מבנה אטומי: מהו נויטרון? מדידות של חיי הנייטרון בשיטות שונות עדיין שונות מה זה נויטרון?

ניתן לקבוע את המסה של נויטרון בדרכים שונות. הקביעה הראשונה של m n נעשתה על ידי צ'דוויק על ידי מדידת האנרגיה של גרעיני רתיעה שנוצרו מהתנגשות של נויטרונים עם גרעיני מימן וחנקן. שיטה זו אפשרה לנו לקבוע רק שמסת הנייטרון שווה בערך למסה של הפרוטון.

לנייטרון אין מטען, לכן השיטות הרגילות לקביעת מסת האטומים (ספקטרוסקופיה מסה, שיטות כימיות) אינן ישימות לנייטרון. כל המדידות של מסת הנייטרונים התבססו על שיטה לניתוח מאזן האנרגיה של תגובות גרעיניות שונות הכוללות נויטרונים. זמן קצר לאחר גילוי הנייטרון, 11 B(α,n) 14 N ו-7 Li(α,n) 10 B שימשו לקביעת המסה שלו.

נכון לעכשיו, ההבדל במסות הפרוטון והנייטרון נקבע בצורה מדויקת למדי באמצעות התגובה האנדואנרגטית 3 H+p→n+ 3 He ושיטה המבוססת על מדידת ההפרש במסה של הדאוטרון ומולקולת המימן, כמו כן. כאנרגיית הקישור של הדאוטרון. עבור התגובה 3 H(p,n) 3 He, ניתן לכתוב את חוק שימור האנרגיה כ

כאשר Q היא אנרגיית התגובה, ויש להבין את הכינויים של אטומים וחלקיקים כאנרגיית המנוחה שלהם. שימוש בקשר לאנרגיית תגובה

Q=(m 2 /(m 1 +m 2))*E T *(1-0.5(m 2 E T /((m 1 +m 2) 2 *c 2))), (2)

כאשר m 1 ו-m 2 הן המסות של הפרוטון והטריטון. נמצא הערך Q=-(763.77±0.08) keV.

ניתן לקבל את ההבדל בין המסות של נויטרון לאטום מימן על ידי הכרת האנרגיה המקסימלית β -חלקיקים E β במהלך ריקבון טריטיום:

(m n -M H)c 2 =E β (1+m 0 /m 3)-Q+E H, (3)

כאשר m 3 היא המסה של גרעין 3 He; m 0 - מסת מנוחה אלקטרונית; E H - אנרגיית קושרת אלקטרונים באטום מימן; M H היא המסה של אטום המימן, מניחים שמסת האנטי-נייטרינו היא אפס. על ידי ממוצע הנתונים הידועים, ניתן למצוא את הערך עבור E β (18.56 ± 0.05) keV. כתוצאה מכך, ההפרש בין המסות של הנייטרון והפרוטון מתברר כשווה ל-δm n - p = (1293.0±0.1) keV.

אחת השיטות המדויקות ביותר מבוססת על השימוש בתגובה של לכידה קרינה של נויטרונים תרמיים על ידי פרוטונים:

אם הפרוטון נייח, אז חוק שימור האנרגיה לתגובה זו

Tn, Td - אנרגיות קינטיות של נויטרונים ופרוטונים. ב-T n ≈ 0 (לדוגמה, עבור נויטרונים תרמיים האנרגיה הקינטית Tn = 0.025 eV) ניתן להזניח את האנרגיה הקינטית של נויטרונים. בהתבסס על חוק שימור המומנטום עבור האנרגיה הקינטית של הדויטר, נוכל לקבל את הביטוי הבא; . נכון לעכשיו, האנרגיה של קוונטות γ נמדדה בדיוק רב E γ = 2223.25 keV. אנרגיית קשירת דברים. המוני פרוטונים ודאוטרונים מ ד ו מ ע נמדד בדיוק טוב באמצעות ספקטרומטר מסה, ההערכה נותנת את הערך Td = 1.3 keV. מכאן נוכל לחשב את מסת הנייטרון. הערך המדויק ביותר של מסת הנייטרונים הוא (1981): m n = 939.5731(27) MeV. השגיאה בשתי הספרות האחרונות מצוינת בסוגריים.

