§1 Charge at mass, atomic nuclei
Ang pinakamahalagang katangian ng isang nucleus ay ang singil at masa nito. M.
Z- ang singil ng nucleus ay tinutukoy ng bilang ng mga positibong elementarya na singil na puro sa nucleus. Isang carrier ng positibong elementary charge R= 1.6021 10 -19 C sa nucleus ay isang proton. Ang atom sa kabuuan ay neutral at ang singil ng nucleus ay sabay na tinutukoy ang bilang ng mga electron sa atom. Ang pamamahagi ng mga electron sa isang atom sa mga shell ng enerhiya at subshell ay mahalagang nakadepende sa kanilang kabuuang bilang sa atom. Samakatuwid, ang singil ng nucleus ay higit na tumutukoy sa pamamahagi ng mga electron sa kanilang mga estado sa atom at ang posisyon ng elemento sa periodic system ng Mendeleev. Ang nuclear charge ayqako = z· e, saan z- ang numero ng singil ng nucleus, katumbas ng ordinal na numero ng elemento sa sistema ng Mendeleev.
Ang masa ng atomic nucleus ay halos tumutugma sa masa ng atom, dahil ang masa ng mga electron ng lahat ng mga atomo, maliban sa hydrogen, ay humigit-kumulang 2.5 10 -4 na masa ng mga atomo. Ang masa ng mga atom ay ipinahayag sa atomic mass units (a.m.u.). Para sa a.u.m. tinanggap ang 1/12 mass ng carbon atom.
1 amu \u003d 1.6605655 (86) 10 -27 kg.
mako = m a - Z ako.
Ang mga isotopes ay mga uri ng mga atomo ng isang partikular na elemento ng kemikal na may parehong singil, ngunit naiiba sa masa.
Ang integer na pinakamalapit sa atomic mass, na ipinahayag sa a.u. m . tinawag ang mass number m at tinutukoy ng liham PERO. Pagtatalaga ng isang elemento ng kemikal: PERO- numero ng masa, X - simbolo ng isang elemento ng kemikal,Z-charging number - serial number sa periodic table ():
Beryllium; Isotopes: , ", .
Core Radius:
kung saan ang A ay ang mass number.
§2 Komposisyon ng core
Ang nucleus ng isang hydrogen atomtinawag proton
mproton= 1.00783 amu , 
.
diagram ng hydrogen atom
Noong 1932, natuklasan ang isang particle na tinatawag na neutron, na may mass na malapit sa isang proton (mneutron= 1.00867 a.m.u.) at walang electric charge. Tapos si D.D. Gumawa si Ivanenko ng hypothesis tungkol sa istruktura ng proton-neutron ng nucleus: ang nucleus ay binubuo ng mga proton at neutron at ang kanilang kabuuan ay katumbas ng mass number PERO. 3 ordinal na numeroZtinutukoy ang bilang ng mga proton sa nucleus, ang bilang ng mga neutronN \u003d A - Z.
Elementary particle - pumapasok ang mga proton at neutron sa kaibuturan, ay sama-samang kilala bilang mga nucleon. Ang mga nucleon ng nuclei ay nasa mga estado, makabuluhang naiiba sa kanilang mga malayang estado. Sa pagitan ng mga nucleon ay may espesyal i de r bagong pakikipag-ugnayan. Sabi nila na ang nucleon ay maaaring nasa dalawang "charge states" - isang proton state na may charge+ e, at neutron na may singil na 0.
§3 Binding energy ng nucleus. masa depekto. pwersang nuklear
Ang mga nukleyar na particle - mga proton at neutron - ay mahigpit na nakahawak sa loob ng nucleus, kaya ang napakalaking kaakit-akit na pwersa ay kumikilos sa pagitan nila, na may kakayahang makatiis sa malalaking puwersa ng salungat sa pagitan ng mga katulad na sisingilin na mga proton. Ang mga espesyal na pwersang ito na nagmumula sa maliliit na distansya sa pagitan ng mga nucleon ay tinatawag na mga puwersang nuklear. Ang mga puwersang nuklear ay hindi electrostatic (Coulomb).
Ang pag-aaral ng nucleus ay nagpakita na ang mga puwersang nuklear na kumikilos sa pagitan ng mga nucleon ay may mga sumusunod na katangian:
a) ang mga ito ay mga short-range na pwersa - ipinakita sa mga distansya ng pagkakasunud-sunod ng 10 -15 m at matalim na bumababa kahit na may bahagyang pagtaas sa distansya;
b) ang mga puwersang nuklear ay hindi nakasalalay sa kung ang butil (nucleon) ay may singil - singil sa pagsasarili ng mga puwersang nuklear. Ang mga puwersang nuklear na kumikilos sa pagitan ng isang neutron at isang proton, sa pagitan ng dalawang neutron, sa pagitan ng dalawang proton ay pantay. Ang proton at neutron na may kaugnayan sa mga puwersang nuklear ay pareho.
Ang nagbubuklod na enerhiya ay isang sukatan ng katatagan ng isang atomic nucleus. Ang nagbubuklod na enerhiya ng nucleus ay katumbas ng gawaing dapat gawin upang hatiin ang nucleus sa mga bumubuo nitong mga nucleon nang hindi nagbibigay ng kinetic energy sa kanila.
M I< Σ( m p + m n)
Ako - ang masa ng nucleus
Ang pagsukat ng mga masa ng nuclei ay nagpapakita na ang natitirang masa ng nucleus ay mas mababa kaysa sa kabuuan ng mga natitirang masa ng mga bumubuo nitong nucleon.
Halaga
nagsisilbing sukatan ng nagbubuklod na enerhiya at tinatawag na mass defect.
Ang equation ni Einstein sa espesyal na relativity ay nag-uugnay sa enerhiya at rest mass ng isang particle.
Sa pangkalahatang kaso, ang nagbubuklod na enerhiya ng nucleus ay maaaring kalkulahin ng formula
saan Z - numero ng singil (bilang ng mga proton sa nucleus);
PERO- mass number (kabuuang bilang ng mga nucleon sa nucleus);
m p, , m n at M i- masa ng proton, neutron at nucleus
Mass depekto (Δ m) ay katumbas ng 1 a.u. m. (a.m.u. - atomic mass unit) ay tumutugma sa nagbubuklod na enerhiya (E St) na katumbas ng 1 a.u.e. (a.u.e. - atomic unit ng enerhiya) at katumbas ng 1a.u.m. s 2 = 931 MeV.
Ang mga pagbabago sa nuclei sa panahon ng kanilang pakikipag-ugnayan sa mga indibidwal na particle at sa isa't isa ay karaniwang tinatawag na nuclear reactions.
Mayroong mga sumusunod, ang pinakakaraniwang mga reaksyong nuklear.
- Reaksyon ng pagbabago . Sa kasong ito, ang particle ng insidente ay nananatili sa nucleus, ngunit ang intermediate nucleus ay naglalabas ng ibang particle, kaya ang nucleus ng produkto ay naiiba sa target na nucleus.
