3 Енергия на свързване на ядрото. масов дефект. ядрени сили

Ядрените частици - протони и неутрони - са здраво задържани вътре в ядрото, така че между тях действат много големи привличащи сили, способни да издържат на огромните сили на отблъскване между еднакво заредени протони. Тези специални сили, възникващи на малки разстояния между нуклони, се наричат ядрени сили. Ядрените сили не са електростатични (Кулон).

Изследването на ядрото показа, че ядрените сили, действащи между нуклони, имат следните характеристики:

а) това са краткодействащи сили - проявени на разстояния от порядъка на 10 -15 m и рязко намаляващи дори при леко увеличаване на разстоянието;

б) ядрените сили не зависят от това дали частицата (нуклонът) има заряд - заряд независимост от ядрените сили. Ядрените сили, действащи между неутрон и протон, между два неутрона, между два протона са равни. Протон и неутрон по отношение на ядрените сили са еднакви.

Енергията на свързване е мярка за стабилността на атомното ядро. Енергията на свързване на ядрото е равна на работата, която трябва да се извърши, за да се раздели ядрото на съставните му нуклони, без да им се придаде кинетична енергия

М И< Σ( m p + m n)

Аз - масата на ядрото

Измерването на масите на ядрата показва, че масата на покой на ядрото е по-малка от сумата на масите на покой на съставните му нуклони.

Стойност

служи като мярка за енергията на свързване и се нарича дефект на масата.

Уравнението на Айнщайн в специалната теория на относителността свързва енергията и масата на покой на частица.

В общия случай енергията на свързване на ядрото може да се изчисли по формулата

където З - номер на заряда (брой протони в ядрото);

НО- масов брой (общ брой нуклони в ядрото);

m p, , m n и М и- маса на протон, неутрон и ядро

Дефект на масата (Δ м) са равни на 1 a.u. m. (a.m.u. - единица за атомна маса) съответства на енергията на свързване (E St), равна на 1 a.u.e. (a.u.e. - атомна единица енергия) и е равна на 1a.u.m. s 2 = 931 MeV.

§ 4 Ядрени реакции

Промените в ядрата по време на взаимодействието им с отделни частици и помежду си обикновено се наричат ядрени реакции.

Има следните, най-често срещаните ядрени реакции.

Реакция на трансформация . В този случай падащата частица остава в ядрото, но междинното ядро излъчва друга частица, така че ядрото на продукта се различава от целевото ядро.

Реакция на радиационно улавяне . Падащата частица се забива в ядрото, но възбуденото ядро излъчва излишна енергия, излъчвайки γ-фотон (използван при работата на ядрени реактори)

Пример за реакция на улавяне на неутрони от кадмий

или фосфор

Разпръскване. Междинното ядро излъчва частица, идентична на

с летящия и може да бъде:

Еластично разсейване неутрони с въглерод (използвани в реактори за умерени неутрони):

Нееластично разсейване :

реакция на делене. Това е реакция, която винаги протича с освобождаване на енергия. Тя е основата за техническото производство и използване на ядрената енергия. По време на реакцията на делене възбуждането на ядрото на междинното съединение е толкова голямо, че се разделя на два, приблизително еднакви фрагмента, с отделянето на няколко неутрона.

Ако енергията на възбуждане е ниска, тогава отделянето на ядрото не настъпва и ядрото, загубило излишната енергия чрез излъчване на γ - фотон или неутрон, ще се върне в нормалното си състояние (фиг. 1). Но ако енергията, въведена от неутрона, е голяма, тогава възбуденото ядро започва да се деформира, в него се образува стеснение и в резултат на това се разделя на два фрагмента, които се разлитат с огромни скорости, докато се излъчват два неутрона
(фиг. 2).

Верижна реакция- саморазвиваща се реакция на делене. За да се приложи, е необходимо от вторичните неутрони, произведени по време на едно събитие на делене, поне един да може да предизвика следващото събитие на делене: (тъй като някои неутрони могат да участват в реакции на улавяне, без да причиняват делене). Количествено условието за съществуване на верижна реакция изразява коефициент на умножение

к < 1 - цепная реакция невозможна, к = 1 (м = мкр ) - верижни реакции с постоянен брой неутрони (в ядрен реактор),к > 1 (м > мкр ) са ядрени бомби.

РАДИОАКТИВНОСТ

§1 Естествена радиоактивност

Радиоактивността е спонтанна трансформация на нестабилни ядра на един елемент в ядра на друг елемент. естествена радиоактивностнаречена радиоактивност, наблюдавана в нестабилните изотопи, които съществуват в природата. Изкуствена радиоактивност се нарича радиоактивност на изотопи, получени в резултат на ядрени реакции.

Видове радиоактивност:

α-разпад.

Емисия от ядрата на някои химични елементи от α-системата на два протона и два неутрона, свързани заедно (a-частица - ядрото на хелиев атом)

α-разпадът е присъщ тежки ядрас НО> 200 иЗ > 82. Когато се движат в вещество, α-частиците произвеждат силна йонизация на атомите по пътя си (йонизацията е отделяне на електрони от атом), въздействайки върху тях със своите електрическо поле. Нарича се разстоянието, през което една α-частица лети в материята, докато спре напълно обхват на частицитеили проникваща сила(означеноР, [ R ] = m, cm). . При нормални условия се образува α-частицав въздух 30 000 двойки йони на 1 cm път. Специфичната йонизация е броят на двойките йони, образувани на 1 cm от дължината на пътя. α-частицата има силен биологичен ефект.