המסה של נויטרון גדולה ב-1.293 MeV ממסה של פרוטון. לכן הנייטרון הוא β -חלקיק פעיל עם אורך חיים של 885.4 שניות. במצב חופשי, נויטרונים כמעט נעדרים, למעט כמות קטנה המיוצרת בהשפעת קרניים קוסמיות.

תהליך ההתפרקות ה-β של נויטרון חופשי יכול להיות מיוצג כך:

תהליך זה אפשרי מבחינה אנרגטית, שכן המסה הכוללת של החלקיקים הכלולים בצד הימני של המשוואה קטנה ממסת הנייטרון. במודל הקווארק, דעיכת נויטרונים היא תוצאה של התהליך הבסיסי יותר של טרנספורמציה של ד-קווארק: d→u+e - + . לימוד דעיכת ה-β של נויטרון חופשי מאפשר לקבל מידע על האינטראקציה החלשה האחראית להתפרקותו. יחד עם זאת, העובדה שנבדקת ריקבון של חלקיק אלמנטרי מאפשרת להיפטר מהשפעתן של השפעות גרעיניות על תהליך ההתפרקות.

מדידת אורך החיים של נויטרון ביחס לדעיכת β מספקת מידע רב ערך לפיזיקה חלשה של אינטראקציה, אסטרופיזיקה וקוסמולוגיה. בקוסמולוגיה, זמן מחצית החיים של הנייטרון קשור ישירות לקצב היווצרות ההליום בתקופה הראשונית של קיומו של היקום. הכרת זמן מחצית החיים של הנייטרון הכרחי להבנה נכונה של התהליכים הפיזיקליים המתרחשים בשמש.

מטען חשמלי של נויטרון בדרגת דיוק עצומה (~10 -20 ה, ה- מטען אלקטרונים) הוא אפס. המומנט המגנטי שאינו אפס של נויטרון מעיד על המבנה הפנימי שלו. כדי לחקור את מבנה הנוקלונים, יש צורך שאורך הגל של דה-ברוגלי (λ = 2 ћ/p) של חלקיקי החיטוט יהיה קטן בהשוואה לגודל הנוקלונים. התברר שניתן למלא את התנאים הללו באמצעות פיזור של אלקטרונים מהירים (~100 MeV) על נוקלונים.

לנייטרון יכול להיות מומנט דיפול. זה אפשרי אם השונות ביחס להיפוך זמן אינה מתקיימת בטבע.

למרות שהנייטרון בדרך כלל ניטרלי, יש לו חלוקת מטען פנימית מורכבת, המתבטאת באינטראקציה של נויטרונים עם אלקטרונים.

אפשר לסכם את הפרק הראשון.

נויטרון הוא חלקיק דיראק נייטרלי (z = 0) עם ספין ומומנט מגנטי שלילי (ביחידות של מומנט מגנטי גרעיני), הקובע בעיקר את האינטראקציה האלקטרומגנטית של הנייטרון. בדיוק כמו הפרוטון, לנייטרון מוקצה יחידת מטען בריון Y n = +1 ושוויון חיובי P n =+1.

מסת הנייטרונים היא מ נ = 1.00866491578 ± 0.000000000055 אמו = 939.56633 ± 0.00004 MeV, שהם 1.2933318 ± 0.0000005 MeV יותר ממסת הפרוטון. בהקשר זה, הנייטרון הוא β -חלקיק רדיואקטיבי. עם זמן חיים τ = 885.4 ± 0.9 (סטט.) ± 0.4 (מערכת) שניות זה מתפרק לפי סכימה (7). להלן הנתונים משנת 2000.

מהו נויטרון? מה המבנה, תכונותיו ותפקידיו? ניוטרונים הם החלקיקים הגדולים ביותר המרכיבים את האטומים, אבני הבניין של כל החומר.

מבנה אטומי

ניוטרונים נמצאים בגרעין, אזור צפוף של האטום המלא גם בפרוטונים (חלקיקים בעלי מטען חיובי). שני היסודות הללו מוחזקים יחד על ידי כוח הנקרא גרעיני. לנייטרונים יש מטען ניטרלי. המטען החיובי של הפרוטון מותאם למטען השלילי של האלקטרון כדי ליצור אטום ניטרלי. למרות שהנייטרונים בגרעין אינם משפיעים על מטען האטום, עדיין יש להם תכונות רבות המשפיעות על האטום, כולל רמת הרדיואקטיביות.