- Radiative capture reaction . Ang particle ng insidente ay natigil sa nucleus, ngunit ang excited na nucleus ay naglalabas ng labis na enerhiya, naglalabas ng γ-photon (ginagamit sa pagpapatakbo ng mga nuclear reactor)
Isang halimbawa ng neutron capture reaction ng cadmium
o posporus
- Nagkalat. Ang intermediate nucleus ay naglalabas ng particle na kapareho ng
kasama ang pinalipad, at ito ay maaaring:
Nababanat na pagkakalat mga neutron na may carbon (ginagamit sa mga reactor hanggang sa katamtamang mga neutron):
Inelastic scattering :
- reaksyon ng fission. Ito ay isang reaksyon na palaging nagpapatuloy sa paglabas ng enerhiya. Ito ang batayan para sa teknikal na produksyon at paggamit ng nuclear energy. Sa panahon ng reaksyon ng fission, ang paggulo ng intermediate compound nucleus ay napakahusay na nahahati ito sa dalawa, humigit-kumulang pantay na mga fragment, na may paglabas ng ilang mga neutron.
Kung ang enerhiya ng paggulo ay mababa, kung gayon ang paghihiwalay ng nucleus ay hindi mangyayari, at ang nucleus, na nawalan ng labis na enerhiya sa pamamagitan ng paglabas ng γ - photon o neutron, ay babalik sa normal nitong estado (Larawan 1). Ngunit kung ang enerhiya na ipinakilala ng neutron ay malaki, kung gayon ang nasasabik na nucleus ay nagsisimulang mag-deform, ang isang constriction ay nabuo sa loob nito at bilang isang resulta, ito ay nahahati sa dalawang mga fragment na lumilipad nang hiwalay sa napakalaking bilis, habang ang dalawang neutron ay ibinubuga.
(Larawan 2).
Chain reaction- self-developing fission reaksyon. Upang maipatupad ito, kinakailangan na sa mga pangalawang neutron na ginawa sa isang kaganapan ng fission, kahit isa man lang ay maaaring maging sanhi ng susunod na kaganapan ng fission: (dahil ang ilang mga neutron ay maaaring lumahok sa mga reaksyon ng pagkuha nang hindi nagiging sanhi ng fission). Sa dami, ipinapahayag ang kundisyon para sa pagkakaroon ng chain reaction salik ng pagpaparami
k < 1 - цепная реакция невозможна, k = 1 (m = m kr ) - mga reaksyon ng kadena na may palaging bilang ng mga neutron (sa isang nuclear reactor),k > 1 (m > m kr ) ay mga bombang nuklear.
§1 Likas na radyaktibidad
Ang radioactivity ay ang kusang pagbabago ng hindi matatag na nuclei ng isang elemento sa nuclei ng isa pang elemento. natural na radioactivity tinatawag na radioactivity na naobserbahan sa hindi matatag na isotopes na umiiral sa kalikasan. Ang artificial radioactivity ay tinatawag na radioactivity ng isotopes na nakuha bilang resulta ng nuclear reactions.
Mga uri ng radyaktibidad:
- α-pagkabulok.
Paglabas ng nuclei ng ilang kemikal na elemento ng α-system ng dalawang proton at dalawang neutron na magkakaugnay (a-particle - ang nucleus ng helium atom)
Ang α-decay ay likas sa mabigat na nuclei na may PERO> 200 atZ > 82. Kapag gumagalaw sa isang substansiya, ang mga α-particle ay gumagawa ng malakas na ionization ng mga atom sa kanilang paraan (ang ionization ay ang paghihiwalay ng mga electron mula sa isang atom), na kumikilos sa kanila gamit ang kanilang electric field. Tinatawag ang distansya kung saan lumilipad ang isang α-particle sa matter hanggang sa ganap itong tumigil saklaw ng butil o kapangyarihang tumagos(tinutukoyR, [ R ] = m, cm). . Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, isang α-particle ang bumubuo sa magpahangin ng 30,000 pares ng mga ion bawat 1 cm na landas. Ang partikular na ionization ay ang bilang ng mga pares ng mga ion na nabuo sa bawat 1 cm ng haba ng landas. Ang α-particle ay may malakas na biological effect.
Shift rule para sa alpha decay:
2. β-pagkabulok.
a) electronic (β -): ang nucleus ay naglalabas ng isang electron at isang electron antineutrino
b) positron (β +): ang nucleus ay naglalabas ng isang positron at isang neutrino
Ang mga prosesong ito ay nangyayari sa pamamagitan ng pag-convert ng isang uri ng nucleon sa isang nucleus sa isa pa: isang neutron sa isang proton o isang proton sa isang neutron.
Walang mga electron sa nucleus, nabuo sila bilang isang resulta ng magkaparehong pagbabago ng mga nucleon.
Positron - isang particle na naiiba sa isang electron lamang sa sign ng charge (+e = 1.6 10 -19 C)
Ito ay sumusunod mula sa eksperimento na sa panahon ng β - pagkabulok, ang mga isotopes ay nawawalan ng parehong dami ng enerhiya. Samakatuwid, sa batayan ng batas ng konserbasyon ng enerhiya, hinulaan ni W. Pauli na isa pang liwanag na butil, na tinatawag na antineutrino, ay ilalabas. Ang isang antineutrino ay walang bayad o masa. Ang pagkawala ng enerhiya ng mga β-particle sa panahon ng kanilang pagpasa sa bagay ay pangunahing sanhi ng mga proseso ng ionization. Ang bahagi ng enerhiya ay nawawala sa X-ray sa panahon ng pagbabawas ng bilis ng mga β-particle ng nuclei ng sumisipsip na substansiya. Dahil ang mga β-particle ay may maliit na masa, isang unit charge at napakataas na bilis, ang kanilang kakayahang mag-ionize ay maliit (100 beses na mas mababa kaysa sa α-particle), samakatuwid, ang penetrating power (mileage) ng β-particle ay makabuluhang mas malaki kaysa sa α-mga particle.
Rβ hangin = 200 m, Rβ Pb ≈ 3 mm
Ang β - - decay ay nangyayari sa natural at artipisyal na radioactive nuclei. β + - lamang na may artipisyal na radyaktibidad.
Panuntunan ng displacement para sa β - - decay:
c) K - capture (electronic capture) - ang nucleus ay sumisipsip ng isa sa mga electron na matatagpuan sa shell K (mas madalasLo M) ng atom nito, bilang isang resulta kung saan ang isa sa mga proton ay nagiging isang neutron, habang naglalabas ng isang neutrino
Scheme K - pagkuha:
Ang puwang sa shell ng elektron na nabakante ng nakuhang elektron ay puno ng mga electron mula sa nakapatong na mga layer, na nagreresulta sa mga X-ray.
- γ-ray.
Karaniwan, ang lahat ng uri ng radyaktibidad ay sinamahan ng paglabas ng γ-ray. Ang mga γ-ray ay electromagnetic radiation na may mga wavelength mula isa hanggang sandaang bahagi ng isang angstrom λ’=~ 1-0.01 Å=10 -10 -10 -12 m. Ang enerhiya ng mga γ-ray ay umaabot sa milyun-milyong eV.
