Атамнае ядро

Ядро атама — цэнтральная частка атама, у якой засяроджана амаль уся яго маса і ўвесь дадатны зарад, роўны па велічыні сумарнаму зараду ўсіх электронаў у нейтральным атаме.

Ядзерная фізіка

Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя Асноўныя тэрміны Атамнае ядро · Ізатопы · Ізабары · Кропельная мадэль ядра · Перыяд паўраспаду · Масавы лік · Састаўное ядро · Ланцуговая ядзерная рэакцыя · Ядзернае эфектыўнае сячэнне Распад ядраў Закон радыеактыўнага распаду · Альфа-распад · Бэта-распад · Гама-выпраменьванне · Кластарны распад Складаны распад Электронны захоп · Двайны бэта-распад · Двайны электронны захоп · Унутраная канверсія · Ізамерны пераход Выпраменьванні Нейтронны распад · Пазітронны распад · Пратонны распад · Фотарасшчапленне Захват Электронны захоп · Нейтронны захоп R · S · P · Rp Дзяленне ядра Спантаннае дзяленне Ядзерны сінтэз Пратон-пратонны цыкл · CNO-цыкл · Трайны альфа-працэс · Геліевая ўспышка · Гарэнне вугляроду · Вугляродная дэтанацыя · Гарэнне кіслароду · Гарэнне неону · Гарэнне крэмнію · Рэакцыі сколвання Зорны ядзерны сінтэз Ядзерны сінтэз у Вялікім выбуху Ядзерны сінтэз у звышновых Вядомыя вучоныя Бекерэль · Бетэ · Бор · Гейзенберг · Марыя Кюры · П’ер Кюры · Рэзерфорд · Содзі · Уілер · Фермі

Складаецца з пратонаў і нейтронаў (агульная назва — нуклоны), якія размеркаваны па ядзерных абалонках і падабалонках. Дадатны электрычны зарад ядра ў адзінках зараду электрона роўны колькасці пратонаў у ім і з'яўляецца парадкавым нумарам хімічнага элемента. Сумарная колькасць пратонаў і нейтронаў роўная масаваму ліку ізатопа элемента. Уласцівасці ядра вызначаюцца галоўным чынам колькасцю пратонаў і нейтронаў.

Ядро займае малую частку прасторы ў атаме, яго лінейныя памеры маюць парадак $10^{-16}$ — $10^{-17}$ метра. Існаванне ядра абумоўлена дзеяннем ядзерных сіл, якія на кароткіх адлегласцях у шмат разоў пераўзыходзяць сілы адштурхоўвання аднайменна зараджаных пратонаў.

Гісторыя

У 1911 годзе Рэзерфорд у сваім дакладзе «Рассейванне α- і β-прамянёў і будова атама» ў філасофскім таварыстве Манчэстэра заявіў:

Рассеянне зараджаных часціц можа быць растлумачана, калі дапусціць такі атам, які складаецца з цэнтральнага электрычнага зарада, засяроджанага ў кропцы і акружанага аднародным сферычным размеркаваннем процілеглай электрычнасці роўнай велічыні. Пры такой будове атама α- і β-часціцы, калі яны праходзяць на блізкай адлегласці ад цэнтра атама, маюць вялікія адхіленні, хоць імавернасць такога адхілення малая.

Такім чынам Рэзерфорд адкрыў атамнае ядро, з гэтага моманту і вядзе пачатак ядзерная фізіка, якая вывучае будову і ўласцівасці атамных ядраў.

Пасля выяўлення стабільных ізатопаў элементаў, ядру самага лёгкага атама была адведзена роля структурнай часціцы ўсіх ядраў. З 1920 года ядро атама вадароду мае афіцыйны тэрмін — пратон. У 1921 годзе Лізэ Майтнер прапанавала першую, пратон-электронную, мадэль атамнага ядра, згодна з якой яно складаецца з пратонаў, электронаў і альфа-часціц. Аднак у 1929 годзе адбылася «азотная катастрофа» — В. Гейтлер і Г. Герцберг устанавілі, што ядро атама азоту падпарадкоўваецца статыстыцы Бозэ — Эйнштэйна, а не статыстыцы Фермі — Дзірака, як прадказвала пратон-электронная мадэль. Такім чынам, гэтая мадэль уступіла ў супярэчнасць з эксперыментальнымі вынікамі вымярэнняў спінаў і магнітных момантаў ядраў. У 1932 годзе Джэймсам Чэдвікам была адкрыта новая электрычна нейтральная часціца, названая нейтронам. У тым жа годзе Іваненка і, незалежна, Гайзенберг выказалі гіпотэзу аб пратон-нейтроннай структуры ядра. У далейшым, з развіццём ядзернай фізікі і яе прыкладанняў, гэтая гіпотэза была цалкам пацверджана.

