| |
|
|
|
| ||
| |
Атом
состоит из ядра и электронной оболочки. Размер атома определяется электронной
оболочкой и равен ≈ 10-
Ядро состоитиз особых частиц - протонов и нейтронов. Протон имеет один элементарный положительный электрический заряд, а электрический заряд нейтрона равен нулю. Между этими частицами в любых парных комбинациях действуют особые (ядерные) силы, не зависящие от их электрического заряда, которые обеспечивают связь отдельных частиц с ядром. Поэтому в ядерной физике используют обобщающий термин нуклон, обозначающий любую из частиц, входящую в состав ядра, - как протон, так и нейтрон.
Число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается буквой А. Массовое число – всегда целое число.
Число протонов в ядре обозначается буквой Z. Кроме этого Z – число электронов в атоме с ядром, имеющим Z протонов, поскольку атом является электрически нейтральным. Так как химические свойства элементов определяются числом электронов в атоме, то Z есть также порядковый номер или атомный номер элемента в таблице Менделеева.
Число нейтронов в ядре обозначают буквой N. Следовательно, число нейтронов в ядре N = A – Z.
Любая из трех пар чисел (Z,N), (N,A) или (A,Z) однозначно определяет состав ядра. Обычно, по причинам, которые будут указаны ниже, используют пару чисел (А,Z).
Атомы,
ядра которых имеют конкретные значения А и Z,
называются нуклидами. Для обозначения нуклида используют две формы записи:
(А,Z)
или 
,
где Х - символ химического элемента, атомы которого имеют соответствующее ядро.
Например, (12,6) или 
-
соответствующий нуклид углерода. Поскольку символ химического элемента однозначно
связан с Z, то часто атомный номер в форме записи с указанием символа химического
элемента опускают и пишут просто 
.
Такие же обозначения используются и для ядер.
Атомы,
ядра которых имеют в своем составе одинаковое число протонов Z,
но различающиеся числом нуклонов А, называются изотопами химического элемента.
Вещества, имеющие в своем составе атомы изотопов, имеют одинаковые химические
свойства, но различную плотность, температуру плавления, кипения и пр., т.е. различаются
физическими свойствами. Например:
изотопы водорода. 1Н
- Протий (легкий водород); 2Н
- дейтерий (тяжелый водород, употребляют также символ 
,
для ядра - d);
3Н - тритий
(сверхтяжелый водород, употребляют также символ 
,
для ядра d).
233U,
235U,
238U -
изотопы урана. Однако об изотопе имеет смысл говорить, подразумевая его принадлежность
к химическому элементу. Поэтому 235U-
делящийся нуклид урана, а не делящийся изотоп урана. Таким же образом 3Н
- радиоактивный нуклид водорода, а не радиоактивный изотоп, так как и в этом случае
подразумеваются физические характеристики ядра, а не соответствующие химические
свойства атома.
Нуклиды, ядра которых имеют одинаковое число нуклонов (одинаковое массовое число А), но различное число протонов Z, называют изобарами. Например: 3Н и 3Не - изобары трития и гелия, 10Ве, 10В, 10С - изобары бериллия, бора и углерода.
Нуклиды с одинаковым числом нейтронов в составе ядра называют изотонами. Например, 2Н и 3Не - изотоны водорода и гелия.
Свойства ядер различных нуклидов можно систематизировать с помощью протонно-нейтронной диаграммы – таблицы, строки которой соответствуют нуклидам с одинаковым числом протонов, а столбцы – нуклидам с одинаковым числом нейтронов. На рис.1.1.1 показан принцип построения протонно-нейтронной диаграммы на примере нуклидов с легкими ядрами. Протонно-нейтронная диаграмма для всех известных нуклидов приведена на рис.1.1.2.
Отметим следующие эмпирические факты и закономерности, которые следуют из протонно-нейтронной диаграммы атомных ядер.
1.
Известно 265 стабильных нуклидов, нестабильных нуклидов значительно больше, около
1700.
2. Известны нуклиды со всеми значениями Z от 0 (нейтрон) до 108. Для существующих в природе ядер Z меняется от 1 (водород) до 92 (уран). Остальные нуклиды получают искусственно. Не существует стабильных нуклидов с Z = 0, 43, 61 и Z ³ 84.
3. Известны нуклиды с числом нуклонов А от 1 до 263 включительно. Не существует стабильных нуклидов при А =5, 8 и при А ³ 210.
4.
Область нейтронной диаграмы, где располагаются β‑стабильные
нуклиды (заштрихованная полоса 1 на рис.1.1.2), называется дорожкой стабильности.
Легкие стабильные нуклиды (до Z ≤ 20) содержат в составе ядра примерно равное
число протонов и нейтронов. При увеличении А относительная доля нейтронов возрастает.
Например, у легкого нуклида 
N/Z
= 1; у среднего нуклида
N/Z=
1,15; у тяжелого нуклида 
N/Z
= 1,59. Опережающий
рост числа нейтрона при больших А вызван действием дальнодействующих кулоновских
сил отталкивания протонов в ядре.
5.
Большинство химических элементов имеетпо несколько стабильных иb-активных
нуклидов. Некоторые элементы имеют (см. рис.1.1.1) всего по одному стабильному
нуклиду (9Be,
6.
Выше дорожки стабильности располагаются β+‑активные
нуклиды, ниже – 
‑активные
нуклиды.
7. Свойства ядер существенно зависят от четности чисел Z и N. Наибольшее число стабильных нуклидов (155 из 265) имеют четно-четные ядра (Z – четно, N – четно), поровну стабильных нуклидов (по 53) с четно-нечетным и нечетно-четным количеством нуклонов в составе ядер. И имеется всего четыре стабильных нуклида (2Н, 6Li, 10В и 14N), имеющих нечетно-нечетный состав ядер.
Другие главы электронного учебника "Физика для студентов технических университетов"
Конспект лекций по ядерной физике
- Строение и общие свойства атомных ядер
- Модели атомных ядер
- Радиоактивные превращения ядер
- Ядерные реакции
- Деление ядер
Физические законы механики электронный учебник
Электричество. Магнетизм электронный учебник
Колебания. Волны электронный учебник
Ядерная физика Физика атомного ядра и частиц
Физика, математика примеры лабы
| ||||||||