W γ ~ MeV
1eV=1.6 10 -19 J
Ang isang nucleus na sumasailalim sa radioactive decay, bilang panuntunan, ay lumalabas na nasasabik, at ang paglipat nito sa ground state ay sinamahan ng paglabas ng isang γ - photon. Sa kasong ito, ang enerhiya ng γ-photon ay tinutukoy ng kondisyon
kung saan ang E 2 at E 1 ay ang enerhiya ng nucleus.
E 2 - enerhiya sa nasasabik na estado;
E 1 - enerhiya sa ground state.
Ang pagsipsip ng γ-ray ng bagay ay dahil sa tatlong pangunahing proseso:
- photoelectric effect (na may hv < l MэB);
- ang pagbuo ng mga pares ng electron-positron;
o
- scattering (Epekto ng Compton) -
Ang pagsipsip ng γ-ray ay nangyayari ayon sa batas ni Bouguer:
kung saan ang μ ay isang linear attenuation coefficient, depende sa mga energies ng γ rays at mga katangian ng medium;
І 0 ay ang intensity ng insidente parallel beam;
akoay ang intensity ng beam pagkatapos dumaan sa isang substance na may kapal X cm.
Ang mga γ-ray ay isa sa mga pinaka-matalim na radiation. Para sa pinakamahirap na sinag (hvmax) ang kapal ng half-absorption layer ay 1.6 cm sa tingga, 2.4 cm sa bakal, 12 cm sa aluminyo, at 15 cm sa lupa.
§2 Pangunahing batas ng radioactive decay.
Bilang ng nabubulok na nucleidN proporsyonal sa orihinal na bilang ng mga core N at oras ng pagkabulokdt, dN~ N dt. Ang pangunahing batas ng radioactive decay sa differential form:
Ang coefficient λ ay tinatawag na decay constant para sa isang partikular na uri ng nucleus. Ang sign na "-" ay nangangahulugan nadNDapat ay negatibo, dahil ang huling bilang ng hindi nabubulok na nuclei ay mas mababa kaysa sa una.
samakatuwid, ang λ ay nagpapakilala sa fraction ng nuclei decaying sa bawat unit time, ibig sabihin, tinutukoy ang rate ng radioactive decay. Ang λ ay hindi nakasalalay sa mga panlabas na kondisyon, ngunit tinutukoy lamang ng mga panloob na katangian ng nuclei. [λ]=s -1 .
Ang pangunahing batas ng radioactive decay sa integral form
saan N 0 - ang paunang bilang ng radioactive nuclei sat=0;
N- ang bilang ng hindi nabubulok na nuclei sa isang pagkakataont;
Ang λ ay ang radioactive decay constant.
Ang rate ng pagkabulok sa pagsasanay ay hinuhusgahan gamit ang hindi λ, ngunit T 1/2 - ang kalahating buhay - ang oras kung saan ang kalahati ng orihinal na bilang ng nuclei ay nabubulok. Relasyon T 1/2 at λ
T 1/2 U 238 = 4.5 10 6 na taon, T 1/2 Ra = 1590 taon, T 1/2 Rn = 3.825 araw Ang bilang ng mga pagkabulok sa bawat yunit ng oras A \u003d -dN/ dtay tinatawag na aktibidad ng isang ibinigay na radioactive substance.
Mula sa
sumusunod,
[A] \u003d 1 Becquerel \u003d 1 disintegration / 1 s;
[A] \u003d 1Ci \u003d 1Curie \u003d 3.7 10 10 Bq.
Pagbabago ng batas ng aktibidad
kung saan A 0 = λ N 0 - paunang aktibidad sa orast= 0;
A - aktibidad sa isang pagkakataont.
Ang nucleus ng pinakasimpleng atom - ang hydrogen atom - ay binubuo ng isang elementary particle na tinatawag na proton. Ang nuclei ng lahat ng iba pang mga atom ay binubuo ng dalawang uri ng mga particle, proton at neutron. Ang mga particle na ito ay tinatawag na mga nucleon. Proton. Ang proton ay may singil at masa
Para sa paghahambing, ipinapahiwatig namin na ang masa ng isang elektron ay katumbas ng
Mula sa paghahambing ng (66.1) at (66.2) sumusunod na ang -proton ay may spin na katumbas ng kalahati at sarili nitong magnetic moment.
Isang yunit ng magnetic moment na tinatawag na nuclear magneton. Mula sa paghahambing sa (33.2) ito ay sumusunod na 1836 beses na mas mababa kaysa sa Bohr magneton. Dahil dito, ang intrinsic magnetic moment ng proton ay humigit-kumulang 660 beses na mas mababa kaysa sa magnetic moment ng electron.
Neutron. Ang neutron ay natuklasan noong 1932 ng English physicist na si D. Chadwick. Ang singil ng kuryente nito ay zero, at ang masa nito
napakalapit sa masa ng proton.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng neutron at proton na masa ay 1.3 MeV, ibig sabihin.
Ang neutron ay may spin na katumbas ng kalahati at (sa kabila ng kawalan ng electric charge) ng sarili nitong magnetic moment
(Ang minus sign ay nagpapahiwatig na ang mga direksyon ng intrinsic na mekanikal at magnetic na mga sandali ay magkasalungat). Ang isang paliwanag sa kamangha-manghang katotohanang ito ay ibibigay sa § 69.
Tandaan na ang ratio ng mga pang-eksperimentong halaga na may mataas na antas ng katumpakan ay -3/2. Napansin lamang ito pagkatapos na makuha ang naturang halaga ayon sa teorya.
Sa isang malayang estado, ang neutron ay hindi matatag (radioactive) - ito ay kusang nabubulok, nagiging proton at naglalabas ng electron at isa pang particle na tinatawag na antineutrino (tingnan ang § 81). Ang kalahating buhay (ibig sabihin, ang oras na kailangan para sa kalahati ng orihinal na bilang ng mga neutron ay mabulok) ay humigit-kumulang 12 minuto. Ang scheme ng pagkabulok ay maaaring isulat tulad ng sumusunod:
Ang masa ng antineutrino ay zero. Ang mass ng isang neutron ay mas malaki kaysa sa mass ng isang proton sa pamamagitan ng Samakatuwid, ang mass ng neutron ay lumampas sa kabuuang masa ng mga particle na lumilitaw sa kanang bahagi ng equation (66.7), ibig sabihin, ng 0.77 MeV. Ang enerhiya na ito ay pinakawalan sa panahon ng pagkabulok ng isang neutron sa anyo ng kinetic energy ng mga nagresultang particle.
Mga katangian ng atomic nucleus. Ang isa sa pinakamahalagang katangian ng atomic nucleus ay ang charge number Z. Ito ay katumbas ng bilang ng mga proton na bumubuo sa nucleus, at tinutukoy ang singil nito, na katumbas ng Ang numerong Z ay tumutukoy sa serial number ng elemento ng kemikal. sa periodic table ng Mendeleev. Samakatuwid, ito ay tinatawag ding atomic number ng nucleus.
