Энергия связи нуклонов в ядре
Строение атомного ядра.
Размеры и форма ядер. Дефект масс и энергия связи ядра. Удельная энергия связи. Ядерные силы и их свойства. Основные модели ядра.
Атомное ядро состоит из элементарных частиц — протонов и нейтронов (протонно-нейтронная модель ядра была предложена советским физиком Д. Д. Иваненко (р. 1904), а впоследствии развита В. Гейзенбергом).
Протон (р) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя mp=1,6726•10-27 кг »1836me, где me — масса электрона.
Нейтрон (n) — нейтральная частица с массой покоя mn=1,6749•10-27кг »1839me,. Протоны и нейтроны называются нуклонами (от лат. nucleus — ядро).
Общее число нуклонов в атомном ядре называется массовым числом А.
Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, где е — заряд протона, Z — зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева. Известные в настоящее время 107 элементов таблицы Менделеева имеют зарядовые числа ядер от Z=1 до Z=107.
Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: , где X — символ химического элемента, Z — атомный номер (число протонов в ядре), А — массовое число (число нуклонов в ядре).
Ядра с одинаковыми Z, но разными А (т. е. с разными числами нейтронов N =А — Z) называются изотопами, а ядра с одинаковыми A, но разными Z — изобарами. Например, водород (Z=1) имеет три изотопа:
11Н — протий (Z=1, N=0),
21Н — дейтерий (Z=1, N=1),
31Н — тритий (Z= 1, N= 2),
олово — десять, и т. д. В подавляющем большинстве случаев изотопы одного и того же химического элемента обладают одинаковыми химическими и почти одинаковыми физическими свойствами (исключение составляют, например, изотопы водорода), определяющимися в основном структурой электронных оболочек, которая является одинаковой для всех изотопов данного элемента. Примером ядер-изобар могут служить ядра 104Be, 105B, 106C. В настоящее время известно более 2000 ядер, отличающихся либо Z, либо A, либо тем и другим.
Радиус ядра задается эмпирической формулой
R =R0A1/3,
где R0=(1,3—1,7) 10-15м. Однако при употреблении этого термина необходимо соблюдать осторожность (из-за его неоднозначности, например из-за размытости границы ядра). Из формулы (251.1) вытекает, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер (»1017 кг/м3
Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра.
Энергия связи нуклонов в ядре
где mр, mn, mя — соответственно массы протона, нейтрона и ядра. В таблицах обычно приводятся не массы mяядер, а массы m атомов. Поэтому для энергии связи ядра пользуются формулой
