Состав атомного 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).

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

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.

Изменение энергии при ядерной реакции определяется соотношением

где åM₁—сумма масс частиц до реакции и åM₂—сумма масс частиц после реакции. Если åM₁ > åM₂, то реакция идет с выделением энергии, если же åM₁ < åM₂, то реакция идет с поглощением энергии.

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.

Радиоактивность – это способность ядер некоторых элементов самопроизвольно распадаться с образованием ядер других элементов и α, β, γ излучения:

α излучение – поток ядер гелия (α частиц),

β излучение – поток быстрых электронов (или позитронов),

γ излучение – поток наибольшее высокоэнергетических квантов.

Закон радиоактивного распада имеет вид

,

где N_o –количество атомов при t=0, N – при t, T_1/2 – период полураспада (время, за которое распадается половина ядер).

Активность радиоактивного элемента – число распадов в единицу времени

(измеряется в Бк =1 распад в секунду или в Ku=3.7 10¹⁰ Бк)

Закон радиоактивного распада можно также записать в форме

,

где l— постоянная радиоактивного распада.

.

Активность А радиоактивного изотопа

,

где A_o — активность изотопа в начальный момент времени.