Ang bilang ng mga nucleon (iyon ay, ang kabuuang bilang ng mga proton at neutron) sa isang nucleus ay tinutukoy ng titik A at tinatawag na mass number ng nucleus. Ang bilang ng mga neutron sa nucleus ay
Ang simbolo na ginamit upang italaga ang nuclei
kung saan ang X ay ang kemikal na simbolo ng elemento. Ang mass number ay nakalagay sa itaas na kaliwa, ang atomic number sa ibabang kaliwa (ang huling icon ay madalas na tinanggal).
Minsan ang numero ng masa ay nakasulat hindi sa kaliwa, ngunit sa kanan ng simbolo ng elemento ng kemikal
Ang nuclei na may parehong Z ngunit magkaibang A ay tinatawag na isotopes. Karamihan sa mga elemento ng kemikal ay may ilang matatag na isotopes. Kaya, halimbawa, ang oxygen ay may tatlong matatag na isotopes: ang lata ay may sampu, at iba pa.
Ang hydrogen ay may tatlong isotopes:
Ang protium at deuterium ay matatag, ang tritium ay radioactive.
Ang nuclei na may parehong mass number A ay tinatawag na isobars. Ang mga nuclei na may parehong bilang ng mga neutron ay tinatawag na isotones bilang isang halimbawa. Panghuli, mayroong mga radioactive nuclei na may parehong Z at A, na naiiba sa kanilang kalahating buhay. Ang mga ito ay tinatawag na isomer. Halimbawa, mayroong dalawang isomer ng nucleus, ang isa sa kanila ay may kalahating buhay na 18 minuto, ang isa ay may kalahating buhay na 4.4 na oras.
Mga 1500 nuclei ang kilala, na naiiba sa Z, o A, o pareho. Humigit-kumulang 1/5 ng mga nuclei na ito ay matatag, ang iba ay radioactive. Maraming nuclei ang nakuhang artipisyal gamit ang mga reaksyong nuklear.
Sa kalikasan, may mga elemento na may atomic number Z mula 1 hanggang 92, hindi kasama ang technetium at promethium. Ang plutonium, pagkatapos na ginawang artipisyal, ay natagpuan sa hindi gaanong halaga sa isang natural na mineral - resin blende. Ang natitirang bahagi ng transuranium (i.e., transuranium) na mga elemento (na may Z mula 93 hanggang 107) ay nakuha nang artipisyal sa pamamagitan ng iba't ibang mga reaksyong nukleyar.
Ang mga elemento ng transuranium na curium, einsteinium, fermium) at mendelevium) ay pinangalanan bilang parangal sa mga natatanging siyentipiko na sina P. at M. Curie, A. Einstein, E. Fermi at D. I. Mendeleev. Ang Lawrencium ay ipinangalan sa imbentor ng cyclotron na si E. Lawrence. Kurchatovy) ay nakuha ang pangalan nito bilang parangal sa natitirang Sobyet na pisiko na si I. V. Kurchatov.
Ang ilang elemento ng transuranium, kabilang ang kurchatovium at mga elemento na may mga numerong 106 at 107, ay nakuha sa Laboratory of Nuclear Reactions ng Joint Institute for Nuclear Research sa Dubna ng siyentipikong Sobyet na si G. N. Flerov at ng kanyang mga katuwang.
Mga laki ng kernel. Sa unang pagtatantya, ang nucleus ay maaaring ituring na isang globo, ang radius na kung saan ay tiyak na tinutukoy ng formula
(Ang Fermi ay ang pangalan ng yunit ng haba na ginagamit sa nuclear physics, katumbas ng cm). Mula sa formula (66.8) sumusunod na ang dami ng nucleus ay proporsyonal sa bilang ng mga nucleon sa nucleus. Kaya, ang density ng matter sa lahat ng nuclei ay humigit-kumulang pareho.
Pag-ikot ng nucleus. Ang mga pag-ikot ng mga nucleon ay nagdaragdag sa nagresultang pag-ikot ng nucleus. Ang spin ng nucleon ay Samakatuwid, ang quantum number ng spin ng nucleus l ay magiging half-integer para sa isang kakaibang bilang ng mga nucleon A at isang integer o zero para sa isang even A. Ang mga spin ng nuclei l ay hindi lalampas sa ilang mga yunit. Ito ay nagpapahiwatig na ang mga pag-ikot ng karamihan sa mga nucleon sa nucleus ay magkakansela sa isa't isa, na antiparallel. Lahat ng even-even nuclei (iyon ay, nuclei na may even number of protons at even number of neutrons) ay may zero spin.
Ang bawat atom ay binubuo ng nuclei at atomic shell, na kinabibilangan ng iba't ibang elementong particle - mga nucleon at mga electron(Larawan 5.1). Ang nucleus ay ang gitnang bahagi ng atom, na naglalaman ng halos buong masa ng atom at may positibong singil. Ang core ay binubuo ng mga proton at mga neutron, na may dobleng sisingilin na mga estado ng isang elementarya na particle - ang nucleon. Proton charge +1; neutron 0.
Core charge atom ay Z . ē , saan Z– serial number ng mga elemento (atomic number) sa periodic system ng Mendeleev, katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus; ē ay ang singil ng isang elektron.
Ang bilang ng mga nucleon sa isang nucleus ay tinatawag ang mass number ng elemento(A):
A = Z + N,
saan Z ay ang bilang ng mga proton; N ay ang bilang ng mga neutron sa atomic nucleus.
Para sa mga proton at neutron, ang mass number ay kinuha na katumbas ng 1, para sa mga electron ito ay katumbas ng 0.
kanin. 5.1. Ang istraktura ng atom
Ang mga sumusunod na pagtatalaga ay karaniwang tinatanggap para sa anumang elemento ng kemikal X: , dito A- Pangkalahatang numero, Z ay ang atomic number ng elemento.
Ang atomic nuclei ng parehong elemento ay maaaring maglaman ng ibang bilang ng mga neutron. N. Ang mga uri ng atomic nuclei ay tinatawag isotopes elementong ito. Kaya, ang mga isotopes ay may: parehong atomic number, ngunit magkaibang mga mass number A. Karamihan sa mga elemento ng kemikal ay pinaghalong iba't ibang isotopes, halimbawa, isotopes ng uranium:
.
Ang atomic nuclei ng iba't ibang elemento ng kemikal ay maaaring magkaroon ng parehong mass number PERO(na may iba't ibang bilang ng mga proton Z). Ang mga uri ng atomic nuclei ay tinatawag mga isobar. Halimbawa:
– – – ; –
Mass ng atom
Upang makilala ang masa ng mga atomo at molekula, ginamit ang konsepto atomic mass M ay isang kamag-anak na halaga, na tinutukoy ng ratio
sa masa ng carbon atom at kinuha katumbas ng m a = 12,000,000. Para sa
ipinakilala ang ganap na kahulugan ng atomic mass atomic unit
masa(a.m.u.), na tinukoy kaugnay ng masa ng isang carbon atom sa sumusunod na anyo:
.
