Нуклоны. Понятие о свойствах и природе ядерных сил.
Ядро атома состоит из нуклонов: нейтронов и протонов.
Согласно протонно-нейтронной модели, ядра состоят из элементарных частиц двух сортов: протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно числу электронов в атомной оболочке, так как в целом атом нейтрален. Следовательно, число протонов в ядре равно атомному номеру Z элемента в таблице Менделеева. Сумму числа протонов Z и числа нейтронов N в ядре называют массовым числом А. А = Z + N.
Почему ядро не распадается, несмотря на силы отталкивания между протонами? Раз стабильные ядра существуют, должны быть какие-то силы, удерживающие ядро вместе. Эта новая сила превосходит кулоновскую и её назвали сильным ядерным взаимодействием. Сильное ядерное взаимодействие — это притяжение между всеми нуклонами. Таким образом, протоны отталкиваются благодаря кулоновской силе и притягиваются благодаря ядерной силе. Нейтроны не имеют заряда, поэтому только притягиваются.
Сильное взаимодействие — интенсивное взаимодействие между нуклонами посредством ядерных сил.
Свойства ядерных сил:
1. Зарядовая независимость — как протоны так нейтроны притягиваются друг к другу одинаково.
2. Малый радиус действия — порядка размеров ядер (10 −15 м).
3. Нецентральное действие — направление силы зависит от ориентации спинов нуклонов.
4. Насыщаемость — каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом других нуклонов.
По современным представлениям сильное взаимодействие обусловлено тем, что нуклоны виртуально обмениваются частицами, получившими название пи-мезонов.
Энергия связи ядра. Удельная энергия связи ядра и ее зависимость от массового числа.
Радиоактивность. Процессы радиоактивного распада. альфа-распад, бета-распад.
Ядерные силы вызывают нестабильность некоторых изотопов, и они распадаются с испусканием того или иного излучения.
Радиоактивность – спонтанное превращение одних атомных ядер в другие, при котором происходит испускание элементарных частиц, гамма-квантов или ядерных фрагментов.
Естественная радиоактивность – радиоактивность ядер, встречающихся в природе.
Искусственная радиоактивность – радиоактивность ядер, полученных в результате ядерных реакций.
По проникающей способности радиоактивное излучение делят на 3 типа:
1) альфа-излучение — едва проходит через лист бумаги;
2) бета-излучение- проходит через алюминиевую пластинку толщиной до 3 мм;
3) гамма-излучение — проходит сквозь слой свинца толщиной в несколько см.
Альфа-излучение — поток ядер атомов гелия;
Бета-излучение — поток электронов и позитронов;
Гамма-излучение — поток квантов ЭМИ больших энергий;
Специальные виды радиоактивности: протонный, нейтронный, кластерный распады, спонтанное деление ядер и др.
Альфа-распад
Вследствие большого количества Z в тяжелых ядрах кулоновские взаимодействия начинают преобладать над сильными ядерными взаимодействиями (первое охватывает все ядро, последнее же только соседние нуклоны). Также энергия связи слишком мала, чтобы ядро было стабильным. От материнского ядра отделяется альфа-частица, а ядро становится дочерним (то есть происходит превращение элементов).
Альфа-распад протекает по туннельному эффекту.
Туннельный эффект – прохождение (проникновение) частицы сквозь потенциальный барьер конечной высоты и конечной ширины в том случае, если энергия частицы меньше высоты потенциального барьера.
Электронный бета-распад: при испускании электрона ядро не теряет нуклонов, то есть А остается прежним. Но поскольку был испущен электрон, заряд дочернего ядра отличается от материнского (заряд дочернего ядра будет на 1 больше заряда материнского). Важно, что испускаемый электрон не имеет отношения к орбитальным электронам. Испускаемый электрон появляется внутри ядра из нейтрона. Нейтрон превращается в протон и при этом (для сохранения заряда) испускает электрон.
Позитронный бета-распад: на практике столкнулись с тем, что часть энергии при испускании электрона куда-то девалась и закон сохранения энергии не выполнялся. Тогда предположили, что существуют какие-то еще частицы, с нулевым зарядом и очень маленькой массой покоя, которая напоминает фотон и уносит часть энергии. Такие частицы называются нейтрино (в электронном бета-распаде фигурирует антинейтрино).
