Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная реакция. Условия его существования. Термоядерные реакции.

Атомное ядро это положительно заряженная центральная часть атома, в которой сосредоточена вся масса атома.

Атомное ядро любого химического элемента (кроме атома водорода) состоит из протонов и нейтронов. Протон и нейтрон – два зарядовых состояний ядерной частицы, называемый нуклоном. Протон обладает электрическим зарядом q = 1,6 · 10^-19Кл, масса m = 1,6726 · кг, масса электрона m_е ≈ 1836, нейтрон не имеет заряда (q = 0), масса m = 1,6749 · кг, масса электрона m_е ≈ 1839.

Общее название атомных ядер, различающихся числом протонов и нейтронов называют нуклидами.

Зарядное число Z равно числу протонов в ядре, совпадает с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Д.И.Менделеева.

Массовое число А = Z + N равное числу нуклонов в ядре (число протонов Z и нейтронов N).

Заряд ядра +Zе, так как атом нейтрален, заряд ядра определяет и число электронов в атоме.

Пример: Символически ядро записывается Запишем для кислорода , А = 16 (в ядре 16 нуклонов), Z = 8 (в ядре 8 протонов), N = А – Z = 8 (в ядре 8 нейтронов).

Атомные ядра одного и того же элемента с одинаковым числом протонов называют изотопами. Изотопы имеют одинаковое число протонов (Z), но разное число нуклонов (А). Например: .

Атомные ядра различных элементов с одинаковым массовым числом А называются изобарами. Изобары имеют одинаковое число нуклонов (А), но разное число нейтронов (Z). Например:

Атомные ядра различных элементов с одинаковым числом нейтронов N называются изотонами. Изотоны имеют одинаковые нейтроны (N), но разные число протонов (Z) и нуклонов (А). Например:

Энергия, необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны называется ядерной. Е_св = (Zm_p + (A – Z)m_п - m_я)с²;

Е_св = (Zm_н + (A – Z)m_п - m)с²;

Где m_р, m_п, m_я – соответственно масса протона, нейтрона и ядра;m_н – масса атома водорода m – масса атома.

Дефектом массы ядра называется величина, на которую уменьшается масса всех нуклонов при образовании из них атомного ядра.

Особые специфические силы, действующие в ядре между нуклонами, называются ядерными. Они относятся к классу сильных взаимодействий.

Ядерные силы обладают следующими свойствами:

1) являются короткодействующими силами

- действие ядерных сил проявляется на расстоянии 10^-15м.

- при увеличении расстояния между нуклонами ядерные силы быстро уменьшаются до нуля.

- при расстояниях, меньших их радиуса действия, примерно в сто раз больше кулоновских сил, действующих между протонами на том же расстоянии.

2) являются силами притяжения.

3) им свойственна зарядовая независимость: ядерные силы одинаковы при действии двух протонов, двух нейтронов или протона и нейтрона. Отсюда следует, что ядерные силы имеют неэлектростатическую природу.

4) для них характерна насыщение, т.екаждый нуклон в ядре взаимодействует только ограниченным числом ближайших к нему нуклонов.

5) не являются центральными, т.е. действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.

Энергия связи ядра это энергия, необходимая для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны.Е_св= , где

+ N где Z – число протонов, – масса протонов, N - число нейтронов, - масса нейтронов, М_я – масса ядра.

Удельная энергия связи это энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра.

Цепная ядерная реакция это ядерная реакция, в котором частицы, вызывающие реакцию, образуют как продукты этой реакции. Отношение числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем есть коэффициент размножения. Необходимое условие для развития цепной реакции: коэффициент размножения должен быть k ≥ 1.

Реакция, при котором число нейтронов с течением времени не изменяется (k = 1)-цепная ядерная реакция является, самоподдерживающей. Реакция, при котором, число делений непрерывно растет и реакция может стать взрывной (k 1) - цепная ядерная реакция является, развивающейся. Реакция, при котором число нейтронов с течением времени уменьшается (k 1) - цепная ядерная реакция является, затухающим. Например, взрыв атомной бомбы говорит, что цепная ядерная реакция является, неуправляемой. Управление цепной ядерной реакции осуществляется в ядерных реакторах.

Термоядерная реакция это реакция синтеза легких атомных ядер в более тяжелые, происходящая при сверхвысокой температуре (10⁷К и выше). Впервые искусственная термоядерная реакция осуществлена в нашей стране 1953г., затем через полгода, в США в виде взрыва водородной (термоядерной) бомбы, являющейся неуправляемой реакцией. Особый интерес представляет управляемая термоядерная реакция, для обеспечения которой необходимо создание и поддержание в ограниченном объеме температуры порядке 10⁸К. Основной путь в этом направлении, удержании плазмы в ограниченном объеме осуществляется сильными магнитными полями специальной формы.

Задача. Площадь каждой обкладки конденсатора Ѕ=30см², ее заряд Q=1нКл. Определите расстояние d между обкладками конденсатора, если разность потенциалов между ними U=90B. Пространство между обкладками заполнено слюдой (ε=7).

Билет № 25