Atominis branduolys. Masinis defektas. Atominio branduolio rišamoji energija

Atomo branduolys yra centrinė atomo dalis, kurioje susikaupia visas teigiamas krūvis ir beveik visa masė.

Visų atomų branduolius sudaro dalelės, vadinamos nukleonai.Branduoliai gali būti dviejose būsenose - įelektrintoje ir neutralioje būsenoje. Įkrautos būsenos branduolys vadinamas protonu. Protonas (p) yra lengviausio cheminio elemento, vandenilio, branduolys. Protonų krūvis yra lygus elementariam teigiamam krūviui, kuris pagal dydį yra lygus elementariam neigiamam krūviui q e \u003d 1,6 ∙ 10 -19 C, t.y. elektronų krūvis. Branduolys, esantis neutralioje (neįkrautoje) būsenoje, vadinamas neutronu (n). Branduolių masės abiejose būsenose mažai skiriasi viena nuo kitos, t. m n ≈ m p.

Branduoliai nėra elementarios dalelės. Jie turi sudėtingą vidinę struktūrą ir susideda iš dar mažesnių materijos dalelių - kvarkų.

Pagrindinės atominio branduolio savybės yra krūvis, masė, sukinys ir magnetinis momentas.

Pagrindinis mokestisyra nustatomas pagal protonų (z), kurie sudaro branduolį, skaičių. Branduolinis krūvis (zq) skirtingiems cheminiams elementams yra skirtingas. Skaičius z vadinamas atominiu numeriu arba krūvio numeriu. Atominis skaičius yra eilės cheminio elemento numeris periodinėje D. Mendelejevo elementų lentelėje. Branduolinis krūvis taip pat lemia elektronų skaičių atome. Atomo elektronų skaičius lemia jų pasiskirstymą per energijos apvalkalus ir apvalkalus, taigi ir visas fizikines ir chemines atomo savybes. Branduolinis užtaisas nustato tam tikro cheminio elemento specifiškumą.

Pagrindinė masėBranduolio masė nustatoma pagal branduolį sudarančių branduolių skaičių (A). Branduolio (A) branduolių skaičius vadinamas masės skaičiumi. Neutronų (N) skaičių branduolyje galima rasti, jei iš bendro nukleonų skaičiaus (A) atimamas protonų (z) skaičius, t. Y. N \u003d F-z. Periodinėje lentelėje iki jos vidurio protonų ir neutronų skaičius atomų branduoliuose yra maždaug vienodas, t. (A-z) / z \u003d 1, lentelės galo link (A-z) / z \u003d 1,6.

Atominiai branduoliai paprastai žymimi taip:

X - cheminio elemento simbolis;

Z yra atominis skaičius;

A yra masės skaičius.

Matuojant paprastų medžiagų branduolių mases, buvo nustatyta, kad daugumą cheminių elementų sudaro atomų grupės. Turėdami tą patį krūvį, skirtingų grupių branduoliai skiriasi mase. Buvo vadinamos tam tikro cheminio elemento atomų rūšys, kurios skiriasi branduolių masėmis izotopai... Izotopų branduoliai turi tą patį protonų skaičių, bet skirtingą skaičių neutronų (u; ,,,; ,,).

Be izotopų branduolių (z - tas pats, A - skirtingi) yra branduoliai izobarai (z - skirtingas, A - tas pats). (ir).

Branduolio fizikoje branduolių, atomų branduolių, atomų, elektronų ir kitų dalelių masės paprastai matuojamos ne „KG“, o atominės masės vienetais (amu - kitaip vadinamas anglies masės vienetu ir žymimas „e“). Atominiam masės vienetui (1e) imama 1/12 anglies atomo masės 1e \u003d 1,6603 ∙ 10–27 kg.

Branduolio masės: m p -1,00728 e, m n \u003d 1,00867 e.

Matome, kad branduolio masė, išreikšta „e“, bus parašyta artimu skaičiumi A.

Branduolio nugara. Branduolio mechaninis kampinis momentas (sukinys) yra lygus branduolį sudarančių branduolių sukinių vektorinei sumai. Protono ir neutrono sukimasis lygus L \u003d ± 1 / 2ћ. Vadovaujantis tuo, branduolių sukinys su lyginiu branduolių skaičiumi (A yra lygus) yra sveikas skaičius arba nulis. Branduolio, turinčio nelyginį skaičių branduolių, sukinys (A yra nelyginis) yra pusiau sveikas skaičius.

