Резюме Атомно ядро
Атомно ядро - централната част на атома, в която е концентрирана по-голямата част от неговата маса и чиято структура определя химичния елемент, към който принадлежи атомът. Размерите на ядрата на различни атоми са от един фемтометър, който е повече от 100 хиляди пъти по-малък от размера на самия атом. Масата на ядрата е около 4000 пъти по-голяма от масата на електроните, влизащи в атома и силно зависи от броя на частиците, влизащи в него и тяхната свързваща енергия .
Атомните ядра се изучават от ядрената физика.
Атомното ядро се състои от нуклони - положително заредени протони и неутрални неутрони, които са свързани помежду си чрез силни взаимодействия. Протонът и неутронът имат свой собствен ъглов момент (спин), равен на [ch 1] и свързания с него магнитен момент.
Обикновено се нарича атомно ядро, разглеждано като клас частици с определен брой протони и неутрони нуклид.
Броят на протоните в ядрото се нарича негово зарядно число - това число е равно на поредния номер на елемента, към който принадлежи атомът в периодичната таблица. Броят на протоните в ядрото напълно определя структурата на електронната обвивка на неутрален атом и по този начин химичните свойства на съответния елемент. Броят на неутроните в ядрото се нарича изотопно число . Ядрата с еднакъв брой протони и различен брой неутрони се наричат изотопи. Ядрата с еднакъв брой неутрони, но различен брой протони, се наричат изотони. Термините изотоп и изотон се използват и по отношение на атоми, съдържащи посочените ядра, както и за характеризиране на нехимични видове на един химичен елемент. Общият брой нуклони в ядрото се нарича негово масово число (очевидно) и е приблизително равен на средната маса на атом, посочена в периодичната таблица. Нуклидите с еднакво масово число, но различен протон-неутронен състав обикновено се наричат изобари.
Както всяка квантова система, ядрата могат да бъдат в метастабилно възбудено състояние и в някои случаи животът на такова състояние се изчислява в години. Такива възбудени състояния на ядра се наричат ядрени изомери [1] [2] [3] .
1. Кратка история на откритието
През 1911 г. Ръдърфорд в своя доклад „Разсейване на α- и β-лъчи и структурата на атома” във Философското общество в Манчестър заявява [4]:
Разсейването на заредени частици може да бъде обяснено, ако приемем такъв атом, който се състои от централен електрически заряд, концентриран в точка и заобиколен от равномерно сферично разпределение на противоположно електричество с еднаква величина. При това разположение на атома, α- и β-частиците, когато преминават на близко разстояние от центъра на атома, изпитват големи отклонения, въпреки че вероятността за такова отклонение е малка.
По този начин Ръдърфорд открива атомното ядро, от този момент започва ядрената физика, която изучава структурата и свойствата на атомните ядра.
След откриването на стабилни изотопи на елементите на ядрото на най-лекия атом е отредена ролята на структурната частица на всички ядра. От 1920 г. ядрото на водородния атом официално се нарича протон. След междинната протон-електронна теория за структурата на ядрото, която имаше много очевидни недостатъци, на първо място, тя противоречи на експерименталните резултати от измервания на спиновете и магнитните моменти на ядрата [5], през 1932 г. Джеймс Чадуик откри нова електрически неутрална частица, наречена неутрон. През същата година Иваненко [6] и независимо Хайзенберг излагат хипотеза за протон-неутронната структура на ядрото. Тази хипотеза беше напълно потвърдена от целия следващ курс на развитие на ядрената физика и нейните приложения [7] .
2. Ядрени физически характеристики
Номерът на заряда се определя изцяло от химичния елемент. Чифт числа и (масово число) напълно определят нуклида. Можете да разгледате някои ядрено-физични характеристики на нуклидите с дадени зарядни и масови числа.
Броят на протоните в ядрото пряко определя неговия електрически заряд; изотопите имат същия брой протони, но различен брой неутрони. Ядрените свойства на изотопите на даден елемент, за разлика от химическите, могат да се различават изключително рязко [1] .
За първи път зарядите на атомните ядра са определени от Хенри Моузли през 1913г. Ученият интерпретира експерименталните си наблюдения като зависимост на дължината на вълната на рентгеновото излъчване от определена константа, която се променя с единица от елемент на елемент и е равна на единица за водорода:
От което Моузли заключава, че намерената в експериментите му атомна константа, която определя дължината на вълната на характерните рентгенови лъчи и съвпада с поредния номер на елемента, може да бъде само зарядът на атомното ядро, станало известно като Законът на Моузли [2] .
Поради разликата в броя на неутроните, изотопите на даден елемент имат различни маси, което е важна характеристика на ядрото. В ядрената физика масата на ядрата обикновено се измерва в атомни единици маса (и. Яжте.), в един a. д. м. вземете 1/12 от масата на 12 С нуклида [ch 2]. Трябва да се отбележи, че стандартната маса, която обикновено се дава за нуклид, е масата на неутрален атом. За да определите масата на ядрото, трябва да извадите сумата от масите на всички електрони от масата на атома (по-точна стойност ще се получи, ако вземем предвид и енергията на свързване на електроните с ядрото).
Освен това енергийният еквивалент на маса често се използва в ядрената физика. Според връзката на Айнщайн всяка стойност на масата съответства на общата енергия: