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.

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  —  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 заявіўКудрявцев П. С. Открытие атомного ядра // Курс истории физики. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Просвещение, 1982. — 448 с.:

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-часціцМухин К. Привлекательный мир микрофизики // Наука и жизнь. — 2015. — № 10. — С. 96—103.. 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 мадэльА. И. Ахиезер, М. П. Рекало. Биография элементарных частиц. — Киев: Наукова думка, 1979. — С. 18.Ю. А. Храмов. Физики:Биографический справочник. — 2-е изд. — М.: Наука, 1983.. Такім чынам, гэтая мадэль уступіла ў супярэчнасць з эксперыментальнымі вынікамі вымярэнняў спінаў і магнітных момантаў ядраўМухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика. — М.: Энергоатомиздат, 1983.. У 1932 годзе Джэймсам Чэдвікам была адкрыта новая электрычна нейтральная часціца, названая нейтронам. У тым жа годзе ІваненкаIwanenko, D.D., The neutron hypothesis, Nature 129 (1932) 798. і, незалежна, Гайзенберг выказалі гіпотэзу аб пратон-нейтроннай структуры ядра. У далейшым, з развіццём ядзернай фізікі і яе прыкладанняў, гэтая гіпотэза была цалкам пацверджанаГлесстон С. Атом. Атомное ядро. Атомная энергия. — М.: Изд-во иностр. лит., 1961..

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

 Зарад 
Лік пратонаў у ядры  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 , якая змяняецца на адзінку ад элемента да элемента і роўная адзінцы для вадароду:


дзе
 і  — 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  ізатопы элемента маюць розную масу , 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 12CШто выклікана толькі зручнасцю практычных вымярэнняў мас атамаў.. 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  адпавядае поўная энергія:

 , дзе  — скорасць святла ў вакууме.

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

 ,

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



 Радыус 
Аналіз распаду цяжкіх ядзер удакладніў ацэнку РэзерфордаРэзерфорд, даследуючы працэс рассейвання α-часціц на ядрах, ацаніў памеры ядра — парадку 10−14 м. і звязаў радыус ядра з масавым лікам простым ураўненнем:



дзе  — канстанта.

Так як радыус ядра не з'яўляецца толькі геаметрычнай характарыстыкай і звязаны перш за ўсе з радыусам дзеяння ядзерных сіл, то значэнне  залежыць ад працэса, пры аналізе якога атрымалася значэнне , асераднёнае значэнне  м. Такім чынам, радыус ядра ў метрах:

 Гл. таксама 
 Дзяленне ядра

 Заўвагі 

Бартоломей Г. Г., Байбаков В. Д., Алхутов М. С., Бать Г. А., «Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов», Энергоатомиздат,1982
Ганев И. Х., «Физика и расчёт реактора», Энергоиздат, 1981
Климов А. Н., «Ядерная физика и ядерные реакторы», Энергоатомиздат, 1985

Катэгорыя:Ядзерная фізіка
*