Branduolio magnetinis momentas. Branduolio branduolio magnetinis momentas (P m i) yra labai mažas, palyginti su elektronų, užpildančių atomo elektroninius apvalkalus, magnetiniu momentu. Branduolio magnetinis momentas neturi įtakos atomo magnetinėms savybėms. Branduolių magnetinio momento matavimo vienetas yra branduolio magnetonas μ I \u003d 5,05,38 ∙ 10 -27 J / T. Tai yra 1836 kartus mažiau nei elektrono magnetinis momentas - Bohro magnetonas μ B \u003d 0,927 ∙ 10–23 J / T.

Protono magnetinis momentas yra 2,793 μ I ir yra lygiagretus protono sukiniui. Magnetinis neutrono momentas yra 1,914 μ I ir yra antiparalelinis neutrono sukiniui. Branduolių magnetiniai momentai yra branduolio magneto eilės tvarka.

Norint suskaidyti branduolį į jį sudarančius branduolius, reikia atlikti tam tikrą darbą. Šio darbo kiekis yra branduolio rišamosios energijos matas.

Branduolio rišančioji energija yra skaitmeniškai lygi darbui, kuris turi būti atliktas padalijus branduolį į jį sudarančius branduolius ir nesuteikiant jiems kinetinės energijos.

Atliekant atvirkštinį branduolio formavimo procesą, ta pati energija turėtų būti išleista iš sudedamųjų branduolių. Tai išplaukia iš energijos taupymo įstatymo. Taigi, branduolio surišimo energija yra lygi skirtumui tarp branduolį sudarančių branduolių ir branduolio energijos:

ΔE \u003d E nuc - E i. (1)

Atsižvelgdami į masės ir energijos (E \u003d m ∙ c 2) santykį su branduolio sudėtimi, 1 lygtį perrašome taip:

ΔЕ \u003d ∙ s 2 (2)

Kiekis

Δm \u003d zm p + (A-z) m n - M i, (3)

Lygus skirtumas tarp branduolį sudarančių branduolių masių ir paties branduolio masės yra vadinamas masės defektu.

Išraišką (2) galima perrašyti taip:

ΔЕ \u003d Δm ∙ s 2 (4)

Tie. masinis defektas yra branduolio rišamosios energijos matas.

Branduolinėje fizikoje branduolių ir branduolių masė matuojama amu. (1 amu \u003d 1,6603 ∙ 10 27 kg), o energija paprastai matuojama MeV.

Atsižvelgiant į tai, kad 1 MeV \u003d 10 6 eV \u003d 1,6021 ∙ 10 -13 J, randame energijos vertę, atitinkančią masės atominį vienetą.

1.a.u. ∙ s 2 \u003d 1,6603 ∙ 10–27 ∙ 9 ∙ 10 16 \u003d 14,9427 ∙ 10–11 J \u003d 931,48 MeV

Taigi, branduolio rišančioji energija MeV yra

ΔEw \u003d Δm ∙ 931,48 MeV (5)

Atsižvelgiant į tai, kad lentelėse paprastai nurodoma ne branduolių, o atomų masė, praktiniam masės defekto apskaičiavimui vietoj (3) formulės

naudok kitą

Δm \u003d zm Н + (A-z) m n - M а, (6)

T. y., Protono masė buvo pakeista lengvojo vandenilio atomo mase, taip pridedant z elektronų mases, o branduolio masė buvo pakeista atomo M a mase, taip atimant šias z elektronų mases.

Vieno branduolio rišamoji energija branduolyje vadinama specifine rišimosi energija

(7)

Specifinės rišamosios energijos priklausomybė nuo branduolių skaičiaus branduolyje (nuo masės skaičiaus A) parodyta 1 pav.

Norint suskaidyti branduolį į atskirus, nesąveikaujančius (laisvuosius) branduolius, reikia atlikti darbą, kad būtų įveiktos branduolinės jėgos, tai yra, suteikti branduoliui tam tikrą energiją. Atvirkščiai, kai laisvieji nukleonai susijungia į branduolį, išsiskiria ta pati energija (pagal energijos išsaugojimo įstatymą).

• Minimali energija, reikalinga branduoliui suskaidyti į atskirus branduolius, vadinama branduolio surišimo energija

Kaip galima nustatyti branduolio surišimo energijos vertę?

Paprasčiausias būdas surasti šią energiją yra pagrįstas masės ir energijos santykio įstatymo, kurį 1905 m. Atrado vokiečių mokslininkas Albertas Einšteinas, taikymu.

Albertas Einšteinas (1879–1955)
Vokiečių teorinis fizikas, vienas iš šiuolaikinės fizikos įkūrėjų. Išsiaiškino masės ir energijos santykio dėsnį, sukūrė specialiąją ir bendrąją reliatyvumo teoriją

Pagal šį dėsnį, tarp dalelių sistemos masės m ir likusios energijos, t. Y. Šios sistemos vidinės energijos E 0, yra tiesioginis proporcingas ryšys:

čia c - šviesos greitis vakuume.