Kung gayon ang atomic mass ng isang elemento ay maaaring tukuyin bilang:
saan M ay ang atomic mass ng isotopes ng elementong isinasaalang-alang. Ang expression na ito ay ginagawang mas madali upang matukoy ang masa ng nuclei ng mga elemento, elementarya na mga particle, mga particle - mga produkto ng radioactive transformations, atbp.
Nuclear mass defect at nuclear binding energy
Nagbubuklod na enerhiya ng nucleon- isang pisikal na dami ayon sa bilang na katumbas ng gawaing dapat gawin upang alisin ang isang nucleon mula sa nucleus nang hindi nagbibigay ng kinetic energy dito.
Ang mga nucleon ay nakagapos sa nucleus ng mga puwersang nuklear, na higit na mas malaki kaysa sa mga puwersa ng electrostatic repulsion na kumikilos sa pagitan ng mga proton. Upang hatiin ang nucleus, kinakailangan upang mapagtagumpayan ang mga puwersang ito, ibig sabihin, upang gumastos ng enerhiya. Ang unyon ng mga nucleon upang bumuo ng isang nucleus, sa kabaligtaran, ay sinamahan ng paglabas ng enerhiya, na tinatawag na nuclear binding energyΔ W St:
,
nasaan ang tinatawag na nuclear mass defect; kasama ≈ 3 . Ang 10 8 m/s ay ang bilis ng liwanag sa vacuum.
Core na nagbubuklod na enerhiya- isang pisikal na dami na katumbas ng gawaing kailangang gawin upang hatiin ang nucleus sa mga indibidwal na nucleon nang hindi nagbibigay ng kinetic energy sa kanila.
Kapag nabuo ang isang nucleus, bumababa ang masa nito, ibig sabihin, ang masa ng nucleus ay mas mababa kaysa sa kabuuan ng mga masa ng mga bumubuo nitong nucleon, ang pagkakaibang ito ay tinatawag masa depektoΔ m:
saan m p ay ang proton mass; m n ay ang neutron mass; m ang nucleus ay ang masa ng nucleus.
Sa paglipat mula sa masa ng nucleus m nucleus sa atomic mass ng isang elemento m a, ang ekspresyong ito ay maaaring isulat sa sumusunod na anyo:
saan m H ay ang masa ng hydrogen; m n ay ang masa ng neutron at m a ay ang atomic mass ng elemento, na tinutukoy sa pamamagitan ng yunit ng atomic mass(a.u.m.).
Ang pamantayan para sa katatagan ng nucleus ay ang mahigpit na pagsusulatan sa pagitan ng bilang ng mga proton at neutron sa loob nito. Para sa katatagan ng nuclei, totoo ang sumusunod na kaugnayan:
,
saan Z ay ang bilang ng mga proton; A ay ang mass number ng elemento.
Sa humigit-kumulang 1700 uri ng nuclei na kilala sa ngayon, halos 270 lamang ang matatag. Bukod dito, ang even-even nuclei (iyon ay, na may pantay na bilang ng mga proton at neutron), na partikular na matatag, ay nangingibabaw sa kalikasan.
Radioactivity
Radioactivity- pagbabago ng hindi matatag na isotopes ng isang elemento ng kemikal sa mga isotopes ng isa pang elemento ng kemikal na may paglabas ng ilang mga elementarya na particle. Makilala ang: natural at artipisyal na radyaktibidad.
Ang mga pangunahing uri ay kinabibilangan ng:
– α-radiation (pagkabulok);
– β-radiation (pagkabulok);
- kusang nuclear fission.
Ang nucleus ng isang nabubulok na elemento ay tinatawag maternal, at ang nucleus ng nagresultang elemento ay anak. Ang kusang pagkabulok ng atomic nuclei ay sumusunod sa sumusunod na batas ng radioactive decay:
saan N Ang 0 ay ang bilang ng nuclei sa isang kemikal na elemento sa unang sandali ng oras; N ay ang bilang ng mga core sa isang pagkakataon t; - ang tinatawag na "constant" ng pagkabulok, na siyang bahagi ng nuclei na nabubulok sa bawat yunit ng oras.
Ang kapalit ng pagkabulok na "constant" ay nagpapakilala sa average na habang-buhay ng isotope. Ang isang katangian ng katatagan ng nuclei na may paggalang sa pagkabulok ay kalahating buhay, ibig sabihin, ang oras kung kailan ang unang bilang ng nuclei ay hinahati:
Relasyon sa pagitan ng at :
Sa panahon ng radioactive decay, batas sa pag-iingat ng bayad:
,
nasaan ang singil ng nabubulok o nagresulta (nabuo) na "mga fragment"; at tuntunin sa konserbasyon ng masa:
nasaan ang mass number ng nabuo (nabubulok) na "mga fragment".
5.4.1. pagkabulok ng α at β
α-pagkabulok ay ang radiation mula sa helium nuclei. Katangian para sa "mabigat" na nuclei na may malalaking numero ng masa A> 200 at singilin ang z > 82.
Ang displacement rule para sa α-decay ay may sumusunod na anyo (may nabuong bagong elemento):
.
; 
.
Tandaan na ang α-decay (radiation) ay may pinakamataas na kakayahan sa pag-ionize, ngunit ang pinakamababang permeability.
Mayroong mga sumusunod na uri β-pagkabulok:
– electronic β-decay (β – decay);
– positron β-decay (β + -decay);
– electronic capture (k-capture).
β - -pagkabulok nangyayari na may labis na mga neutron sa paglabas ng mga electron at antineutrino:
.
β + -pagkabulok nangyayari sa labis na mga proton na may paglabas ng mga positron at neutrino:
Para sa electronic capture ( k-kuhanan) nailalarawan sa pamamagitan ng sumusunod na pagbabago:
.
Ang displacement rule para sa β-decay ay may sumusunod na anyo (isang bagong elemento ang nabuo):
para sa β - -pagkabulok: 
;
para sa β + -pagkabulok: .
Ang β-decay (radiation) ay may pinakamababang kakayahan sa pag-ionize, ngunit ang pinakamataas na permeability.
Sinamahan ng α at β radiation γ-radiation, na siyang radiation ng mga photon at hindi isang independiyenteng uri ng radioactive radiation.
Ang mga γ-photon ay pinakawalan na may pagbaba sa enerhiya ng mga nasasabik na atom at hindi nagiging sanhi ng pagbabago sa bilang ng masa A at pagpapalit ng singil Z. Ang γ-radiation ay may pinakamataas na lakas ng pagtagos.
Aktibidad ng radionuclides
Aktibidad ng radionuclides ay isang sukatan ng radyaktibidad na nagpapakilala sa bilang ng mga pagkabulok ng nuklear bawat yunit ng oras. Para sa isang tiyak na halaga ng radionuclides sa isang tiyak na estado ng enerhiya sa isang partikular na oras, ang aktibidad PERO ay ibinigay sa anyo:
kung saan ang inaasahang bilang ng mga kusang pagbabagong nuklear (ang bilang ng mga pagkabulok ng nuklear) na nagaganap sa pinagmumulan ng ionizing radiation sa pagitan ng oras .
