Kladionica Fonbet zauzima vodeću poziciju u pružanju ovih usluga. Ima dobru reputaciju i prepoznatljiv je po tome što je prvi prihvatio online opklade. Najveći portal za igre ima i druge službene resurse. Korisnici će moći da se klade na sport čak i ako je sajt blokiran.
Idi do ogledala
Šta je ogledalo kako se registrovati na ogledalu
BC Fonbet ima resurse u svim aspektima koji su u skladu sa zakonskim normama. Za korisnike koji žele, kao i do sada, da imaju pristup ličnom nalogu u com domenu, kompanija je kreirala sve neophodni uslovi, omogućavajući pristup stranici. Ovo uvelike pojednostavljuje rad zbog novca na računu koji je dostupan na vašem ličnom računu. Neće biti izgubljeni zbog blokiranja stranice.
Ako korisnik naiđe na poteškoće u pristupu stranici, onda mora otići do ogledala. Ova opcija je tražena, kao što pokazuje praksa. Funkcionalno Fonbet ogledalo je uobičajen zahtjev na Internet lokacijama koje su posvećene klađenju u Rusiji.
Zašto je glavna stranica blokirana?
To je zbog problema sa zakonodavstvom u informacionom prostoru. S tim u vezi, Roskomnadzor blokira resurse ureda. Iz tih razloga, domen periodično nestaje, ali se zahvaljujući ogledalu ponovo pojavljuje. Zbog toga portal izgleda pristojno u poređenju sa ostalima.
Korisnik može lako pronaći alternativnu adresu. To se može učiniti ako odete na bilo koji forum koji pokriva aktivnosti kladionice i odlučite se za trenutnu opciju za pristup ogledalu. Prilikom kontaktiranja službe tehničke podrške, klijent brzo dobija potrebne varijacije za ulazak na portal. Istovremeno, njihova funkcionalnost je identična, što klijentu pruža sve ključne alate za izradu prognoze ishoda sportskih takmičenja. Fonbet ogledalo omogućava korisniku da radi u dostupnim režimima.
Korisnik također može obavljati aktivnosti na mreži. Uz pomoć klađenja uživo proširuju se taktičke komponente za prognozera. Ovo vam omogućava da prilagodite opklade tokom utakmice u skladu sa analizom toka utakmice.
Kako se registrovati na ogledalu
Procedura registracije je prilično jednostavna. Glavni uslov je da imate više od 18 godina. Važna stvar je da tačno popunite sva polja osim polja „Promotivni kod“. Ovo će vam omogućiti da izbjegnete poteškoće ako trebate vratiti svoj račun.
Prilikom registracije morate obratiti posebnu pažnju na sljedeće ključne tačke:
- Podaci. Moraju biti precizno uneseni kako bi se izbjegli problemi sa web lokacijom.
- Valuta. Klijent ima različite opcije za izbor: američki dolar, bjeloruska rublja. Vrijedi se odlučiti za valutu koja će vam omogućiti da jednostavno dopunite svoj depozit.
- Registrujte nalog putem telefona. Za registraciju možete pozvati broj telefona koji je naveden na web stranici. Ovo će uvelike pojednostaviti proceduru za korisnika.
Možete koristiti uslugu Fonbet koristeći svoj pametni telefon. Mobilna verzija vam omogućava da lako koristite radno Fonbet ogledalo, koje je identično službenom resursu. Koristeći mobilnu verziju, korisniku je omogućen ugodan ritam igranja.
U kojoj, umjesto nukleona, druge čestice služe kao jezgro.