Jei dalelių sistemos energija, atsirandanti dėl procesų, kinta pagal vertę ΔЕ 0 1, tai reiškia, kad šios sistemos masė atitinkamai pasikeis verte Δm, o šių dydžių santykis bus išreikštas lygybe.

ΔЕ 0 \u003d Δmс 2.

Taigi, laisviesiems nukleonams susiliejus į branduolį, išsiskiriant energijai (kurią šiuo atveju nuneša skleidžiami fotonai), nukleonų masė taip pat turėtų mažėti. Kitaip tariant, branduolio masė visada yra mažesnė už branduolių, iš kurių jis susideda, masių sumą.

Branduolinės masės Δm trūkumą, palyginti su visa jo sudedančių branduolių mase, galima užrašyti taip:

Δm \u003d (Zm p + Nm n) - M i,

kur M I yra branduolio masė, Z ir N yra protonų ir neutronų skaičius branduolyje, o m p ir m n yra laisvojo protono ir neutrono masės.

Δm reikšmė vadinama masiniu defektu. Daugybė eksperimentų patvirtina masinio defekto buvimą.

Apskaičiuokime, pavyzdžiui, deuterio atomo (sunkiojo vandenilio), sudaryto iš vieno protono ir vieno neutrono, branduolio rišamąją energiją ΔЕ 0. Kitaip tariant, apskaičiuokime energiją, reikalingą branduoliui padalinti į protoną ir neutroną.

Tam pirmiausia nustatome šio branduolio masės defektą Δm, iš atitinkamų lentelių imdami apytiksles branduolių masių ir deuterio atomo branduolio masės vertes. Remiantis lentelių duomenimis, protono masė yra maždaug lygi 1,0073 amu. e., neutronų masė - 1,0087 amu. pvz., deuterio branduolio masė yra 2,0141 amu. Taigi, Δm \u003d (1,0073 a.u. + 1,0087 a.u.) - 2,0141 a.u. vienetai \u003d 0,0019 vienetai valgyti.

Norint gauti rišamąją energiją džauliais, masės trūkumas turi būti išreikštas kilogramais.

Atsižvelgiant į tai, kad 1 a. e. m \u003d 1,6605 10–27 kg, gauname:

Δm \u003d 1,6605 10 -27 kg 0,0019 \u003d 0,0032 10 -27 kg.

Pakaitinę šią masės defekto reikšmę jungties energijos formulėje, gauname:

Bet kokių branduolinių reakcijų metu išsiskiriančią ar sugertą energiją galima apskaičiuoti, jei yra žinomos sąveikaujančios masės, susidarančios dėl šios branduolių ir dalelių sąveikos.

Klausimai

1. Kas vadinama branduolio rišamąja energija?
2. Užrašykite bet kurio branduolio masinio defekto nustatymo formulę.
3. Užrašykite branduolio surišimo energijos apskaičiavimo formulę.

1 graikiškos raidės Δ („delta“) įprasta žymėti fizinio dydžio pasikeitimą priešais simbolį, ant kurio dedama ši raidė.

Santykinė atominė masėCheminio elemento Ar (jis suteikiamas kartu su elemento simboliu ir jo eilės numeriu kiekvienoje D.I.Mendelejevo periodinės sistemos ląstelėse) yra vidutinė santykinių izotopų masių vertė, atsižvelgiant į izotopų kiekį. Santykinė atominė masė iš tikrųjų parodo, kiek kartų tam tikro atomo masė yra didesnė už anglies izotopo 1/12 masę. Kaip ir bet kuris santykinis dydis, Ar yra be matmenų dydis.

Atominės masės matavimo vienetui ( atominės masės vienetas - amu) šiuo metu yra priimta kaip 1/12 12 C nuklido masės. Tikroji atominės masės vieneto vertė yra 1,661 · 10–27 kg.

Trijų pagrindinių dalelių masės, išreikštos amu, turi šias reikšmes:

protonų masė - 1,007277 amu, neutronų masė - 1,008665 amu, elektronų masė - 0,000548 amu.

1.9.4. Masinis defektas

Jei apskaičiuotumėte izotopo masę (izotopinę masę), susumuodami atitinkamo protonų, neutronų ir elektronų skaičių, rezultatas tiksliai nesuderins su eksperimentu. Neatitikimas

vadinamos išmatuotos ir eksperimentiškai rastos izotopų masių vertės

masinis defektas.

Taigi, pavyzdžiui, vieno iš chloro 35 Cl izotopų izotopinė masė, gauta pridedant septyniolikos protonų, aštuoniolikos neutronų ir septyniolikos elektronų mases, lygi:

17 1,007277 + 18 1,008665 + 17 0,000548 \u003d 35,289005 amu

Tačiau tikslus šios vertės eksperimentinis nustatymas duoda rezultatą 34,96885 amu. Masinis defektas yra 0,32016 amu.