ניוטרונים, איזוטופים ורדיואקטיביות

חלקיק שנמצא בגרעין של אטום הוא נויטרון שגדול ב-0.2% מפרוטון. יחד הם מהווים 99.99% מהמסה הכוללת של אותו יסוד ועשויים להיות בעלי מספר שונה של נויטרונים. כאשר מדענים מתייחסים למסה אטומית, הם מתכוונים למסה אטומית ממוצעת. לדוגמה, לפחמן יש בדרך כלל 6 נויטרונים ו-6 פרוטונים עם מסה אטומית של 12, אך לפעמים הוא נמצא עם מסה אטומית של 13 (6 פרוטונים ו-7 נויטרונים). פחמן עם מספר אטומי 14 קיים גם הוא, אך הוא נדיר. אז המסה האטומית של פחמן מגיעה ל-12.011 בממוצע.

כאשר לאטומים יש מספר שונה של נויטרונים, הם נקראים איזוטופים. מדענים מצאו דרכים להוסיף את החלקיקים הללו לגרעין כדי ליצור איזוטופים גדולים יותר. כעת הוספת נויטרונים אינה משפיעה על מטען האטום מכיוון שאין להם מטען. עם זאת, הם מגבירים את הרדיואקטיביות של האטום. זה יכול לגרום לאטומים מאוד לא יציבים שיכולים לפרוק רמות גבוהות של אנרגיה.

מהי הליבה?

בכימיה, הגרעין הוא המרכז הטעון חיובי של אטום, המורכב מפרוטונים ונויטרונים. המילה "גרעין" מגיעה מהגרעין הלטיני, שהיא צורה של המילה שמשמעותה "אגוז" או "גרעין". המונח נטבע בשנת 1844 על ידי מייקל פאראדיי כדי לתאר את מרכז האטום. המדעים המעורבים בחקר הגרעין, חקר הרכבו ומאפייניו, נקראים פיזיקה גרעינית וכימיה גרעינית.

פרוטונים וניטרונים מוחזקים יחד על ידי הכוח הגרעיני החזק. האלקטרונים נמשכים לגרעין, אך נעים כל כך מהר עד שסיבובם מתרחש במרחק מסוים ממרכז האטום. המטען הגרעיני עם סימן פלוס מגיע מפרוטונים, אבל מהו נויטרון? זהו חלקיק שאין לו מטען חשמלי. כמעט כל משקלו של אטום כלול בגרעין, שכן לפרוטונים ולנייטרונים יש הרבה יותר מסה מאלקטרונים. מספר הפרוטונים בגרעין אטום קובע את זהותו כיסוד. מספר הנייטרונים מציין איזה איזוטופ של היסוד הוא האטום.

גודל גרעין אטום

הגרעין קטן בהרבה מהקוטר הכללי של האטום מכיוון שהאלקטרונים יכולים להיות רחוקים יותר מהמרכז. אטום מימן גדול פי 145,000 מהגרעין שלו, ואטום אורניום גדול פי 23,000 מהמרכז שלו. גרעין המימן הוא הקטן ביותר מכיוון שהוא מורכב מפרוטון בודד.

סידור הפרוטונים והנייטרונים בגרעין

הפרוטון והנייטרונים בדרך כלל מתוארים כארוזים יחד ומפוזרים באופן שווה לכדורים. עם זאת, זהו פישוט של המבנה בפועל. כל נוקלאון (פרוטון או נויטרון) יכול לתפוס רמת אנרגיה וטווח מיקומים ספציפיים. בעוד שהגרעין יכול להיות כדורי, הוא יכול להיות גם בצורת אגס, כדורי או בצורת דיסק.

גרעיני הפרוטונים והנייטרונים הם בריונים, המורכבים מהקטנים ביותר הנקראים קווארקים. לכוח המשיכה יש טווח קצר מאוד, כך שהפרוטונים והנייטרונים צריכים להיות קרובים מאוד זה לזה כדי להיות קשורים. משיכה חזקה זו מתגברת על הדחייה הטבעית של פרוטונים טעונים.

פרוטון, נויטרון ואלקטרון

דחף רב עוצמה בפיתוח מדע כמו פיזיקה גרעינית היה גילוי הנייטרון (1932). עלינו להודות על כך לפיזיקאי האנגלי שהיה תלמידו של רתרפורד. מהו נויטרון? זהו חלקיק לא יציב שבמצב חופשי יכול להתפרק לפרוטון, אלקטרון וניטרינו, מה שנקרא חלקיק נייטרלי חסר מסה, תוך 15 דקות בלבד.

