Состав и характеристики атомного ядра

Атомное ядро состоит из элементарных частиц – протонов и нейтронов, которые называются нуклонами.

Протон () – ядро атома водорода, имеет положительный заряд, равный заряду электрона, и массу покоя

,

где кг – масса покоя электрона.

Нейтрон () – нейтральная частица с массой покоя, примерно равной массе покоя протона. В свободном состоянии нейтрон не стабилен. Он распадается по схеме:

,

где – антинейтрино, масса антинейтрино равна нулю. Период полураспада мин.

Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом . Заряд ядра равен , где – зарядовое число, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Менделеева. Очевидно, что число нейтронов в ядре . Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: .

Поскольку атом нейтрален, заряд ядра определяет и число электронов в атоме. От этого зависит и распределение их по состояниям в атоме, от чего, в свою очередь, зависят химические свойства атома.

Ядра с одинаковыми , но разными называются изотопами. Например, водород имеет три изотопа: -протий (), -дейтерий (), -тритий (). Ядра с одинаковыми , но разными называются изобарами. Если у ядер одинаковое число нейтронов , то такие ядра называются изотонами, а ядра с одинаковым периодом полураспада – называются изомерами.

Радиус ядра определяется приближённой формулой:

м,

где – массовое число.

Из этой формулы вытекает, что объём ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Следовательно, плотность ядерного вещества примерно одинакова для всех ядер ( кг/м³).

В ядерной физике принята единица измерения массы – одна атомная единица массы – а.е.м. кг. Кроме этого принято выражать массы элементарных частиц через их энергии, согласно формуле Эйнштейна . При этом масса покоя протона МэВ, масса покоя электрона МэВ.