Masinio defekto fenomeną galima paaiškinti naudojant Alberto Einšteino suformuluotas sąvokas reliatyvumo teorijoje. Masės defektas atitinka energiją, reikalingą įveikti atstumiančias jėgas tarp protonų.

Kitaip tariant, masinis defektas yra branduolinių dalelių surišimo energijos matas. Jei būtų įmanoma padalinti branduolį į jį sudarančius branduolius, tada sistemos masė padidėtų masės defekto verte. Rišančioji energija parodo skirtumą tarp branduolio branduolių ir jų energijos laisvoje būsenoje, t. surišančioji energija yra energija, kuri turi būti sunaudota, norint atskirti branduolį į jo sudedamuosius branduolius.

Rišamąją energiją galima apskaičiuoti pagal A. Einšteino formulę:

E \u003d mc2,

kur: m yra masė kg, s yra šviesos greitis - 2,9979 108 m / s, E yra energija J. Pavyzdžiui, nuklido 4 He (molinis) vieno molio (4 g) surišimo energija

masės defektas yra 3.0378 10-5 kg) yra lygus:

∆ Е \u003d (3,0378 · 10–5 kg / mol) · (2,9979 · 108 m / s) 2 \u003d 2 730 · 1012 J / mol Ši energija daugiau nei įprastine kovalentinio ryšio energija viršija

10 milijonų kartų. Norint gauti tokią energiją vykstant cheminei reakcijai, reiktų sunaudoti dešimtis tonų medžiagų.

Kadangi surišimo energija yra ypač didelė, įprasta išreikšti ją megaelektronvoltais (1 MeV \u003d 9,6 · 1010 J / mol) viename nukleone. Taigi, jungties energija vienam nukleonui 4 He branduolyje yra apie 7 MeV, 35 Cl branduolyje - 8,5 MeV.

1.9.5. Branduolinės jėgos

Atomo branduolys yra ypatingas tiriamas objektas. Net ir paviršutiniškai jį ištyrus, kyla daug nesusipratimų. Kodėl branduolio protonai nėra atstumiami pagal elementarius elektrostatinės dėsnius? Paprasčiausias skaičiavimas naudojant Kulono įstatymą rodo, kad esant branduoliniam atstumui du protonai turėtų būti atstumiami maždaug 6000 N jėga, ir jie pritraukiami vienas prie kito jėga, 40 kartų didesne už šią vertę. Be to, ši jėga veikia vienodai tiek tarp dviejų protonų, tiek tarp dviejų neutronų, taip pat tarp protono ir neutrono, t. yra visiškai nepriklausomas nuo dalelių krūvio.

Akivaizdu, kad branduolinės jėgos atstovauja visiškai kitai jėgų klasei, jos negalima redukuoti į elektrostatinę sąveiką. Energija, kuri lydi branduolines reakcijas, yra milijonus kartų didesnė nei energija, apibūdinanti cheminius virsmus.

Kvantinės mechanikos principų taikymas apibūdinant elektronų judėjimą šiuo metu duoda labai gerus rezultatus. Ar šią teoriją galima panaudoti atominiame branduolyje vykstantiems procesams modeliuoti? Svarbiausias branduolinių pajėgų bruožas yra ypač mažas jų veikimo diapazonas. Tiesą sakant, elektronų judėjimas vyksta erdvės srityje, apskaičiuota pagal 10–8 cm dydžio vertes, o visi branduolio branduolio reiškiniai vyksta 10–12 cm ir mažesniais atstumais. Šios vertės yra šiek tiek didesnės nei vidiniai branduolių dydžiai. Skalių, apibūdinančių elektronų judėjimą, viena vertus, ir intranuklearinių reiškinių, santykio, santykis pagal dydį gali būti lyginamas su tuo pačiu santykiu

makrokosmui, paklūstančiam klasikinės mechanikos dėsniams, ir mikrokosmui, gyvenančiam pagal kvantinės mechanikos dėsnius.

Esant tokiam mažam branduolio dydžiui, jame susikaupia beveik visa atomo masė. Žinant apytikslį branduolio tūrį ir atomo masę, galima įvertinti branduolinės medžiagos tankį: jis 2 · 1017 kartų viršija vidutinį paprastosios medžiagos tankį ir yra 1013–1014 g / cm3. Bandymas iš tikrųjų suprasti tokias vertes rodo tokią iliustraciją: esant panašiam medžiagos tankiui, degtuko galvutės tūryje (maždaug 5 mm3) turėtų būti masė, lygi 1 milijonui tonų vandens. Jei tokia degtuko galvutė nukristų ant Žemės paviršiaus, ji pramuštų visas uolienas ir prasiskverbtų į planetos centrą.