Ядзерна-фізічныя характарыстыкі

Зарадавы лік $Z$ цалкам вызначае хімічны элемент. Пара лікаў $Z$ і $A$ (масавы лік) цалкам вызначае нуклід. Можна разгледзець некаторыя ядзерна-фізічныя характарыстыкі нуклідаў з зададзенымі зарадавымі і масавымі лікамі.

Зарад

Лік пратонаў у ядры $Z$ вызначае непасрэдна яго электрычны зарад. У ізатопаў аднолькавая колькасць пратонаў, але розная колькасць нейтронаў. Ядзерныя ўласцівасці ізатопаў элемента, у адрозненні ад хімічных, могуць адрознівацца вельмі рэзка.

Упершыню зарады атамных ядзер вызначыў Генры Мозлі у 1913 годзе. Свае эксперыментальныя назіранні вучоны растлумачыў залежнасцю даўжыні хвалі рэнтгенаўскага выпраменьвання ад некаторай канстанты $Z$, якая змяняецца на адзінку ад элемента да элемента і роўная адзінцы для вадароду:

${\sqrt {1/\lambda }}=aZ-b,$

дзе $a$ і $b$ — канстанты.

Адсюль Мозлі зрабіў выснову, што знойдзеная ў яго эксперыментах канстанта атама, якая вызначае даўжыню хвалі характарыстычнага рэнтгенаўскага выпраменьвання і супадае з парадкавым нумарам элемента, можа быць толькі зарадам атамнага ядра, што стала шырока вядома пад назвай закон Мозлі.

Маса

З-за розніцы ў ліку нейтронаў $A-Z$ ізатопы элемента маюць розную масу $M(A,Z)$, якая з'яўляецца важнай характарыстыкай ядра. У ядзернай фізіцы масу ядзер прынята вымяраць у атамных адзінках масы (а. а. м.). За адну а. а. м. прымаюць 1/12 частку масы нукліда ¹²C. Варта адзначыць, што стандартная маса, якая звычайна прыводзіцца для нукліда — гэта маса нейтральнага атама. Для вызначэння масы ядра трэба з масы атама адняць суму мас усіх электронаў (больш дакладны лік атрымаецца, калі ўлічыць яшчэ і энергію сувязі электронаў з ядром).

Акрамя таго, у ядзернай фізіцы часта выкарыстоўваецца энергетычны эквівалент масы. Згодна суадносін Эйнштэйна, кожнаму значэнню масы $M$ адпавядае поўная энергія:

$E=Mc^{2}$, дзе $c$ — скорасць святла ў вакууме.

Суадносіны паміж а. а. м. і яе энергетычным эквівалентам у джоўлях:

$E_{1}=1,660539\cdot 10^{-27}\cdot (2,997925\cdot 10^{8})^{2}=1,492418\cdot 10^{-10}$,

а так як 1 электронвольт = 1,602176×10⁻¹⁹ Дж, то энергетычны эквівалент а. а. м. у МэВ роўны:

$E_{1}=931,494.$

Радыус

Аналіз распаду цяжкіх ядзер удакладніў ацэнку Рэзерфорда і звязаў радыус ядра з масавым лікам простым ураўненнем:

$R=r_{0}A^{1/3},$

дзе $r_{0}$ — канстанта.

Так як радыус ядра не з'яўляецца толькі геаметрычнай характарыстыкай і звязаны перш за ўсе з радыусам дзеяння ядзерных сіл, то значэнне $r_{0}$ залежыць ад працэса, пры аналізе якога атрымалася значэнне $R$, асераднёнае значэнне $r_{0}=1,23\cdot 10^{-15}$ м. Такім чынам, радыус ядра ў метрах:

$R=1,23\cdot 10^{-15}A^{1/3}.$

Гл. таксама

• Дзяленне ядра