1 1
1

Строение ядра. Ядерные силы

Модель ядра атома.
Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов () и нейтральных нейтронов ().  Общее название протонов и нейтронов – нуклоны. Протоны заряжены минимальным положительным зарядом. Нейтроны незаряжены. Масса протонов примерно равна массе нейтронов, но масса нейтронов больше.
Количество протонов в ядре ( Z) определяет заряд ядра и равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Количество нейтронов N= A-Z, где A – массовое число.

Изотопы – это ядра с одинаковым зарядом и с различной массой.
Ядерные силы – это силы, действующие в ядре между нуклонами, относящиеся к классу сильных взаимодействий.
Свойства ядерных сил:

  • силы притяжения,
  • сильное взаимодействие ( в 100 раз больше электромагнитного),
  • короткодействие ( на расстояниях ),
  • обменный характер ( нуклоны обмениваются П-мезонами),
  • свойство насыщения (каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов,
  • зарядовая независимость, нецентральные силы.

Капельная модель ядра основана на аналогии между поведением нуклонов в ядре и поведением молекул в капле жидкости. Модель хорошо объясняет неустойчивость больших ядер и механизм деления тяжелых ядер.


Протоны и нейтроны называются нуклонами. Нуклоны связаны друг с другом ядерными силами.
Ядерные силы (по определению Юкава) – это

  1. силы, которые намного превосходят силы Кулона и гравитации;
  2. силы, которые обладают свойством близкодействия, т.к. действуют на малом расстоянии ?
  3. Нуклоны взаимодействуют только с вокруг находящимися другими нуклонами.

Механическая модель взаимодействия: твёрдые шарики, покрытые клеем, которые притягиваются только к рядом расположенным шарикам.    

  1. всегда силы притяжения;
  2. имеют обменную природу;
  3. При ядерном взаимодействии нуклоны обмениваются друг с другом -мезонами:

                      
- мезоны бывают положительными, отрицательными и нейтральными. За счёт обмена - мезонами происходит связь между протонами и нейтронами.

Энергия связи атомного ядра.
В основе расчёта энергии связи атомного ядра лежит формула Эйнштейна:
.
Формула Эйнштейна показывает, что масса и энергия могут переходить друг в друга. Даже в состоянии покоя тело обладает внутренней энергией:
.
   , где   - дефект массы ядра; 
   , где  
- массовое число, равное общему числу нуклонов в атомном ядре;
- зарядовое число, равное числу протонов и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева.
 Энергия связи атомного ядра – это такая энергия, которую нужно затратить, чтобы разделить все нуклоны между собой.

Энергия связи и ядерные реакции

Энергия связи ядра – это энергия, необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны.  
mp  , mn  , mя – массы протона, нейтрона и масса ядра. - дефект массы ядра.
Удельная  энергия связи – это энергия связи, отнесенная к одному нуклону ( ).
Характеризует устойчивость атомных ядер: чем больше удельная энергия , тем устойчивее ядро. Значит, тяжелые и легкие ядра – менее устойчивые, поэтому энергетически выгодно:
1) деление тяжелых ядер, 2) слияние легких ядер.

1

Неустойчивость атомных ядер.
  Устойчивым называется атомное ядро, обладающее наименьшей энергией по сравнению с энергиями всех возможных ядер, в которые это ядро может превратиться. 
   , где   - атомные ядра.

   атомное ядро  будет устойчивым.