1.9.6. Branduolinės transformacijos

Atomų branduolių transformacijos, atsirandančios dėl jų sąveikos su elementariosiomis dalelėmis ar tarpusavyje, yra vadinamos branduolinės reakcijos.

Spontaniškas branduolių irimas - natūralus radioaktyvumas- kartu su trijų rūšių radiacija.

Alfa spinduliuotė yra helio branduolių srautas, kurio įkrova yra +2, o masės skaičius 4 (4 He). Teigiamas šių dalelių krūvis paaiškina alfa spindulių nukreipimo į elektrinį lauką link neigiamai įkrautos plokštės faktą, o santykinai didelis helio atomų dydis pateisina skvarbumą, kuris yra žymiai mažesnis, palyginti su kitomis dviem radiacijos rūšimis.

Akivaizdu, kad kai tokia dalelė yra išmetama, branduolys praranda du protonus ir du neutronus. Dviejų protonų praradimas sumažina atominį skaičių dviem, taigi susidaro naujas cheminis elementas.

Pvz., Radžio-226 nuklidas, praradęs alfa dalelę, virsta radono-222 nuklidu, kuris gali būti vaizduojamas kaip branduolinės reakcijos lygtys:

88 Ra → 86 Rn +2 He.

Sudarant tokias lygtis, reikia atsižvelgti į atominių skaičių sumų ir masės skaičių sumų vienodumą kairėje ir dešinėje pusėse (turi būti užtikrintas krūvio ir masės išsaugojimas).

Daugeliu atvejų naudojama ir sutrumpinta branduolinės reakcijos lygties užrašymo forma: kairysis kairysis kraštas užrašomas pradiniu nuklidu, dešinėje - skliausteliuose tarp jų galutinis nuklidas, pirmiausia nurodoma dalelė, sukelianti duotą transformaciją, o po to dalelė, išsiskirianti kaip rezultatas. Tokiu atveju tokioms dalelėms naudojami raidžių žymėjimai: α (alfa dalelė), p (protonas), n (neutronas), d (deuterio branduolys - deuteronas) ir kt. Pavyzdžiui, dėl aukščiau aptartos alfa skilimo:

Ra (-, α) Rn.

Ženklas "-" rodo bombarduojančios dalelės nebuvimą (branduolio irimas įvyksta savaime).

Beta spinduliuotė, savo ruožtu, yra padalinta į β - (ji paprastai vadinama

yra tiesiog β spinduliuotė) ir β + spinduliuotė. β - - radiacija yra elektronų srautas, judantis greičiu, artimu šviesos greičiui. Šie elektronai atsiranda dėl neutrono skilimo:

90 Th → 91 Pa + -1 e.

Torio-234 ir protaktinium-234 nuklidų masių skaičiai yra vienodi. Tokie nuklidai vadinami izobarais.

Β + spinduliuotė atsiranda dėl protono pavertimo neutronu, lydimo pozitrono - elementariųjų dalelių, kurios yra elektrono analogas, tačiau turinčios teigiamą krūvį - emisijos:

19 K → 18 Ar ++ 1 e.

Gama spinduliuotė yra kieta elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra trumpesnis nei rentgeno. Jis nesislenka elektriniame ir magnetiniame lauke ir turi didelę skvarbiąją jėgą.

Γ-spinduliuotės emisija lydi α ir β-skilimą, taip pat elektronų gaudymo branduoliu procesą. Pastaruoju atveju branduolys sugauna elektroną iš žemos energijos lygio (K- arba L-elektronų), o vienas iš protonų virsta neutronu:

1 p + -1 e		→ 0 n.

Nuklidų masių skaičius nesikeičia, bet atominis skaičius sumažėja vienu, pavyzdžiui:

23 V + -1 e → 22 Ti.

Nestabilūs, savaime suyrantys nuklidai vadinami ra-

dionuklidų arba radioaktyviųjų izotopų ... Jų irimas tęsiasi tol, kol susidaro stabilūs izotopai. Stabiliems izotopams nebetaikomas radioaktyvusis skilimas, todėl jie išlieka gamtoje. Pavyzdžiai:16 O ir 12 C.

Pusė gyvenimonestabiliu izotopu vadinamas laikas, per kurį jo radioaktyvumas sumažėja perpus, palyginti su originalu. Pusinės eliminacijos laikas gali svyruoti nuo milijonų sekundės dalių iki milijonų metų (1.2 lentelė).

