Atomsko jezgro. Otkrivene tajne

Moderna ideja o atomu, potvrđena radovima više naučnika i teoretičara dvadesetog veka, omogućava nam da sa visokim stepenom verovatnoće utvrdimo njegovu strukturu i prisustvo u sastavu različitih elementarnih čestica. Atomsko jezgro je centralni masivni deo atoma. Sastoji se od protona i neutrona, koji su dobili zajedničko ime - nukleoni. Najveći deo atoma (99,95%) je koncentrisan u svom jezgru. Njegova veličina je zanemarljiva, a električni naboj je pozitivan i predstavlja višestruki apsolutni naboj jednog elektrona.

Po broju elektrona ili punjenju atomskog jezgra može se odrediti pojedinačna svojstva elementa. Ovaj broj odgovara njegovom rednom broju u periodičnoj tablici.

Otkrivanje atomskog jezgra je zasluga E. Rutherforda, njegovi eksperimenti 1911. godine sa rasipanjem a-čestica tokom njihovog prolaska kroz supstancu omogućili su da se opiše konstrukcija atoma sa velikom vjerovatnoćom.

Kao osnova uzeto je atomsko jezgro vodonika, a osnovna čestica, koja je osnova jezgra drugih hemijskih elemenata, dobila je ime po protonu 1920. godine. Ali protonsko-elektronska struktura atoma imala je niz nedostataka i nije objašnjavala mnoge fizičke pojave.

Po opisu sastava jezgra, nauka o elementarnim česticama se blisko približila nakon otkrića neutrona. Godine 1932. J. Chadwick, W. Heisenberg i D. Ivanenko su pretpostavili prisustvo u jezgru čestice sa neutralnim punjenjem. A građevinski materijal, iz kojeg se sastoji atomsko jezgro, predstavljaju protone i neutrone. Broj nukleona određuje maseni broj elementa.

Supstance koje imaju isti broj protona u jezgru (punjenje jezgra) nazivaju se izotopi. Izotoni su supstance koje imaju isti broj neutrona. Supstance sa istim brojem nukleona su izobari.

Fizika atomskog jezgra pretpostavlja prisustvo manjih kompozitnih "cigli" za neutron i protone. Kvarkovi, gluoni i mezonska polja formiraju kompleksni sistem - atomsko jezgro. Dalji opis kompleksnih međusobnih odnosa elementarnih čestica pretpostavlja se pomoću kvantne hromodinamike.

Pitajući o stabilnosti jezgra, koja uključuje i čestice koje nemaju električni naboj (neutrone) ili pozitivno napunjene protone, naučnici su došli do zaključka da u jezgru postoje posebno aktivne nuklearne sile koje se razlikuju od elektromagnetnih i gravitacionih.

Uticaj ovih snaga strogo je ograničen daljinom, oni se odnose na sile kratkog dometa i ograničene su malim spektrom akcija.

Za nuklearno- jezgro nabore , nuklearne sile pokazuju značajnu nezavisnost. Apsolutno različite čestice privlače se. Ova pojava se jasno manifestuje kada se poredi energija vezivanja ogledala. Ovo ime je dato nukleima sa istim brojem nukleona, ali samo broj protona u jednom odgovara broju neutrona u drugom i obrnuto. Primjer može biti jezgra helijuma i tritija (teški vodonik).

U procesu nukleacije se javljaju i neuobičajeni fenomeni . Ako izračunamo masu jezgra i odvojeno masu elemenata u njegovom sastavu, onda je masa jezgra manja. Ovaj efekat se objašnjava oslobađanjem energije u procesu nuklearne sinteze, koja je nazvana energija vezivanja atomskih jezgara. Numerički, može se odrediti izračunavanjem količine posla koji će se morati učiniti da se jezgro razdvoji u sastavne elemente (nukleone), a da im ne kaže određena kinetička energija.

U vezi s tim uveden je koncept specifične energije vezivanja jezgra. Izračunava se u numeričkom ekvivalentu po jednom nukleonu, koji je u proseku 8 MeV / nukleona. Kako se broj nukleona u jezgru povećava, energija vezivanja se smanjuje.

Odnos broja protona i neutrona koristi se kao kriterijum za stabilnost atomskih jezgara.