Spontaneous nuclear transformation ang tawag radioactive decay.
Ang yunit ng sukat para sa aktibidad ng radionuclides ay ang katumbas na segundo (), na may espesyal na pangalan becquerel (Bq).
Ang Becquerel ay katumbas ng aktibidad ng radionuclide sa pinagmulan, kung saan para sa 1 seg. isang kusang nuclear transformation ang nagaganap.
Off-system na yunit ng aktibidad - curie (Ku).
Curie - ang aktibidad ng radionuclide sa pinagmulan, kung saan para sa isang oras ng 1 sec. nangyayari 3.7 . 10 10 kusang pagbabagong nuklear, ibig sabihin, 1 Ku = 3.7 . 10 10 Bq.
Halimbawa, humigit-kumulang 1 g ng purong radium ang nagbibigay ng aktibidad na 3.7 . 10 10 nuclear disintegrations bawat segundo.
Hindi lahat ng nuclei ng isang radionuclide ay nabubulok nang sabay-sabay. Sa bawat yunit ng oras, nangyayari ang kusang pagbabagong nuklear sa isang tiyak na bahagi ng nuclei. Ang bahagi ng mga pagbabagong nuklear para sa iba't ibang radionuclides ay iba. Halimbawa, sa kabuuang bilang ng radium nuclei, 1.38 ang nabubulok bawat segundo . bahagi, at mula sa kabuuang bilang ng radon nuclei - 2.1 . bahagi. Ang fraction ng nuclei decaying sa bawat unit time ay tinatawag na decay constant λ .
Mula sa mga kahulugan sa itaas ay sumusunod na ang aktibidad PERO nauugnay sa bilang ng mga radioactive atoms N sa pinagmulan sa isang naibigay na oras sa pamamagitan ng ratio:
Sa paglipas ng panahon, ang bilang ng mga radioactive atom ay bumababa ayon sa batas:
, (3) – 30 taon, surface radon o linear aktibidad.
Ang pagpili ng mga yunit ng tiyak na aktibidad ay tinutukoy ng isang tiyak na gawain. Halimbawa, ang aktibidad sa hangin ay ipinahayag sa becquerels bawat metro kubiko (Bq / m 3) - volumetric na aktibidad. Ang aktibidad sa tubig, gatas at iba pang likido ay ipinahayag din bilang volumetric na aktibidad, dahil ang dami ng tubig at gatas ay sinusukat sa litro (Bq/L). Ang aktibidad sa tinapay, patatas, karne at iba pang produkto ay ipinahayag bilang partikular na aktibidad (Bq/kg).
Malinaw, ang biological na epekto ng pagkakalantad sa radionuclides sa katawan ng tao ay depende sa kanilang aktibidad, ibig sabihin, sa dami ng radionuclide. Samakatuwid, ang dami at tiyak na aktibidad ng radionuclides sa hangin, tubig, pagkain, gusali at iba pang mga materyales ay na-standardize.
Dahil sa isang tiyak na oras ang isang tao ay maaaring ma-irradiated sa iba't ibang paraan (mula sa pagpasok ng radionuclides sa katawan hanggang sa panlabas na pagkakalantad), ang lahat ng mga kadahilanan ng pagkakalantad ay nauugnay sa isang tiyak na halaga, na tinatawag na dosis ng radiation.
Ang proton ay isang hydrogen atom kung saan ang isang electron ay tinanggal. Ang particle na ito ay naobserbahan na sa mga eksperimento ni J. Thomson (1907), na nagawang sukatin ang ratio nito e/m. Noong 1919, natuklasan ni E. Rutherford ang nuclei ng hydrogen atom sa mga produkto ng fission ng nuclei ng mga atom ng maraming elemento. Tinawag ni Rutherford ang particle na ito na isang proton. Iminungkahi niya na ang mga proton ay bahagi ng lahat ng atomic nuclei.
Ang pamamaraan ng mga eksperimento ni Rutherford ay ipinakita.
Ang isang paglalarawan ng pag-install kung saan posible na magrehistro ng isang neutron ay maaaring matingnan.
Hindi tulad ng mga electron, ang mga proton at neutron ay napapailalim sa mga tiyak na puwersang nuklear. Ang mga puwersang nuklear ay isang espesyal na kaso ng pinakamalakas na pakikipag-ugnayan sa kalikasan. Dahil sa mga puwersang nuklear, ang mga proton at neutron ay maaaring pagsamahin sa isa't isa, na bumubuo ng iba't ibang atomic nuclei.
Ang mga katangian ng proton at neutron na may paggalang sa malakas na pakikipag-ugnayan ay eksaktong pareho, na, tila, ay nagpapaliwanag ng pagiging malapit ng kanilang mga masa. Samakatuwid, sa nuclear physics, ang terminong nucleon ay kadalasang ginagamit, na tumutukoy sa anumang particle na bahagi ng nucleus, parehong proton at neutron. Masasabi nating ang proton at neutron ay dalawang estado ng parehong particle - ang nucleon.
Ang atom ay neutral sa kuryente. Samakatuwid, ang bilang ng mga proton sa nucleus ng isang atom ay dapat na katumbas ng bilang ng mga electron sa atomic shell, i.e. atomic number Z. Ang kabuuang bilang ng mga nucleon (i.e. mga proton at neutron) sa isang nucleus ay tinutukoy ng A at tinatawag na mass number. Numero Z at A ganap na makilala ang komposisyon ng nucleus. A-priory:
| A=Z+N. |
Upang tukuyin ang iba't ibang nuclei, ang notasyon ng form Z ay karaniwang ginagamit X A , saan X- simbolo ng kemikal na naaayon sa elementong may ibinigay Z. Halimbawa, ang expression na 4 Be 9 ay tumutukoy sa nucleus ng beryllium atom na may Z = 4, A= 9, na mayroong 4 na proton at 5 neutron. Ang kaliwang subscript ay hindi kailangan dahil ang atomic number Z natatanging kinilala sa pamamagitan ng pangalan ng elemento. Samakatuwid, ang uri ng pagdadaglat na Be 9 ay kadalasang ginagamit ( may nakasulat na "beryllium nine").
kernels na may pareho Z at iba A ay tinatawag na isotopes. Halimbawa, uranium Z= 92) may isotopes 92 U 236 , 92 U 238 . Minsan ginagamit ang mga terminong isobar (para sa nuclei na may pareho A at iba Z) at isotones (para sa nuclei na may pareho N at iba Z). Ang terminong nuclide ay ginagamit upang italaga ang mga atomo ng isang partikular na isotope.
Ang pinakamabigat na elementong matatagpuan sa kalikasan ay ang uranium isotope 92 U 238 . Ang mga elementong may atomic number na higit sa 92 ay tinatawag na transuranic. Ang lahat ng mga ito ay nakuha nang artipisyal bilang isang resulta ng iba't ibang mga reaksyong nuklear.