Гамма-распад
Гамма-распад — распад возбуждённых состояний ядер с испусканием фотонов с энергиями 10 2 -10 4 кэВ. Характерные времена жизни возбуждённых состояний не более нескольких наносекунд.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
Нуклоны
Нукло́ны, общее название протонов и нейтронов , из которых состоят атомные ядра .
Редакция физических наук
Опубликовано 26 июля 2022 г. в 10:31 (GMT+3). Последнее обновление 26 июля 2022 г. в 10:31 (GMT+3). Связаться с редакцией
Информация
Области знаний: Адроны, Структура и характеристики атомных ядер
- Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198,
выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
ISSN: 2949-2076 - Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
Главный редактор: Кравец С. Л.
Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru
- © АНО БРЭ, 2022 — 2023. Все права защищены.
- Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей. - Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
Что такое нуклоны? Определение и примеры
В химии и физике нуклон это протон или нейтрон в атомное ядро . Напротив, есть свободные протоны и нейтроны, которые не считаются нуклонами. Протоны имеют чистый положительный электрический заряд, а нейтроны электрически нейтральны. Итак, нуклоны в атомном ядре имеют чистый положительный заряд.
Массовое число и атомная масса
Сумма количества протонов и нейтронов (нуклонов) равна массовое число (А) атом . Фактически, иногда это значение называют числом нуклона. Различия между массовыми числами одного и того же элемента определяют его изотоп , которые различаются только количеством содержащихся в них нейтронов.
Масса электрона ничтожна по сравнению с массами протонов и нейтронов, поэтому атомная масса представляет собой сумму масс нуклонов.
Состав нуклонов
Каждый нуклон состоит из трех субатомных частиц, называемых кварками. Протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка, а нейтрон состоит из одного верхнего кварка и двух нижних кварков. Каждый верхний кварк имеет электрический заряд +2/3, а нижний кварк имеет заряд -1/3.
Массы протона и нейтрона похожи. Протон имеет массу 1,6726 × 10 −27 кг или 938,27 МэВ /c 2 . Масса нейтрона 1,6749 × 10 −27 кг или 939,57 МэВ /c 2 , что делает его примерно на 0,13% тяжелее протона.
Нуклонные взаимодействия в ядре
Протоны отталкивают друг друга, потому что у них одинаковые электрические заряды, но все нуклоны притягиваются друг к другу из-за сильного взаимодействия. Сильное взаимодействие более мощное, чем электрическое притяжение или отталкивание, но действует на очень коротком расстоянии. Когда нуклоны притягиваются друг к другу, они связываются посредством сильного ядерного взаимодействия. Как и в случае образования химической связи между электронами, связывание нуклонов также высвобождает энергию, называемую энергией связи ядра. Одним из следствий ядерного связывания является то, что сумма масс протонов и нейтронов, используемых для образования атомного ядра, больше, чем масса образовавшегося ядра. Это называется дефектом массы. Кроме того, отрыв протона или нейтрона от ядра требует ввода энергии.
На атомных диаграммах протоны и нейтроны обычно изображаются в виде отдельных сфер, случайно собранных вместе, образуя ядро. На самом деле нуклоны частично делокализованы. Фактически, физики элементарных частиц рассматривают протоны и нейтроны в ядре как два состояния нуклона, а не как отдельные сущности. Два состояния образуют изоспиновый дублет. Нейтроны могут быть преобразованы в протоны, а протоны могут быть преобразованы в нейтроны.
Антинуклоны
Антипротоны и антинейтроны являются антивещество частицы, соответствующие протонам и нейтронам. Антипротон состоит из двух верхних антикварков и одного нижнего антикварка, а антинейтрон состоит из одного верхнего антикварка и двух нижних антикварков. Атомы антивещества содержат ядра, состоящие из антинуклонов.
использованная литература
- DeGrand, T.; Яффе, Р. L.; Johnson, K.; Кишкис, Я. (1975) «Масса и другие параметры легких адронов». Phys. Ред. D 12: 2060. doi: 10.1103 / PhysRevD.12.2060
- Гриффитс, Дэвид Дж. (2008). Введение в элементарные частицы (2-е изд. Изм.). Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-40601-2.
- Массам, Т; Muller, Th.; Righini, B.; Schneegans, M.; Зичичи, А. (1965). «Экспериментальное наблюдение образования антидейтронов». Il Nuovo Cimento. 39 (1): 10–14. doi: 10.1007 / BF02814251