Состав атома ядра и его размеры. Ядерные силы. Модели ядра. Энергия связи и дефект массы ядра. Удельная энергия связи.

Ядро состоит из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (нейтральных частиц). Протоны и нейтроны называются нуклонами.

Обозначение ядра элемента , A – массовое число (сумма протонов и нейтронов в ядре), z –зарядовое число (число протонов).

Радиус ядра элемента имеет следующую зависимость от массового числа , где R_o=1.3-1.7 10^-13 см. Плотность вещества ядра составляет ~10¹⁷ кг/м³.

Нуклоны внутри ядра удерживаются ядерными силами, которые относятся к сильному взаимодействию.

Свойства ядерных сил:

они короткодействующие; это силы притяжения; не зависят от заряда; обладают свойством насыщения (каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом других нуклонов); не является центральными; зависят от ориентации спинов.

Магнитные моменты нуклонов малы, т.к. ядерный магнитный момент одного нуклона, например протона (сушественно меньше чем у электрона из-за большей массы).

Наиболее распространёнными моделями ядра являются: капельная (ядро в виде заряженной жидкости, удерживаемой силами «поверхностного натяжения» и подчиняющейся законам квантовой механики), хорошо описывает реакции деления ядра; оболочная(в основе котрой лежит распределение нуклонов по дискретным энергетическим уровням (оболочкам)) – объясняет устойчивость некоторых ядер.

Дефектом массы ∆m называют разность масс покоя всех нуклонов, составляющих ядро и самого ядра.

Где m_p, m_n, m_я – массы протона, нейтрона и ядра, соответственно.

Энергия связи ядра – это энергия, которую надо сообщить ядру, чтобы разъединить его на нуклоны.

Удельная энергия связи - энергия связи на один нуклон –

Для всех элементов периодической таблицы Менделеева, зависимость удельной энергии связи элементов от их массового числа имеет вид:

Рис.1. Зависимость удельной энергии связи элементов от их массового числа

Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет растущей с увеличением Z кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро. Поэтому для них характерны реакции деления. При этом на один нуклон выделяется энергия, равная разности удельных энергий связи между конечным и начальным элементом (рис.1). Из рис.1 видно, что еще большая энергия может выделиться при реакции синтеза более тяжелых ядер из более легких.