1.2 lentelė

Kai kurių izotopų pusinės eliminacijos laikas

			Pusė gyvenimo
			3 10–7 s
			5,7 103
			4.5 109
			1,39 1010 metų

Daugelis radioaktyvaus skilimo reakcijų yra sudėtingesnių nuoseklių branduolinių reakcijų dalis - vadinamosios radioaktyviųjų transformacijų gretasarba radioaktyviosios eilės.

Kiekviena tokios serijos transformacija lemia nestabilaus izotopo susidarymą, kuris savo ruožtu patiria radioaktyvųjį skilimą. Originalus nuklidas vadinamas tėvo izotopas, ir gautas dukters izotopas... Kitame etape dukters izotopas tampa tėvu, virsdamas kita dukra ir kt. Ši iš eilės vykstančių transformacijų grandinė tęsiasi tol, kol stabilus izotopas yra branduolinės reakcijos rezultatas.

Taigi radioaktyviosios urano serijos prasideda nuo 238 U izotopo ir dėl keturiolikos iš eilės vykstančių branduolinio skilimo reakcijų baigiasi stabilus 206 Pb izotopas. Šiuo atveju bendras svorio netekimas yra 32 vienetai.

Tiek stabilūs, tiek nestabilūs nuklidai gali būti gaminami vykstant branduolinėms reakcijoms, bombarduojant branduolius didelės energijos dalelėmis. Per-

kaip dirbtinė branduolinė transformacijaatliktas E. Rutherfordo: 1915 m

atlikdami alfa spindulius pro azotą, jis gavo stabilų deguonies izotopą17 O. 1935 m. Irene ir Fredericas Joliot-Curie įrodė, kad bombarduojant aliuminį alfa dalelėmis, susidaro radioaktyvusis fosforo izotopas, skleidžiantis pozitronus. Dėl atidarymo dirbtinis radioaktyvumasmokslininkams paskirta Nobelio premija.

Vykdant branduolines reakcijas, branduolinis taikinys bombarduojamas protonais, neutronais, elektronais, o tai lemia branduolinės sudėties pasikeitimą ir naujo cheminio elemento susidarymą. Bombarduojančios dalelės turi turėti didelę kinetinę energiją, kad įveiktų elektrostatines atstumiančias jėgas iš taikinio. Todėl dalelės greitinamos dideliu greičiu specialiuose įrenginiuose, vadinamuose greitintuvais (jų du pagrindiniai tipai: linijinis greitintuvas ir ciklotronas).

								1.3 lentelė
						Branduolinės reakcijos
				Pilna lygtis				Sutrumpinta forma
	(α, p)
		7 N +2 He			→ 8 O			14 N (α, p) 17 O
	(α, n)
		13 Al +2 He → 15 P +0 n						27 Al (α, n) 30 P
		11 Na +1 H → 12 Mg +0 n						23 Na (p, n) 23 Mg
	(p, α)
		4 Būk +1 H → 3 Li +2 He						9 Būti (p, α) 6 Li
		7 N +1 H → 8 O + γ						14 N (p, γ) 15 O
		15 P +1 H → 15 P +1 H						31 P (d, p) 32 P
		13 Al +1 H → 14 Si +0 n						27 Al (d, n) 28 Si
		7 N +0 n → 6 C +1 H						14 N (n, p) 14 C
		27 Co +0 n → 27 Co + γ						59 Ko (n, γ) 60 Ko
	(n, α)
		13 Al +0 n → 11 Na +2 He						27 Al (n, α) 24 Na

Dirbtines branduolio transformacijas galima klasifikuoti pagal sprogdinimo tipą ir dėl reakcijos išsiskiriančias daleles (1.3 lentelė).

Branduolinių reakcijų pagalba buvo susintetinti nauji cheminiai elementai, kurių serijos numeriai yra 99 ir daugiau. Šiuo tikslu branduolinis taikinys yra bombarduojamas sunkiosiomis dalelėmis, pavyzdžiui, 7 N arba 12 C. Taigi elementas einsteinium buvo gautas bombarduojant uraną-238 su azoto-14 branduoliais:

M A T E R I A L S D L A P O V T O R E N I Ž

Atomo matmenys: ≈ 10 -8 cm Branduolio matmenys: ≈ 10 -12 - 10 -13 cm

Branduolinės medžiagos tankis: ≈ 10 14 g / cm 3

Subatominės dalelės

					atidarymas (data)
ELEKTRONAS	9.110 10-28				Thompsonas (1897 m.)
	1.673 10-24				Rutherfordas (1914 m.)
	1.675 10-24				Čadvikas (1932 m.)

