История и методология естествознания. Кудрявцев С.П. - 29 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

бериллием частица должна иметь крайне малый заряд по сравнению с зарядом протона. Естественнее всего
принять, что она вообще не несет никакого заряда. Все свойства излучения бериллия могут быть легко объяс-
нены с помощью такой гипотезы:
это излучение состоит из частиц с массой 1 и зарядом 0, т.е. из нейтронов".
Механизм образования нейтронов у Чэдвика заключался в следующем. При соударении α-частицы с ядром бе-
риллия она захватывается его ядром, в результате образуется новое ядро, которое испускает нейтрон. Такая
ядерная реакция выглядит так:
Be
9
+ He
4
= C
12
+ n
1
.
Нейтрон в этой реакции обозначен n
1
. Открытие Чэдвика получило в дальнейшем экспериментальное под-
тверждение. За это открытие он был удостоен Нобелевской премии в 1935 г. Так была подтверждена первая
гипотеза Резерфорда о том, что в состав ядра должны входить нейтроны. Вторая гипотеза Резерфорда о сущест-
вовании изотопа водорода с массой 2 была экспериментально подтверждена профессором химии Колумбийско-
го университета Геральдом Юри, который опубликовал результаты своего открытия в 1932 г.
11.4. Протонно-нейтронная модель ядра атома
Открытие нейтрона сразу привело к изменению представления о строении ядра атома. Существовавшая до
открытия нейтрона гипотеза о том, что в состав ядра входят протоны и электроны, не находила поддержки
большинства ученых. В 1932 г., удивительно плодовитом на выдающиеся открытия, русский ученый Дмитрий
Дмитриевич Иваненко выдвинул гипотезу о протонно-нейтронной модели ядра, электроны в его модели не
входили в состав ядра. Несколько позже подобную модель ядра высказал и Гейзенберг. Надо сказать, что эта
модель была принята скептически многими учеными. Она, как им казалось, противоречила испусканию элек-
тронов при β-распаде. Гейзенберг вспоминал, что "его сильно критиковали самые крупные физики". Иваненко
много сил потратил и на убеждение ученых в правоте своего открытия и на отстаивание своего приоритета.
Вскоре протонно-нейтронная модель ядра была признана и стала общепринятой, хотя до сих пор ядро атома
содержит еще много тайн. Скажем несколько слов о частицах, составляющих ядро атома. (Следует вспомнить,
что и протоны и нейтроны, согласно квантовой механике, обладают и волновыми свойствами).
ПРОТОН – это ядро атома водорода, заряд его равен заряду электрона по величине и противоположен по
знаку (+
е = 1,6 × 10
-19
Кл.), а масса (m
p
= = 1,6726485 ± 0,0000086) × 10
–27
кг.
НЕЙТРОН имеет заряд, равный нулю, и массу, практически равную массе протона (
m
m
= 1,674954 ±
0,000009)
× 10
–27
кг.
Нейтроны и протоны получило общее название
нуклонов. Общее число нуклонов в ядре, т.е. число прото-
нов и нейтронов в ядре, получило название
массового числа и обозначается буквой А. Число протонов в ядре
обозначается
Z. Оно называется атомным номером и равно также числу электронов на внешней оболочке ато-
ма. Число нейтронов в ядре
N = А – Z.
Химические элементы по предложению супругов Жолио-Кюри обозначают с двумя индексами слева от
обозначения элемента: Верхний индекс обозначал массовое число, нижний – число протонов, например,
Al
27
13
,
H
1
1
. В ядрах одного и того же химического элемента число нейтронов может быть различно, а число протонов
– одно и тоже.
Такие ядра, имеющие одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, называются
изотопами. Некоторые изотопы не встречаются в природе, но могут быть получены в лабораториях ученых в
результате ядерных реакций.
11.5. Энергия связи ядра
Общая масса ядра оказалась меньшей, чем сумма масс, составляющих ядро нуклонов. Разность масс
нуклонов и массы ядра называется полной энергией связи ядра или дефектом масс.
Связь массы с энергией
выдвинул еще Эйнштейн. Его знаменитая формула, выражающая такую связь, имеет вид:
2
mcE = ,
где m – масса; с – скорость света; Е – энергия. Энергия связи ядра равна работе, которую надо затратить, чтобы
разделить нуклоны в ядре. Эта энергия очень большая. Если сравнить ее с энергией связи электрона в атоме
водорода, то она превосходит ее в 10
6
раз. Уместен вопрос, как же удерживаются нуклоны в ядре? Протоны
несут положительный заряд, и между ними действуют электрические силы отталкивания, нейтроны не имеют
заряда. Следовательно, в ядре действуют еще какие-то силы, которые значительно превосходят электрические
силы. Эти силы получили название
сильного взаимодействия. Эти силы короткодействующие. Они действуют
только на очень малых расстояниях, меньших, примерно, 10
–6
м. Выше этого расстояния они практически спадают
до нуля. Вот эти ядерные силы и удерживают нуклоны в ядре. Ядерное взаимодействие не зависит от зарядов.
Оно одинаково между двумя протонами, протоном и нейтроном, между двумя нейтронами. Это свойство назы-
вается зарядовой независимостью ядерных сил. Точные размеры ядра неизвестны из-за корпускулярно-
волнового дуализма, но примерные расчеты показывают, что объем ядра пропорционален числу нуклонов (V ∞
A).
Еще один из типов взаимодействий, существующих в природе, называется
слабым взаимодействием. Оно
проявляется при β-распаде.

Страницы