Sa mga tuntunin ng kanilang mga purong nuklear na katangian, ang iba't ibang mga isotopes, bilang isang panuntunan, ay may kaunting pagkakatulad. Ngunit sa napakaraming kaso, ang mga atomo ng iba't ibang isotopes ay may parehong kemikal at halos magkaparehong pisikal na mga katangian, dahil ang istraktura ng shell ng elektron ng isang atom ay apektado ng nucleus na halos sa pamamagitan lamang ng electric charge nito. Samakatuwid, ang paghihiwalay ng anumang isotope, halimbawa, U 235 mula sa sarili nitong halo na may 92 U 238, ay isang kumplikadong teknolohikal na problema, na gumagamit ng maliliit na pagkakaiba sa mga rate ng pagsingaw, pagsasabog, at ilang iba pang mga proseso na lumitaw dahil sa pagkakaiba. sa isotope mass.
atomic number Z ay katumbas ng electric charge ng nucleus sa mga unit ng absolute value ng electron charge. Ang singil sa kuryente ay isang integer na halaga, na mahigpit na pinangangalagaan para sa anumang (kabilang ang mga non-electromagnetic) na pakikipag-ugnayan. Ang kabuuan ng magagamit na pang-eksperimentong data sa magkaparehong pagbabagong-anyo ng atomic nuclei at elementarya na mga particle ay nagpapakita na, bilang karagdagan sa batas ng konserbasyon ng electric charge, mayroong isang katulad, mahigpit na batas ng konserbasyon ng baryon charge. Ibig sabihin, ang bawat particle ay maaaring italaga ng isang tiyak na halaga ng baryon charge, at ang algebraic sum ng baryon charges ng lahat ng particle ay nananatiling hindi nagbabago sa ilalim ng anumang mga proseso.
Ang mga singil ng baryon ng lahat ng mga particle ay integer. Ang baryon charge ng isang electron at isang γ-quantum ay katumbas ng zero, at ang baryon charge ng isang proton at isang neutron ay katumbas ng isa. Kaya ang mass number PERO ay ang baryon charge ng nucleus. Tinitiyak ng batas sa pag-iingat ng baryon charge ang katatagan ng atomic nuclei. Halimbawa, ipinagbabawal ng batas na ito ang pagbabagong pabor sa enerhiya, na pinahihintulutan ng lahat ng iba pang mga batas sa konserbasyon, ng dalawang nuclear neutron sa isang pares ng pinakamagagaan na particle ng γ-quanta.
Ang atomic nuclei ay maaari lamang umiral sa isang limitadong hanay ng mga halaga ng mga dami A, Z. Sa labas ng rehiyong ito, kung ang kaukulang nucleus ay lilitaw, ito ay agad-agad (i.e., sa katangiang nuklear na oras τ ≤ 10 −21 s) ay maaaring nabulok sa mas maliit na nuclei o naglalabas ng isang proton o neutron. Sa loob ng rehiyon ng posibleng pag-iral, hindi lahat ng nuclei ay matatag.
 Larawan 2.1. Proton-neutron diagram ng atomic nuclei. |
Ang mga nuclei na kilala hanggang ngayon ay naka-plot sa diagram ng daloy ng neutron (Larawan 2.1). Dito, ang makinis na solidong mga linya ay nagpapahiwatig ng teoretikal na hangganan ng rehiyon ng posibleng pagkakaroon ng nuclei. Ang pang-eksperimentong pagtatatag ng hangganan na ito ay kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na, kapag papalapit dito (mula sa loob), ang mga tagal ng buhay ng nuclei, bagaman sila ay makabuluhang lumampas sa mga katangian (~10 −21). kasama), ngunit masyadong maliit para sa mga modernong eksperimentong pamamaraan. Ang matatag na nuclei ay bumubuo ng isang stability track sa proton-neutron diagram. Ang mga sumusunod na empirical na katotohanan at regularidad na may kaugnayan sa A at Z para sa mga stable na kernels:
|
COMPOSITION NG NUCLEAR NG ATOM. ENERHIYA NG KOMUNIKASYON
1. Ang komposisyon ng atomic nucleus. Di-nagtagal pagkatapos ng pagtuklas ng neutron (1932), ang Sobyet na pisisista na si D. D. Ivanenko at medyo kalaunan ay ang German physicist na si W. Heisenberg ay nagmungkahi na ang atomic nucleus ay binubuo ng mga proton at neutron. Ang mga particle na ito ay tinatawag na mga nucleon. Bilang ng mga proton Z, na bahagi ng nucleus, ay tumutukoy sa singil nito, na katumbas ng +ze. Numero Z ay tinatawag na atomic number (ito ay tumutukoy sa ordinal na numero ng kemikal na elemento sa Mendeleev Periodic Table) o ang charge number ng nucleus.
Ang bilang ng mga nucleon A (ibig sabihin, ang kabuuang bilang ng mga proton at neutron) sa nucleus ay tinatawag na mass number ng nucleus. Ang bilang ng mga neutron sa nucleus ay N=A-Z.
Ang simbolo na ginamit upang italaga ang nuclei
kung saan ang X ay ang kemikal na simbolo ng elemento. Sa itaas ay ang mass number nito, sa ibaba ay ang atomic number nito.
2. Isotopes. Ito ay kilala mula noong 1906 na hindi lahat ng mga atomo ng parehong elemento ng kemikal ay may parehong masa. Halimbawa, sa mga chlorine atoms mayroong mga atom na may mass na malapit sa 35 at isang mass na malapit sa 37. Sa mga uranium atoms mayroong mga atom na may mass na 234, 235, 238 at 239. May mga pagkakaiba sa masa at atoms ng iba pang mga substance .
Ang lahat ng isotopes ng parehong elemento ay may halos magkatulad na mga katangian ng kemikal, na nagpapahiwatig ng parehong istraktura ng kanilang mga shell ng elektron, at, dahil dito, ang parehong mga nuclear charge at isang pantay na bilang ng mga proton sa nuclei. Dito nagmula ang kanilang pangalan - mula sa salitang Griyego na "isos" - pareho at "topos" - lugar: ang parehong lugar sa Periodic Table of Chemical Elements ng D. I. Mendeleev.
Ang pagkakaiba sa masa sa pagitan ng isotopes ay sanhi ng iba't ibang bilang ng mga neutron sa kanila. Kaya, ang mga isotopes ay tinatawag na mga varieties ng isang ibinigay na elemento ng kemikal, na naiiba sa masa ng kanilang nuclei.
Ang batas ng radioactive decay ay itinatag ni F. Soddy. Sa empirikal, natuklasan ni E. Rutherford na ang aktibidad ng radioactive decay ay bumababa sa paglipas ng panahon. Para sa bawat radioactive substance, mayroong isang agwat ng oras kung saan ang aktibidad ay bumababa ng 2 beses, i.e. kalahating buhay T ng sangkap na ito. Hayaan ang bilang ng mga radioactive atoms N, oras t =0. Sa pamamagitan ng t 1 \u003d T, ang bilang ng hindi nabubulok na nuclei N 1 \u003d N 0 / 2, pagkatapos ng t 2 \u003d 2T ay mananatili
Matapos lumipas ang oras t=nT, ibig sabihin. mamaya n kalahating buhay T, ang mga radioactive atom ay mananatili:
Sa abot ng n=t/T,
Ito ang pangunahing batas radioactive pagkabulok.
