Размер ядра Строение атомных ядер

Первые представления о размерах ядра были получены Резерфордом при экспериментальном изучении рассеяния α-частиц с энергией ~ 5 МэВ при прохождении через тонкие пленки золота. Наблюдалось, что некоторое количество α-частиц рассеивается на очень большие углы θ, почти до 180º. На этом основании в 1911 г. Резерфорд пришел к выводу, что в центре атома (точка о на рис. 1.5.1) имеется область положительного электрического заряда, связанная с большой массой, сконцентрированной в очень малом объеме (по сравнению с объемом атома). На основании закона Кулона для точечных зарядов можно вычислить наименьшее расстояние r_min, на которое может подойти к центру ядра α-частица, летящая точно по направлению к ядру (прицельный параметр b = 0). Для этого следует приравнять ее начальную кинетическую энергию к потенциальной энергии взаимодействия α-частицы с ядром в момент ее полной остановки (в точке поворота):

Формула (1.5.1) верна в предположении неподвижного ядра, когда масса ядра М(A,Z) >> m_α – массы α-частицы. Приняв кинетическую энергию α-частицы равной 5 МэВ и положив Z = 79 (золото), получим r_min = 4,5·10^-12 см. Естественным было принять эту величину за верхнюю оценку радиуса ядра золота.

Однако необходимо быть уверенным в том, что отбрасываемая в обратном направлении α-частица не проникает в область положительного заряда атома, поскольку равенство (1.5.1) справедливо либо для точечных, либо для сферически симметричных не перекрывающихся зарядов конечных размеров. Тщательная проверка этого предположения была выполнена сотрудниками Резерфорда в 1913 г. и было установлено хорошее согласие экспериментальных результатов рассеяния α-частиц с расчетами по формуле (1.2.2), полученной теоретически на основе закона Кулона. Оказалось, что закон Кулона имеет место для r_min > 3·10^-12 см. Подобные эксперименты, выполненные двадцатью годами позже с α-частицами, имеющими энергию в десять и выше МэВ (получены на ускорителях), показали, что когда расстояние между взаимодействующими частицами уменьшается до 10^-12см, наблюдаются резкие отклонения от закона Кулона, а на расстояниях, меньших 10^-12см, обнаруживается действие быстро убывающих с расстоянием сил притяжения, которые перекрывают действие кулоновских сил отталкивания.

В дальнейшем размеры ядер определялись разными способами. Говоря о размерах ядра, нужно всегда иметь в виду, что это достаточно условная величина. Ядро, как квантовомеханическая система, не имеет определенной границы. Наиболее точными считаются оценки размеров ядра по результатам рассеяния ядрами быстрых нейтронов и электронов. Все опыты подтвердили предположения о приблизительно сферической форме ядра, радиус которого определяется через массовое число А как

где r₀ = (1,2 ÷ 1,4)·10^-13 см.

В опытах по рассеянию быстрых нейтронов на ядрах определяется не радиус ядра, а несколько большее значение радиуса области ядерного взаимодействия, поэтому r₀ = (1,3 ÷ 1,4)·10^-13 см.

При зондировании ядра быстрыми электронами (опыты Хофштадтера) определяется сфера радиуса R, в которой находятся протоны. Поэтому получают несколько меньшее значение r₀ = (1,2 ÷ 1,3)·10^-13 см. Высокая точность современных методов исследования с помощью рассеяния быстрых электронов с кинетической энергией Т_е > 500 МэВ позволяет оценить не только размер области, занятой протонами, но и распределение плотности ρ_э электрического заряда по ядру. Поскольку нет причин стабильному ядру иметь различное распределение плотности протонов и нейтронов, то полученные результаты для протонов представляют по существу распределение плотности ρ_я ядерного вещества в ядре. Распределение ядерного вещества хорошо согласуется с моделью Ферми

где R₀ = 1,08·10^-13·А^1/3 см– расстояние от центра ядра до места, где плотность ядра падает вдвое, а δ ≈ 0,55·10 ^–13см – скорость убывания плотности ядерного вещества. Спад плотности ядерного вещества от 0,9ρ₀ до 0,1ρ₀ для всех ядер происходит на одинаковых расстояниях d = 4,4δ = 2,4·10^-13 см. Поэтому у легких ядер отсутствует область, где плотность ядерного вещества примерно постоянна (см. рис. 1.5.2).

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

Элементарная математика Кратные интегралы Математический анализ Векторный анализ Аналитическая геометрия Пределы функции Изучение функции Конспекты по математике Комплексные числа Дифференциальные уравнения Определенные интегралы Лекции по высшей математике Исследование функций Вычисление объема с помощью интегралов Алгеброические структуры

Microsoft Windows XP Учебник системного программиста