Kvantiniai skaičiai

		vardas	Paskyrimas	Priimta	Kas apibūdina
				prasmė
					energingas
		Orbita		0, 1, 2, ... n - 1	orbitos forma,
					energingas
					subluoksnis
		Magnetinis		–ℓ,..,–1,0,+1,..,+ ℓ	erdvinis
					orientacija
					orbitalės
		Nugara		+½ , -½	savo
					elektronas

Atomų elektroninės formulės

Norėdami sudaryti atomo elektroninę formulę, turite žinoti:

1. Žymėjimo sistema: nℓх (n yra energijos lygio skaičius: 1,2,3, ..., ℓ yra raidės aukščiausio lygio žymėjimas: s, p, d, f; x yra elektronų skaičius). Pavyzdžiai: 5s2 - du elektronai, esant s – penktojo lygio viršutiniam lygiui. energijos lygis (n \u003d 5, ℓ \u003d 0), 4d8 - aštuoni elektronai ketvirtojo energijos lygio d pakopos lygyje (n \u003d 4, ℓ \u003d 2).

2. Užpildymo energijos pakopų seka : 1s< 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f...

(kiekvienas pobūdis užpildomas tik po to, kai ankstesnis šioje eilutėje yra visiškai sukomplektuotas).

3. Didžiausia viršutinių lygių talpa:

Pavyzdys: chloro atomo elektroninė formulė yra tam tikro atomo septyniolikos elektronų pasiskirstymas energijos pakopose ir turi tokią formą:

17 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Trumpa elektroninės formulės rašymo forma : elektronų radimas-

esant visiškai sukauptam energijos lygiui, nurodomas atitinkamų tauriųjų dujų simbolis, po kurio eina likusių elektronų pasiskirstymas.

Pavyzdys: trumpa elektroninė chloro atomo formulė:

17 Cl 3s2 3p5

Elektronų pasiskirstymas per kvantines ląsteles

Kvantinės ląstelės

s-subblevel

p-subblevel

d-subblevel

f-pakopa

Pagal Hundo taisyklę: iš pradžių kiekvienam elektronui suteikiama atskira kvantinė ląstelė (nesuporuoti elektronai su lygiagrečiais sukiniais), kiti elektronai patenka į jau užimtas ląsteles, jiems MS reikšmės turi priešingą ženklą - suporuoti elektronai).

Paaiškinimas: ms \u003d + ½, ↓ ms \u003d -½

Pavyzdžiai: 6 elektronai užima f-pakopos kvantines ląsteles:

f-pakopa

devynių elektronų grandinė yra tokia:

f-pakopa

Atomų elektroninės grafikos formulės

17Cl

2p 6

Valentiniai elektronai- išorinio energijos lygio elektronai, taip pat priešpaskutinis d-pakopos lygmuo, jei jis nėra visiškai pastatytas.

Nuklido žymėjimas:

viršutinis indeksas yra nuklido masės numeris, indeksas yra atitinkamo elemento atominis skaičius.

Pavyzdys: chloro izotopas:

17Cl

Sutrumpintas pavadinimas: 36 Cl

Branduolio sudėtis Protonų skaičius - atominis skaičius, eilės elemento numeris periode

dI Mendelejevo klasikinė sistema; Neutronų skaičius yra skirtumas tarp masės ir pro skaičiaus

Pavyzdys: chloro izotopo protonų ir neutronų skaičius

17 Cl yra: protonų skaičius \u003d 17, neutronų skaičius \u003d 36-17 \u003d 19.

Izotopai - vienas atominis skaičius, skirtingos atominės masės (branduolyje yra tas pats protonų skaičius, skirtingas neutronų skaičius)

Branduolinės reakcijos

Kairėje ir dešinėje branduolinės reakcijos lygties pusėse turi būti laikomasi pusiausvyros:

– masinių skaičių sumos (superraščiai),

– atominių skaičių sumos (prenumeratos).

Pavyzdys:

Sutrumpinta branduolinės reakcijos lygties užrašymo forma:

kairėje - originalus nuklidas,

dešinėje - galutinis nuklidas,

skliausteliuose tarp jų: \u200b\u200bdalelė, sukelianti šią transformaciją, tada dalelė, išsiskirianti kaip rezultatas.

Laiškų žymėjimai: α (alfa dalelė), p (protonas), n (neutronas), d (deuterio branduolys - deuteronas) ir kt.

Pavyzdys: 23 Na (p, n) 23 Mg reakcijai

11 Na +1 H → 12 Mg +0 n

Branduolyje esantys branduoliai yra tvirtai laikomi branduolinių jėgų. Norint pašalinti branduolį iš branduolio, reikia įdėti daug pastangų, tai yra, suteikti branduoliui didelę energiją.

