Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
5°. Данные об энергии связи ядер и использование капельной модели ядра1 позволили установить некоторые закономерности строения атомных ядер.
Критерием устойчивости атомных ядер является соотношение между числом протонов и нейтронов в устойчивом ядре для данных изобаров (VIII.1.1.3°) (А = const). Условие минимума энергии ядра приводит к следующему соотношению между Zycr и А
Z ___________А________
уст 1,98 + 0,015А2/3"
Берется целое число Zyci, ближайшее к тому, которое получается по этой формуле.
При малых и средних значениях А числа нейтронов и протонов в устойчивых ядрах примерно одинаковы: Z ~ А - Z.
С ростом Z силы кулоновского отталкивания протонов растут пропорционально Z(Z - I) ~ Z2 (парное взаимодействие протонов), и для компенсации этого отталкивания ядерным
1 Капельная модель ядра не рассматривается в данном справочнике.
з
ГЛ. VIII. 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
притяжением число нейтронов должно возрастать быстрее числа протонов.
§ VIII. 1.3. Ядерные силы
1°. 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).
2°. Ядерные силы являются короткодействующими силами. Они действуют лишь на весьма малых расстояниях между
нуклонами в ядре порядка IO-15 м. Длина (1,5 + 2,2) X IO-15 м называется радиусом действия ядерных сил.
3°. Ядерные силы обнаруживают зарядовую независимость: притяжение между двумя нуклонами одинаково независимо от зарядового состояния нуклонов — протонного или нейтронного (VIII. 1.1.1°). Зарядовая независимость ядерных сил видна из сравнения энергий связи зеркальных ядер. Так называются ядра, в которых одинаково общее число нуклонов, HO число протонов в одном равно числу нейтронов в другом.
з 3
Например, ядра гелия 2Не и тяжелого водорода — трития гТ.
Энергии связи (VIII.1.2.40) этих ядер составляют 7,72 МэВ и 8,49 МэВ.
Разность энергий связи ядер, равная 0,77 МэВ, соответствует энергии кулоновского отталкивания двух протонов в ядре
з е2
2Не. Полагая эту величину равной --------- (111.3.2.2°), можно
g
найти, что среднее расстояние г между протонами в ядре 2Не
равно 1,9 ¦ IO-15 м, что согласуется с величиной радиуса ядерных сил (п. 2°).
4°. Ядерные силы обладают свойством насыщения, которое проявляется в том, что нуклон я ядре взаимодействует лишь с ограниченным числом ближайших к нему соседних нуклонов. Именно поэтому наблюдается линейная зависимость энергий связи ядер от их массовых чисел А (VIII.1.1.3°). Если бы каждый нуклон взаимодействовал одновременно со всеми (A-I) нуклонами ядра, то энергия связи ядра была бы пропорцио-
§ VIII.1.4. РАДИОАКТИВНОСТЬ
631
нальна возможному числу взаимодействующих пар нуклонов
A(A-I)1 „
в ядре, т. е. числу сочетании из А по два: -g- . Зависи-
мость энергии связи от А была бы в этом случае не линейной, а квадратичной, что противоречит экспериментальным данным. Практически полное насыщение ядерных сил достигается у а-частицы (VIII.1.4.20), которая является очень устойчивым образованием.
5°. Ядерные силы зависят от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Это подтверждается различным характером рассеяния нейтронов молекулами орто- и параводорода. В молекуле ортоводорода спины обоих протонов параллельны друг другу, а в молекуле параводорода они антипарал-лельны. Если бы взаимодействие нейтрона с протоном не зависело от взаимной ориентации их спинов, то рассеяние нейтронов на молекулах орто- и параводорода происходило бы одинаково. Опыты показали, что рассеяние нейтронов на параводороде в 30 раз превышает рассеяние на ортоводороде. Это доказывает зависимость ядерных сил от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. Ядерные силы не являются центральными (1.3.3.4°).
§ VIII. 1.4. Радиоактивность
1°. Радиоактивностью называется превращение неустойчивых изотопов (VIII. 1.1.3°) одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием некоторых частиц.
Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов.
Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций (VIII.1.9.1°).
2°. В таблице VIII. 1.1. приведены основные типы радиоактивности.
1 В предположении, что ядерное взаимодействие является парным.
632
ГЛ. VIII. 1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
Таблица VIII.l.1
Тип радиоактивности Изменение заряда ядра Z Изменение массового числа А Характер процесса
Альфа-распад Бета-распад Р_-распад Р+-распад Z-2 Z ± 1 Z + 1 Z- 1 А-4 А А А Вылет а-частицы — системы двух протонов и двух нейтронов, соединенных воедино Взаимные превращения в ядре нейтрона (оП) и протона (Jp) 1 1 , , о , о~ ч On -> iP + Lie + 0ve) I I ,,0 .0 . lP -» 0П +(+1е + 0ve)
Электронный захват (е- или ІІГ-захват) Спонтанное деление Z- 1 А lP +_ie -> 0n +(0Ve) 0 0~ 0ve и 0ve — электронное нейтрино и антинейтрино. В скобках указаны частицы, вылетающие из ядра Деление ядра обычно на два осколка, имеющих приблизительно равные массы и заряды