החלקיק מקבל את שמו מכיוון שאין לו מטען חשמלי, הוא נייטרלי. הנויטרונים צפופים ביותר. במצב מבודד, לנייטרון אחד תהיה מסה של 1.67·10 - 27 בלבד, ואם תיקחו כפית צפופה בניוטרונים, פיסת החומר שתתקבל תשקול מיליוני טונות.

מספר הפרוטונים בגרעין של יסוד נקרא המספר האטומי. מספר זה נותן לכל אלמנט את זהותו הייחודית. באטומים של אלמנטים מסוימים, כמו פחמן, מספר הפרוטונים בגרעינים תמיד זהה, אך מספר הנייטרונים יכול להשתנות. אטום של יסוד נתון עם מספר מסוים של נויטרונים בגרעין נקרא איזוטופ.

האם נויטרונים בודדים מסוכנים?

מהו נויטרון? זהו חלקיק שיחד עם הפרוטון נכלל ב. עם זאת, לפעמים הם יכולים להתקיים בכוחות עצמם. כאשר נויטרונים נמצאים מחוץ לגרעיני האטומים, הם רוכשים תכונות שעלולות להיות מסוכנות. כשהם נעים במהירויות גבוהות, הם מייצרים קרינה קטלנית. מה שנקרא פצצות נויטרונים, הידועות ביכולתן להרוג אנשים ובעלי חיים, אך בעלות השפעה מינימלית על מבנים פיזיים שאינם חיים.

ניוטרונים הם חלק חשוב מאוד מהאטום. הצפיפות הגבוהה של חלקיקים אלה, בשילוב עם מהירותם, מעניקה להם כוח הרס ואנרגיה קיצוניים. כתוצאה מכך, הם יכולים לשנות או אפילו לקרוע את גרעיני האטומים שהם פוגעים בהם. למרות שלנייטרון יש מטען חשמלי ניטרלי נטו, הוא מורכב ממרכיבים טעונים המבטלים זה את זה ביחס למטען.

נויטרון באטום הוא חלקיק זעיר. כמו פרוטונים, הם קטנים מדי מכדי שניתן יהיה לראותם אפילו במיקרוסקופ אלקטרוני, אבל הם נמצאים שם כי זו הדרך היחידה להסביר את התנהגותם של אטומים. הנייטרונים חשובים מאוד ליציבותו של אטום, אך מחוץ למרכז האטומי שלו הם אינם יכולים להתקיים לאורך זמן ולהתפרק בממוצע תוך 885 שניות בלבד (כ-15 דקות).

פרק ראשון. מאפיינים של גרעין יציב

כבר נאמר לעיל שהגרעין מורכב מפרוטונים ונויטרונים הקשורים בכוחות גרעיניים. אם מודדים את המסה של גרעין ביחידות מסה אטומית, היא צריכה להיות קרובה למסה של פרוטון כפול מספר שלם הנקרא מספר המסה. אם המטען של גרעין הוא מספר מסה, זה אומר שהגרעין מכיל פרוטונים וניוטרונים. (מספר הנייטרונים בגרעין מסומן בדרך כלל ב

מאפיינים אלו של הקרנל באים לידי ביטוי בסימון סימבולי, שישמש בהמשך הטופס

כאשר X הוא שם היסוד שהאטום שלו שייך הגרעין (לדוגמה, גרעינים: הליום - , חמצן - , ברזל - אורניום

המאפיינים העיקריים של גרעינים יציבים כוללים: מטען, מסה, רדיוס, מומנטים מכניים ומגנטיים, ספקטרום של מצבים נרגשים, זוגיות ומומנט מרובע. גרעינים רדיואקטיביים (לא יציבים) מאופיינים בנוסף בחייהם, בסוג התמורות הרדיואקטיביות, באנרגיה של חלקיקים הנפלטים ועוד מספר תכונות מיוחדות, עליהן יידונו להלן.

קודם כל, הבה נבחן את התכונות של החלקיקים היסודיים המרכיבים את הגרעין: פרוטון ונייטרון.

§ 1. מאפיינים בסיסיים של הפרוטון והנויטרון

מִשׁקָל.ביחידות של מסת אלקטרונים: מסת פרוטון, מסת נויטרונים.