Atominio branduolio rišančioji energija Eb apibūdina branduolių sąveikos intensyvumą branduolyje ir yra lygi maksimaliai energijai, kuri turi būti sunaudojama, norint padalinti branduolį į atskirus nesąveikaujančius branduolius, nesuteikiant jiems kinetinės energijos. Kiekvienas branduolys turi savo privalomąją energiją. Kuo daugiau šios energijos, tuo stabilesnis atominis branduolys. Tikslūs branduolio masių matavimai rodo, kad likusi branduolio masė m i visada yra mažesnė už jo sudedamųjų protonų ir neutronų likusių masių sumą. Šis masės skirtumas vadinamas masės trūkumu:

Būtent ši masės Dm dalis prarandama, kai išsiskiria surišimo energija. Taikydami masės ir energijos sujungimo dėsnį, gauname:

kur m n yra vandenilio atomo masė.

Toks pakeitimas yra patogus skaičiavimams, o apskaičiuota klaida, atsirandanti šiuo atveju, yra nereikšminga. Jei formulėje rišančioji energija pakeičia Dm amu. tada už E st tu gali rašyti:

Specifinės rišamosios energijos priklausomybė nuo masės skaičiaus A yra svarbi informacija apie branduolių savybes.

Specifinė rišimo energija E ritmas yra branduolio rišamosios energijos 1 branduoliui energija:

Fig. 116 parodytas išlygintas eksperimentiškai nustatytos E ritmų priklausomybės nuo A grafikas.

Paveikslo kreivė turi silpnai išreikštą maksimumą. Elementai, kurių masės skaičius nuo 50 iki 60 (geležis ir arti jo esantys elementai), turi didžiausią savitąją rišamąją energiją. Šių elementų branduoliai yra stabiliausi.

Grafike parodyta, kad sunkiųjų branduolių dalijimosi reakcija į elementų branduolius vidurinėje D. Mendelejevo lentelės dalyje, taip pat lengvųjų branduolių (vandenilio, helio) sintezė į sunkesnes - energetiškai palankias reakcijas, nes jas lydi stabilesnių branduolių (su dideliais E plaka) ir todėl tęskite energijos išsiskyrimą (E\u003e 0).

Branduolinės jėgos. Branduolio modeliai.

Branduolinės jėgos - branduolių sąveikos jėgos; suteikia didelę branduolių surišimo energijos vertę, palyginti su kitomis sistemomis. I. s. yra naibūs. svarbus ir bendras pavyzdys stipri sąveika (CB). Kai šios sąvokos buvo sinonimiškos ir buvo įvestas terminas „stipri sąveika“, siekiant pabrėžti didžiulį Ya. palyginti su kitomis gamtoje žinomomis jėgomis: e-magnetine, silpna, gravitacine. Po atidarymo p -, r - ir kt. mezonai, hiperonai ir kt. hadronai terminas „stipri sąveika“ buvo pradėtas vartoti plačiąja prasme - kaip hadronų sąveika. Aštuntajame dešimtmetyje. kvantinė chromodinamika (QCD) įsitvirtino kaip visuotinai pripažintas mikroskopas. teorija SV. Pagal šią teoriją hadronai yra sudedamosios dalelės, sudarytos iš kvarkai ir gluonai, ir pagal CB ėmė suprasti šių fondų sąveiką. dalelės.

„Drip core“ modelis - vienas iš ankstyviausių atominio branduolio struktūros modelių, kurį 1936 m. pasiūlė Nielsas Bohras, remdamasis Jokūbo Frenkelio ir vėliau Johno Wheelerio sukurta junginio branduolio teorija, kurio pagrindu Karlas Weizsackeris pirmasis išgavo pusiau spiralinę atomo branduolio rišamosios energijos formulę, pavadintą jo garbei pagal Weizsackerio formulę.

Pagal šią teoriją atominis branduolys gali būti vaizduojamas kaip sferinis, tolygiai įkrautas specialios branduolinės medžiagos lašas, turintis kai kurias savybes, tokias kaip nesuspaudžiamumas, branduolinių jėgų prisotinimas, branduolių (neutronų ir protonų) „išgarinimas“, kaip skystis. Šiuo atžvilgiu kai kurias kitas skysčio lašelio savybes galima išplėsti tokiu branduolio lašeliu, pavyzdžiui, paviršiaus įtempimas, lašelio suskaidymas į mažesnius (branduolių dalijimasis), mažų lašelių suliejimas į vieną didelį (branduolių susiliejimas). Atsižvelgdami į šias skystoms ir branduolinėms medžiagoms būdingas savybes, taip pat į specifines pastarųjų savybes, atsirandančias dėl Paulio principo ir elektros krūvio, galime gauti pusiau spiralinę Weizsackerio formulę, leidžiančią apskaičiuoti branduolio rišamąją energiją, taigi ir jo masę, jei žinoma jo branduolio sudėtis (bendra) branduolių skaičius (masės skaičius) ir protonų skaičius branduolyje).