Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 18 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границ ядра. Эмпириче-
ская формула для радиуса ядра
3/1
0
Arr =
, где
15
0
10)7,1...3,1(
−
⋅=r
м, может быть истолкована как пропорциональность
объёма ядра числу нуклонов в нём.
Плотность ядерного вещества составляет по порядку величины
317
кг/м10 и постоянна для всех ядер. Она значи-
тельно превосходит плотности самых плотных обычных веществ.
Спин ядра, представляющий собой сумму спинов нуклонов, может быть равен полуцелому, целому числу или нулю.
2.2. МАССА И ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДРА
Масса ядра
я
m всегда меньше массы входящих в его состав частиц. Это обусловлено тем, что при образовании ядра
выделяется энергия связи нуклонов друг с другом –
св
E . Энергия связи
св
E равна той работе, которую необходимо со-
вершить по разделению нуклонов ядра и удалению их на расстояния, где они не будут взаимодействовать друг с другом.
Учитывая взаимосвязь массы и энергии
2
mcE ∆= , где m
∆
называется дефектом массы и характеризует уменьшение
суммарной массы при образовании ядра из составляющих его нуклонов, получим
[
]
{
}
2
я
2
св
)( сmmZAZmmcE
np
−−+=∆= , (2.1)
где
я
,, mmm
np
– массы протона, нейтрона и ядра. С некоторым приближением можно сделать замену массы протона на
массу атома водорода, массу ядра на массу атома и выразить их в атомных единицах массы, тогда получим выражение
[
]
{}
,МэВ931)(
Hсв
⋅
−
−
+
=
аn
mmZAZmE
так, для
4
2
He будем иметь
[]
{}
4,289310038,400899,1200815,12
св
=
⋅
−
⋅
+
⋅=E МэВ.
В расчёте на один нуклон получим 7,1 МэВ (на 1 электрон – 10 эВ).
Эта энергия может быть чуть больше или меньше (рис. 2.1).
Рис. 2.1
Зависимость, представленная на рис. 2.1, делает возможным два процесса:
1. Деление тяжёлых ядер на несколько лёгких.
2. Слияние несколько лёгких ядер в одно тяжёлое ядро.
Оба процесса будут сопровождаться выделением большого количества энергии.
Из рис. 2.1 также видно, что ядра с атомным номером
60...50
=
A являются наиболее энергетически выгодными, тогда
возникает вопрос – почему не происходит самостоятельное деление наиболее тяжёлых, стабильных ядер, почему лёгкие ядра
самостоятельно не сливаются в более тяжёлые?
Дело в том, что для разделения на несколько частей, тяжёлое ядро должно пройти через ряд промежуточных состоя-
ний, энергия которых превышает энергию основного состояния ядра. Требуется дополнительная энергия (энергия акти-
вации ядра), которая потом высвободится. Например, в атомных реакторах или атомной бомбе, деление ядер урана и плу-
тония осуществляется под действием захвата нейтронов.
Для слияния лёгких ядер необходимо преодоление кулоновских сил отталкивания. Необходимы огромные скорости,
соответствующие десяткам миллионов градусов. Такие реакции слияния ядер происходят в недрах Солнца, звёзд, при
взрыве водородной бомбы.
2.3. ПРИРОДА ЯДЕРНЫХ СИЛ
Ядерное взаимодействие свидетельствует о том, что в ядрах существуют особые ядерные силы, не сводящиеся ни к
одному из типов сил, известных в классической физике (гравитационных и электромагнитных). Взаимодействие нукло-
нов в ядре называется сильным взаимодействием. Ядерные силы отличаются следующими свойствами.
Ядерные силы являются короткодействующими – проявляются на расстояниях между нуклонами в ядре порядка 10
–
15
м.
Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость: притяжение между двумя нуклонами одинаково независи-
мо от зарядового состояния нуклонов (протонного или нейтронного).

Страницы