ביחידות מסה אטומית: מסת פרוטון, מסת נויטרונים

ביחידות אנרגיה, מסת המנוחה של פרוטון היא מסת המנוחה של נויטרון.

מטען חשמלי. q הוא פרמטר המאפיין את האינטראקציה של חלקיק עם שדה חשמלי, המבוטא ביחידות של מטען אלקטרונים שבו

כל החלקיקים היסודיים נושאים כמות חשמל השווה ל-0 או מטען פרוטון מטען נויטרון הוא אפס.

סיבוב.הספינים של הפרוטון והנייטרון שווים.שני החלקיקים הם פרמיונים ומצייתים לסטטיסטיקה של פרמי-דיראק, ולכן לעקרון פאולי.

רגע מגנטי.אם נחליף את מסת הפרוטון בנוסחה (10), שקובעת את המומנט המגנטי של האלקטרון במקום מסת האלקטרון, נקבל

הכמות נקראת מגנטון גרעיני. ניתן להניח באנלוגיה לאלקטרון שהמומנט המגנטי הספין של הפרוטון שווה ל. אולם הניסיון הראה שהמומנט המגנטי של הפרוטון עצמו גדול מהמגנטון הגרעיני: על פי נתונים מודרניים

בנוסף, התברר שגם לחלקיק לא טעון - נויטרון - יש מומנט מגנטי השונה מאפס ושווה ל

הנוכחות של מומנט מגנטי בניוטרון וערך כה גדול של המומנט המגנטי בפרוטון סותרים הנחות לגבי האופי הנקודתי של חלקיקים אלה. מספר נתונים ניסיוניים שהתקבלו בשנים האחרונות מצביעים על כך שגם לפרוטון וגם לנייטרון יש מבנה לא הומוגני מורכב. במרכז הנייטרון יש מטען חיובי, ובפריפריה יש מטען שלילי שווה בגודלו המופץ בנפח החלקיק. אבל מכיוון שהמומנט המגנטי נקבע לא רק לפי גודל הזרם הזורם, אלא גם לפי השטח המכוסה בו, המומנטים המגנטיים שנוצרו על ידם לא יהיו שווים. לכן, לנייטרון יכול להיות מומנט מגנטי תוך שהוא נשאר נייטרלי בדרך כלל.

טרנספורמציות הדדיות של נוקלונים.המסה של נויטרון גדולה ב-0.14% מהמסה של פרוטון, או פי 2.5 מהמסה של אלקטרון,

במצב חופשי, נויטרון מתפרק לפרוטון, אלקטרון ואנטי-נייטרינו: משך החיים הממוצע שלו קרוב ל-17 דקות.

פרוטון הוא חלקיק יציב. עם זאת, בתוך הגרעין הוא יכול להפוך לנייטרון; במקרה זה התגובה ממשיכה בהתאם לתכנית

ההבדל במסות החלקיקים משמאל ומימין מתפתה על ידי האנרגיה המועברת לפרוטון על ידי נוקלונים אחרים בגרעין.

לפרוטון ולנייטרון יש את אותם ספינים, כמעט אותן מסות, והם יכולים להפוך זה לזה. בהמשך יראה שגם הכוחות הגרעיניים הפועלים בין חלקיקים אלה בזוגות זהים. לכן, הם נקראים בשם נפוץ - נוקלאון והם אומרים שנוקלאון יכול להיות בשני מצבים: פרוטון ונויטרון, שונים ביחס שלהם לשדה האלקטרומגנטי.

ניוטרונים ופרוטונים מקיימים אינטראקציה עקב קיומם של כוחות גרעיניים שאינם חשמליים בטבעם. כוחות גרעיניים חייבים את מקורם לחילופי מיזונים. אם נתאר את התלות של האנרגיה הפוטנציאלית של אינטראקציה בין פרוטון לנייטרון בעל אנרגיה נמוכה במרחק ביניהם, אז זה ייראה בערך כמו הגרף המוצג באיור. 5, א, כלומר יש לו צורה של באר פוטנציאלית.