4. Mga puwersang nuklear. Ang mga simpleng katotohanan ay nagpapatotoo sa lakas ng atomic nuclei: ang mga bagay sa paligid natin ay umiiral nang mahabang panahon nang hindi nabubulok sa mga particle. Ngunit paano maipapaliwanag ang mga katotohanang ito? Pagkatapos ng lahat, ang mga proton ay bahagi ng atomic nuclei, at ang mga electrostatic repulsive na pwersa ay dapat na "nagtulak" sa kanila. Ito ay nagpapahiwatig ng konklusyon na sa loob ng nuclei sa pagitan ng mga nucleon ay may ilang mga puwersa na lumalampas sa mga puwersa ng electrostatic repulsion. Ang mga puwersang ito ay tinatawag na nuclear forces. Ang mga puwersang nuklear ay kumikilos sa pagitan ng anumang mga nucleon (sa pagitan ng mga proton, sa pagitan ng mga neutron, at sa pagitan ng mga proton at neutron). Ang isang tampok na katangian ng mga puwersang nuklear ay ang kanilang maikling saklaw: sa mga distansya na 10 -15 m sila ay humigit-kumulang 100 beses na mas malaki kaysa sa mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng electrostatic, ngunit nasa mga distansya na 10 -14 m sila ay nagiging bale-wala.
5. Enerhiya ng komunikasyon. Upang alisin ang isang proton o neutron mula sa nucleus, dapat gawin ang trabaho upang madaig ang mga short-range na puwersang nuklear. Bilang resulta, ang enerhiya ng "natitirang nucleus - tinanggal na nucleon" na sistema ay tumataas ng ∆E katumbas ng gawain ng mga panlabas na puwersa.
Ang enerhiya na kinakailangan para sa kumpletong paghihiwalay ng nucleus sa magkahiwalay na mga proton at neutron ay tinatawag na nagbubuklod na enerhiya ng nucleus.
Ayon sa batas ng ugnayan sa pagitan ng masa at enerhiya, sa kasong ito, ang masa ng mga particle ay tumataas din ng
Dahil dito, ang masa ng nucleus ay palaging mas mababa kaysa sa kabuuan ng mga masa ng mga bumubuo nito na mga particle na kinuha nang hiwalay. Sa nuclear physics, ang masa ng mga particle ay ipinahayag sa atomic mass units. Ang atomic mass unit ay katumbas ng 1/12 ng masa ng isang atom ng carbon-12 isotope.
1 amu = 1.6605655 10 -27 kg
Ipinapakita ng talahanayan ang masa ng ilang matatag na nuclei at elementarya na mga particle.
mesa
| Simbolo ng kernel | Misa, a. kumain. | Simbolo ng kernel | Misa, a. kumain. |
| 1,008665 | 14,003242 | ||
| 1,007825 | 16,999134 | ||
| 4,002603 | 235,043933 |
tuntunin sa paglilipat. Ang mga pagbabagong-anyo ng nuclei ay sumusunod sa tinatawag na displacement rule, at unang binuo ni Soddy: sa panahon ng a-decay, ang nucleus ay nawawala ang positibong singil nito 2e at ang masa nito ay bumababa ng humigit-kumulang apat na atomic mass units. Bilang isang resulta, ang elemento ay inilipat ng dalawang mga cell sa simula ng periodic table. Sa simbolikong paraan, maaari itong isulat bilang mga sumusunod:
Dito, ang elemento ay tinutukoy, tulad ng sa kimika, sa pamamagitan ng mga karaniwang simbolo: ang singil ng nucleus ay nakasulat bilang isang indeks sa kaliwang ibaba ng simbolo, at ang atomic mass ay nakasulat bilang isang indeks sa kaliwang tuktok ng simbolo. Halimbawa, ang hydrogen ay kinakatawan ng simbolo . Para sa a- particle, na kung saan ay ang nucleus ng isang helium atom, ang pagtatalaga ay ginagamit, atbp. Sa β - pagkabulok, ang isang electron ay lumilipad palabas ng nucleus. Bilang isang resulta, ang singil ng nucleus ay tumataas ng isa, habang ang masa ay nananatiling halos hindi nagbabago:
Dito ay tumutukoy sa isang elektron: ang index na "0" sa itaas ay nangangahulugan na ang masa nito ay napakaliit kumpara sa atomic mass unit. Pagkatapos ng β - decay, inililipat ng elemento ang isang cell palapit sa dulo ng periodic table. Ang gamma radiation ay hindi sinamahan ng pagbabago ng singil; ang masa ng nucleus ay nagbabago nang kaunti.
Ang mga panuntunan sa pag-alis ay nagpapakita na sa panahon ng radioactive decay ang electric charge ay natipid at ang relatibong atomic mass ng nuclei ay tinatayang natipid.
Ang mga bagong nuclei na nabuo sa panahon ng radioactive decay, sa turn, ay karaniwang radioactive din.
Halimbawa. Gamit ang data ng talahanayang ito, kinakalkula namin ang nagbubuklod na enerhiya ng nucleus ng helium atom:
Ang masa ng helium nucleus ay 4.002603 a.m.u.
Masa ng mga indibidwal na nucleon
Pagkakaiba ng masa: ∆ m = (4.032980 - 4.002603) amu =0.030377 amu, at ang nagbubuklod na enerhiya:
Mula noong: 1 amu \u003d 1.660566 * 10 -27 kg, at c \u003d 3 * 10 8 m / s, pagkatapos ay ∆ E \u003d 0.030377 * 1.660566 * 10 -27 kg * 169 m 10 / s E \u003d 0.030377 * 1.660566 9 10 -11 J.
Sa nuclear physics, ang enerhiya ay karaniwang ipinahayag sa electronvolts. Dahil 1 eV = 1.60219 10 -19 J, kung gayon
Ito ay madaling makita na ang fraction
hindi nakadepende sa kondisyon ng problema. Samakatuwid, sa hinaharap, ang mga kalkulasyon sa mga atomic na reaksyon ay isasagawa tulad ng sumusunod:
∆E = ∆m a.m.u. 931 MeV/a.m.u.
Kaya, ang nagbubuklod na enerhiya ng nucleus ng isang helium atom:
Sa pamamagitan ng paghahati ng kabuuang nagbubuklod na enerhiya ng nucleus ng atom sa bilang ng mga nucleon sa loob nito, maaaring makuha ng isa ang tinatawag na tiyak na nagbubuklod na enerhiya. Para sa nucleus ng isang helium atom, ang tiyak na nagbubuklod na enerhiya ay MeV bawat nucleon.
Sagot: ang tiyak na nagbubuklod na enerhiya para sa nucleus ng isang helium atom ay humigit-kumulang 7 MeV bawat nucleon.