Правило за смяна за алфа разпадане:

2. β-разпад.

а) електронен (β -): ядрото излъчва електрон и електрон антинеутрино

б) позитрон (β +): ядрото излъчва позитрон и неутрино

Тези процеси се осъществяват чрез превръщане на един тип нуклон в ядро в друг: неутрон в протон или протон в неутрон.

В ядрото няма електрони, те се образуват в резултат на взаимното преобразуване на нуклоните.

позитрон - частица, която се различава от електрона само по знака на заряда (+e = 1,6 10 -19 C)

От експеримента следва, че по време на β - разпад, изотопите губят еднакво количество енергия. Следователно, въз основа на закона за запазване на енергията, У. Паули прогнозира, че се изхвърля друга лека частица, наречена антинеутрино. Антинеутрино няма заряд или маса. Загубите на енергия от β-частиците при преминаването им през материята се дължат главно на йонизационни процеси. Част от енергията се губи от рентгеновите лъчи по време на забавяне на β-частиците от ядрата на поглъщащото вещество. Тъй като β-частиците имат малка маса, единичен заряд и много високи скорости, тяхната йонизираща способност е малка (100 пъти по-малка от тази на α-частиците), следователно, проникващата сила (пробег) на β-частиците е значително по-голяма от α-частици.

Rβ въздух =200 m, Rβ Pb ≈ 3 mm

β - - разпад се случва в естествени и изкуствени радиоактивни ядра. β + - само с изкуствена радиоактивност.

Правило за изместване за β - - разпад:

в) K - улавяне (електронно улавяне) - ядрото поглъща един от електроните, разположени върху обвивката K (по-рядкоЛили М) на своя атом, в резултат на което един от протоните се превръща в неутрон, като същевременно излъчва неутрино

Схема К - улавяне:

Пространството в електронната обвивка, освободено от уловения електрон, се запълва с електрони от горните слоеве, което води до рентгенови лъчи.

γ-лъчи.

Обикновено всички видове радиоактивност са придружени от излъчване на γ-лъчи. γ-лъчите са електромагнитно излъчване с дължини на вълната от една до стотни от ангстрем λ’=~ 1-0,01 Å=10 -10 -10 -12 m. Енергията на γ-лъчите достига милиони eV.

W γ ~ MeV

1eV=1.6 10 -19 J

Ядрото, подложено на радиоактивен разпад, като правило, се оказва възбудено и преминаването му в основно състояние се придружава от излъчване на γ - фотон. В този случай енергията на γ-фотона се определя от условието

където E 2 и E 1 е енергията на ядрото.

E 2 - енергия във възбудено състояние;

E 1 - енергия в основно състояние.

Поглъщането на γ-лъчи от материята се дължи на три основни процеса:

фотоелектричен ефект (с hv < l MэB);
образуване на двойки електрон-позитрон;

или

разсейване (ефект на Комптън) -

Поглъщането на γ-лъчи става съгласно закона на Бугер:

където μ е линеен коефициент на затихване, зависещ от енергиите на γ лъчите и свойствата на средата;

І 0 е интензитетът на падащия паралелен лъч;

азе интензитетът на лъча след преминаване през вещество с дебелина хсм.

γ-лъчите са едни от най-проникващите лъчения. За най-трудните лъчи (hvmax) дебелината на полупоглъщащия слой е 1,6 cm в олово, 2,4 cm в желязо, 12 cm в алуминий и 15 cm в пръст.

§2 Основен закон на радиоактивния разпад.

Брой на разложените ядраdN пропорционално на първоначалния брой ядра ни време на разпаданеdt, dN~ н dt. Основният закон на радиоактивния разпад в диференциална форма:

Коефициентът λ се нарича константа на разпад за даден тип ядро. Знакът "-" означава товаdNтрябва да бъде отрицателен, тъй като крайният брой на неразпадналите ядра е по-малък от първоначалния.

следователно, λ характеризира частта на ядрата, разпадащи се за единица време, т.е. определя скоростта на радиоактивния разпад. λ не зависи от външни условия, но се определя само от вътрешните свойства на ядрата. [λ]=s -1.

Основният закон на радиоактивния разпад в интегрална форма

където н 0 - началният брой радиоактивни ядра прит=0;

н- броят на неразпадналите се ядра в даден моментт;

λ е константата на радиоактивен разпад.

Скоростта на разпад на практика се преценява, като се използва не λ, а T 1/2 - времето на полуразпад - времето, през което се разпада половината от първоначалния брой ядра. Връзка T 1/2 и λ

T 1/2 U 238 = 4,5 10 6 години, T 1/2 Ra = 1590 години, T 1/2 Rn = 3,825 дни Броят на разпаданията за единица време A \u003d -dN/ dtсе нарича активност на дадено радиоактивно вещество.

От

следва,

[A] = 1 Бекерел = 1 разпадане / 1 s;

[A] = 1Ci = 1Кюри = 3,7 10 10 Bq.

Закон за промяна на дейността

където A 0 = λ н 0 - първоначална дейност по времет= 0;

A - дейност в даден моментт.