אורז. 5. תלות של אנרגיית אינטראקציה פוטנציאלית במרחק בין נוקלאון: א - לזוגות נויטרונים-נויטרונים או נויטרונים-פרוטונים; b - עבור זוג פרוטון-פרוטונים

יחידת מסה אטומית
יחידת מסה אטומית

יחידת מסה אטומית (בצהריים או u) היא יחידת מסה השווה ל-1/12 מהמסה של אטום באיזוטופ הפחמן 12 C, והיא משמשת בפיזיקה האטומית והגרעינית כדי לבטא את המסות של מולקולות, אטומים, גרעינים, פרוטונים ונויטרונים. 1 אמו ( u) ≈ 1.66054 . 10 -27 ק"ג. בפיזיקה גרעינית וחלקיקים, במקום מסה Mשימוש בהתאם ליחס של איינשטיין E = mc 2 שווה ערך האנרגיה שלו mc 2, ו-1 אלקטרונית וולט (eV) ונגזרותיו משמשות כיחידת אנרגיה: 1 קילו-אלקטרון-וולט (keV) = 10 3 eV, 1 מגה-אלקטרון-וולט (MeV) = 10 6 eV, 1 gigaelectronvolt (GeV) = 10 9 eV, 1 teraelectronvolt (TeV) = 10 12 eV, וכו'. 1 eV היא האנרגיה הנרכשת על ידי חלקיק בעל מטען יחיד (לדוגמה, אלקטרון או פרוטון) כאשר הוא עובר דרך שדה חשמלי בהפרש פוטנציאל של 1 וולט. כידוע, 1 eV = 1.6. 10 -12 ארג = 1.6. 10 -19 J. ביחידות אנרגיה
1 אמו ( u)931.494 MeV. מסות פרוטון (m p) וניוטרונים (m n). ביחידות המסה האטומית וביחידות האנרגיה הן כדלקמן: m p ≈ 1.0073 u≈ 938.272 MeV/ מ-2, m n ≈ 1.0087 u≈ 939.565 MeV/s 2 . עם דיוק של ~1%, המסות של פרוטון ונייטרון שוות ליחידת מסה אטומית אחת (1 u).

הגדלים והמסה של האטומים קטנים. רדיוס האטומים הוא 10 -10 מ', ורדיוס הגרעין הוא 10 -15 מ' מסה של אטום נקבעת על ידי חלוקת המסה של מול אחד של אטומים של היסוד במספר האטומים במול 1 (N A = 6.02·10 23 מול -1). מסת האטומים משתנה בטווח של 10 -27 ~ 10 -25 ק"ג. בדרך כלל, מסת האטומים מתבטאת ביחידות מסה אטומית (אמו). במשך ע.א.מ. נלקחת 1/12 מהמסה של אטום באיזוטופ הפחמן 12 C.

המאפיינים העיקריים של אטום הם מטען הגרעין שלו (Z) ומספר המסה (A). מספר האלקטרונים באטום שווה למטען של הגרעין שלו. תכונות האטומים נקבעות לפי מטען הגרעינים שלהם, מספר האלקטרונים ומצבם באטום.

תכונות ומבנה בסיסיות של הגרעין (תיאוריה של הרכב גרעיני אטום)

1. גרעיני האטום של כל היסודות (למעט מימן) מורכבים מפרוטונים ונויטרונים.

2. מספר הפרוטונים בגרעין קובע את ערך המטען החיובי שלו (Z). ז- מספר סידורי של יסוד כימי במערכת המחזורית של מנדלייב.

3. המספר הכולל של הפרוטונים והנייטרונים הוא ערך המסה שלו, שכן מסתו של אטום מרוכזת בעיקר בגרעין (99.97% ממסת האטום). חלקיקים גרעיניים - פרוטונים וניטרונים - נקראים ביחד נוקלונים(מהמילה הלטינית nucleus, שפירושה "גרעין"). המספר הכולל של נוקלונים מתאים למספר המסה, כלומר. המסה האטומית שלו A מעוגלת למספר השלם הקרוב ביותר.

ליבות עם אותו הדבר ז, אבל שונה אנקראים איזוטופים. ליבות זה, עם אותו הדבר איש שונים ז, נקראים איזוברים. בסך הכל ידועים כ-300 איזוטופים יציבים של יסודות כימיים ויותר מ-2000 איזוטופים רדיואקטיביים טבעיים ומיוצרים באופן מלאכותי.

4. מספר נויטרונים בגרעין נניתן למצוא מההבדל בין מספר המסה ( א) ומספר סידורי ( ז):

5. מאופיין גודל הגרעין רדיוס הליבה, שיש לו משמעות מותנית עקב טשטוש גבול הליבה.

