Атомне Ядро

Атомне Ядро - центральна щільна позитивно заряджена частина атома, навколо якого рухаються електрони. Атомне ядро визначає структуру електронних оболонок і всі властивості атома. Існування атомного ядра було доведено в 1913 р. Е. Резерфордом. Основними характеристиками атомного ядра є: атомний номер Z - відносний заряд ядра; масове число А - відносна маса ядра, округлена до цілого числа; маса ядра МЯ, спін - механічний момент кількості руху і магнітний момент. Атомне ядро складається з протонів і нейтронів (див.), які називаються нуклонами. Бета-частинки, що випускаються атомним ядром при β-розпаді, утворюються при взаємних перетвореннях всередині ядра одного з протонів в нейтрон або навпаки (див. Радіоактивність).
Атомний номер дорівнює числу протонів в атомному ядрі або порядковому номеру елемента в періодичній системі елементів Менделєєва Д. І. і числу електронів в неионизованном атомі. Масове число А дорівнює числу нуклонів в атомному ядрі. Число нейтронів в атомному ядрі дорівнює А - Z. Так, атомне ядро He42 складається з двох протонів (p) і двох нейтронів (n). Атомні ядра є стійкими, якщо є певна для даного атомного ядра співвідношення між числом p і n. При надлишку p або n ядра зазнають β±-розпади. Важкі ядра з Z > 82 є нестійкими, так як в них занадто багато протонів, які відштовхуються один від одного кулоновскими силами. Ці атомні ядра зазнають ланцюжка α - і β-розпадів; самі важкі атомні ядра зазнають, крім того, процеси поділу. Енергія зв'язку всіх частинок в атомному ядрі у відповідності з законом про взаємозв'язок маси та енергії дорівнює ECB = (Σmn+ΣmpЯ)c2 де mn і mp - маси бенкет. Величина (Σmn+ΣmpЯ) називається дефектом маси. Для стійких атомних ядер, дефект маси >0, для нестійких <0. Енергія, яку необхідно затратити, щоб відірвати від атомного ядра одну частинку, називається енергією зв'язку на частку (або енергією зв'язку n або p в атомному ядрі). Ця енергія для середніх ядер дорівнює 7-8 Мев, для ядер з А < 4 вона значно менше, для важких атомних ядер. Єсв зменшується із збільшенням А. Стійкість атомного ядра характеризується дефектом маси або енергією зв'язку. Поширеність окремих видів ядер пропорційна їх стійкість. У природі переважають легкі ядра з Z<30, загальна кількість ядер із Z >30 не перевищує 10-5 частини всіх ядер. Обсяг атомного ядра пропорційний числу нуклонів А, тобто густина ядерної матерії практично однакова і дорівнює близько 14 г/см3. Радіус атомного ядра Rя=1,2·10-13А1/3. Ці властивості атомного ядра обумовлені тим, що між нуклонами діють дуже великі за величиною ядерні сили, природа яких якісно відмінне від природи відомих у науці гравітаційних і електромагнітних сил. Основні властивості ядерних сил наступні: взаємодія двох нуклонів не залежить від їх зарядів; ядерні сили діють на короткій відстані близько 10-13 см; ядерні сили мають властивість насичення, тобто кожен нуклон у ядрі взаємодіє тільки з кількома сусідніми нуклонами; сили нецентральні частково мають тензорний характер (залежать від орієнтації спінів нуклонів). Атомне ядро являє собою квантовомеханическую систему, яка, подібно атому, може знаходитися тільки в стані з певною енергією. В нормальному незбудженому стані атомного ядра всі рівні заповнені, із збільшенням енергії збудження відстані між рівнями зближуються і при сильному збудженні перекриваються. Величини енергетичних рівнів атомного ядра визначаються шляхом вивчення ядерних реакцій (див.). До теперішнього часу немає єдиної теорії та моделі атомного ядра, яка описувала б всю сукупність спостережуваних ядерних процесів, окремі моделі атомного ядра описують лише обмежене коло явищ. Дотепер повністю не з'ясована природа ядерних сил і закони взаємодії нуклонів в ядрі. Модель рідкої краплі, запропонована в 1937 р. Н. Бором і розвинена Я. І. Френкелем, описує ряд процесів, що спостерігаються при сильному збудженні; оболочечная модель ядра (М. Мейер) пояснює найбільшу кількість експериментальних фактів. У 1933-1934 рр. було виявлено, що при певній кількості протонів і нейтронів утворюються найбільш стійкі конфігурації. Існування особливо стійких ядер з числом нейтронів або протонів 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82, 126 («магічні числа») показало, що нейтрони і протони в ядрах групуються у відносно стійкі конфігурації, які відповідають заповнених оболонок, що володіє максимальною енергією зв'язку. Багато розбіжності розрахункових величин з експериментальними можна пояснити наявністю деформації ядер, які являють собою переходять еліпсоїдів обертання, або стиснуті або розтягнуті по осі. Конфігурація ядер визначається їх електричними моментами (просторовим розподілом зарядів в ядрі). Узагальнена модель ядра (синтез оболонкової і краплинної моделі) задовільно описує більшість ядерних процесів, що відбуваються або з Невозбужденными ядрами, або при малих енергіях збудження. См. також Атом.