צפיפות החומר הגרעיני היא בסדר גודל 10 17 ק"ג/מ"ר והיא קבועה עבור כל הגרעינים. זה עולה באופן משמעותי על הצפיפות של החומרים הרגילים הצפופים ביותר.

תיאוריית הפרוטון-נייטרונים אפשרה לפתור את הסתירות שנוצרו קודם לכן ברעיונות לגבי הרכב גרעיני האטום ויחסיו עם המספר האטומי והמסה האטומית.

אנרגיית קישור גרעיניתנקבע על פי כמות העבודה שצריך לעשות כדי לפצל גרעין לגרעין המרכיבים אותו מבלי להקנות להם אנרגיה קינטית. מחוק שימור האנרגיה עולה שבמהלך היווצרות גרעין יש לשחרר אותה אנרגיה שיש להשקיע במהלך פיצול הגרעין לגרעין המרכיבים אותו. אנרגיית הקישור של גרעין היא ההבדל בין האנרגיה של כל הגרעינים החופשיים המרכיבים את הגרעין לבין האנרגיה שלהם בגרעין.

כאשר נוצר גרעין, מסתו פוחתת: מסת הגרעין קטנה מסכום המסות של הגרעין המרכיבים אותו. הירידה במסה של הגרעין במהלך היווצרותו מוסברת על ידי שחרור אנרגיית מקשר. אם W sv היא כמות האנרגיה המשתחררת במהלך היווצרות גרעין, ואז המסה המקבילה Dm, שווה ל

שקוראים לו פגם המוניומאפיין את הירידה במסה הכוללת במהלך היווצרות גרעין מהנוקלונים המרכיבים אותו. יחידת מסה אטומית אחת תואמת יחידת אנרגיה אטומית(a.u.e.): a.u.e.=931.5016 MeV.

אנרגיית קישור גרעינית ספציפית wאנרגיית הקישור לכל נוקלאון נקראת: w sv= . עוצמה wממוצע של 8 MeV/נוקלאון. ככל שמספר הנוקלונים בגרעין גדל, אנרגיית הקישור הספציפית פוחתת.

קריטריון ליציבות גרעיני אטוםהוא היחס בין מספר הפרוטונים והנייטרונים בגרעין יציב עבור איזוברים נתונים. ( א= const).

כוחות גרעיניים

1. אינטראקציה גרעינית מצביעה על כך שיש מיוחדים כוחות גרעיניים, לא ניתן לצמצום לאף אחד מסוגי הכוחות המוכרים בפיזיקה הקלאסית (כבידה ואלקטרומגנטית).

2. כוחות גרעיניים הם כוחות קצרי טווח. הם מופיעים רק במרחקים קטנים מאוד בין נוקלונים בגרעין בסדר גודל של 10-15 מ'. האורך (1.5 על 2.2) 10-15 מ' נקרא טווח של כוחות גרעיניים.

3. מגלים כוחות גרעיניים לחייב עצמאות: המשיכה בין שני נוקלונים זהה ללא קשר למצב המטען של הנוקלונים - פרוטון או נוקלאון. עצמאות המטען של כוחות גרעיניים ניכרת מהשוואה של אנרגיות מחייבות ב ליבות מראה. זהו השם שניתן לגרעינים שבהם מספר הנוקלונים הכולל זהה, אך מספר הפרוטונים באחד שווה למספר הנייטרונים בשני. למשל, גרעיני הליום מימן כבד טריטיום - .

4. לכוחות גרעיניים יש תכונת רוויה, המתבטאת בכך שגרעין בגרעין מקיים אינטראקציה רק ​​עם מספר מצומצם של נוקלונים שכנים הקרובים אליו. זו הסיבה שקיימת תלות ליניארית של אנרגיות הקישור של גרעינים במספרי המסה שלהם (A). רוויה כמעט מלאה של כוחות גרעיניים מושגת בחלקיק ה-a, שהוא תצורה יציבה מאוד.

רדיואקטיביות, קרינת g, a ו-b - דעיכה

1.רדיואקטיביהוא הפיכת איזוטופים לא יציבים של יסוד כימי אחד לאיזוטופים של יסוד אחר, המלווה בפליטת חלקיקים יסודיים, גרעינים או קרני רנטגן קשות. רדיואקטיביות טבעיתנקראת רדיואקטיביות הנצפית באיזוטופים בלתי יציבים המתרחשים באופן טבעי. רדיואקטיביות מלאכותיתנקרא רדיואקטיביות של איזוטופים המתקבלים כתוצאה מתגובות גרעיניות.

2. בדרך כלל, כל סוגי הרדיואקטיביות מלווים בפליטת קרינת גמא – קרינת גלים חשמליים קשים וקצרים. קרינת גמא היא הצורה העיקרית להפחתת האנרגיה של תוצרים נרגשים של טרנספורמציות רדיואקטיביות. גרעין העובר ריקבון רדיואקטיבי נקרא אִמָהִי; מתהווה חברה בתהגרעין, ככלל, מתברר כמרגש, והמעבר שלו למצב הקרקע מלווה בפליטת ג-פוטון.

3. ריקבון אלפאנקרא פליטת חלקיקי a על ידי גרעינים של כמה יסודות כימיים. ריקבון אלפא הוא תכונה של גרעינים כבדים עם מספרי מסה א>200 ומטענים גרעיניים ז> 82. בתוך גרעינים כאלה מתרחשת היווצרות של חלקיקי a מבודדים, שכל אחד מהם מורכב משני פרוטונים ושני נויטרונים, כלומר. נוצר אטום של יסוד, מוסט בטבלה של המערכת המחזורית של יסודות D.I. מנדלייב (PSE) שני תאים משמאל ליסוד הרדיואקטיבי המקורי עם מסה קטנה מ-4 יחידות(כלל Soddy-Faience):

4. המונח התפרקות בטא מתייחס לשלושה סוגים של טרנספורמציות גרעיניות: אֶלֶקטרוֹנִי(ב-) ו פוזיטרוניים(ב+) דעיכה, וכן לכידה אלקטרונית.

ריקבון b מתרחש בעיקר בגרעינים עשירים יחסית בניוטרונים. במקרה זה, הנייטרון של הגרעין מתפרק לפרוטון, אלקטרון ואנטי-נייטרינו () בעל מטען ומסה אפס.

במהלך התפרקות b, מספר המסה של האיזוטופ אינו משתנה, שכן המספר הכולל של הפרוטונים והנייטרונים נשמר, והמטען גדל ב-1. לכן, האטום של היסוד הכימי שנוצר מוזז על ידי תא PSE אחד ימינה מהיסוד המקורי, אך מספר המסה שלו אינו משתנה(כלל Soddy-Faience):

ריקבון b+- מתרחש בעיקר בגרעינים עשירים יחסית בפרוטונים. במקרה זה, הפרוטון של הגרעין מתפרק לנייטרון, פוזיטרון וניטרינו ().

.

במהלך התפרקות b+, מספר המסה של האיזוטופ אינו משתנה, שכן המספר הכולל של הפרוטונים והנייטרונים נשמר, והמטען יורד ב-1. לכן, האטום של היסוד הכימי שנוצר מוזז על ידי תא PSE אחד שמאלה מהיסוד המקורי, אך מספר המסה שלו אינו משתנה(כלל Soddy-Faience):

5. במקרה של לכידת אלקטרונים, הטרנספורמציה מורכבת מהיעלמות של אחד האלקטרונים בשכבה הקרובה לגרעין. פרוטון, ההופך לנייטרון, "לוכד" אלקטרון; מכאן מגיע המונח "לכידה אלקטרונית". לכידה אלקטרונית, בניגוד ל-b±-capture, מלווה בקרינת רנטגן אופיינית.

6. ריקבון b מתרחש בגרעינים רדיואקטיביים באופן טבעי וכן רדיואקטיביים באופן מלאכותי; ריקבון b+ מאפיין רק את תופעת הרדיואקטיביות המלאכותית.

7. קרינת g: כאשר הוא נרגש, גרעין האטום פולט קרינה אלקטרומגנטית באורך גל קצר ובתדירות גבוהה, שהיא קשה וחודרת יותר מקרני רנטגן. כתוצאה מכך, האנרגיה של הגרעין פוחתת, אך מספר המסה והמטען של הגרעין נשארים ללא שינוי. לכן, השינוי של יסוד כימי לאחר אינו נצפה, וגרעין האטום עובר למצב פחות נרגש.