Broj protona u jezgru naziva se broj naboja Z (\displaystyle Z)- ovaj broj je jednak serijskom broju elementa kojem atom pripada u tabeli (periodičnoj tablici elemenata) Mendeljejeva. Broj protona u jezgru određuje strukturu elektronske ljuske neutralnog atoma, a samim tim i hemijska svojstva odgovarajućeg elementa. Broj neutrona u jezgru se naziva njegovim izotopski broj N (\displaystyle N). Jezgra sa istim brojem protona i različitim brojem neutrona nazivaju se izotopi. Jezgra sa istim brojem neutrona, ali različitim brojem protona nazivaju se izotonima. Termini izotop i izoton se također koriste za označavanje atoma koji sadrže ova jezgra, kao i za karakterizaciju nehemijskih varijanti jednog hemijskog elementa. Ukupan broj nukleona u jezgru naziva se njegovim masenim brojem A (\displaystyle A) (A = N + Z (\displaystyle A=N+Z)) i približno je jednaka prosječnoj atomskoj masi naznačenoj u periodnom sistemu. Nuklidi sa istim masenim brojem, ali različitim protonsko-neutronskim sastavom obično se nazivaju izobare.
Kao i svaki kvantni sistem, jezgra mogu biti u metastabilnom pobuđenom stanju, a u nekim slučajevima životni vijek takvog stanja se računa u godinama. Takva pobuđena stanja jezgara nazivaju se nuklearni izomeri.
Priča
Rasipanje naelektrisanih čestica može se objasniti pretpostavkom da se atom sastoji od centralnog električnog naboja koncentrisanog u tački i okruženog jednoličnom sfernom distribucijom suprotnog elektriciteta jednake veličine. Kod ovakvog rasporeda atoma, α- i β-čestice, kada prolaze na bliskoj udaljenosti od centra atoma, doživljavaju velika odstupanja, iako je vjerovatnoća takvog odstupanja mala.
Tako je Rutherford otkrio atomsko jezgro i od tog trenutka počela je nuklearna fizika, proučavajući strukturu i svojstva atomskih jezgara.
Nakon otkrića stabilnih izotopa elemenata, jezgru najlakšeg atoma dodijeljena je uloga strukturne čestice svih jezgara. Od 1920. godine jezgro atoma vodika ima službeni naziv - proton. Godine 1921. Lise Meitner je predložila prvi protonsko-elektronski model strukture atomsko jezgro, prema kojem se sastoji od protona, elektrona i alfa čestica:96. Međutim, 1929. godine dogodila se “azotna katastrofa” – W. Heitler i G. Herzberg su ustanovili da jezgro atoma dušika pokorava Bose-Einstein statistici, a ne Fermi-Dirac-ovoj statistici, kako je predviđao model proton-elektrona: 374 . Tako je ovaj model došao u sukob s eksperimentalnim rezultatima mjerenja spinova i magnetnih momenata jezgara. James Chadwick je 1932. godine otkrio novu električno neutralnu česticu nazvanu neutron. Iste godine, Ivanenko i, nezavisno, Heisenberg, postavili su hipotezu o protonsko-neutronskoj strukturi jezgra. Kasnije, razvojem nuklearne fizike i njene primjene, ova hipoteza je u potpunosti potvrđena.
Teorije strukture atomskog jezgra
U procesu razvoja fizike, postavljane su različite hipoteze o strukturi atomskog jezgra; međutim, svaki od njih je sposoban da opiše samo ograničen skup nuklearnih svojstava. Neki modeli se mogu međusobno isključiti.
Najpoznatije su sljedeće:
- Kapljični model jezgra - koji je 1936. predložio Niels Bohr.
- Shell model jezgra - predložen 30-ih godina 20. stoljeća.
Nuklearne fizičke karakteristike
Naboje atomskih jezgara prvi je odredio Henry Moseley 1913. godine. Naučnik je tumačio svoja eksperimentalna zapažanja zavisnošću talasne dužine rendgenskih zraka o određenoj konstanti Z (\displaystyle Z), varira za jedan od elementa do elementa i jednako jedan za vodonik:
1 / λ = a Z − b (\displaystyle (\sqrt (1/\lambda))=aZ-b), GdjeA (\displaystyle a) I b (\displaystyle b)- trajno.
Iz čega je Moseley zaključio da atomska konstanta pronađena u njegovim eksperimentima, koja određuje valnu dužinu karakterističnog rendgenskog zračenja i poklapa se s atomskim brojem elementa, može biti samo naboj atomskog jezgra, koji je postao poznat kao Moseleyjev zakon .
Težina
Zbog razlike u broju neutrona A − Z (\displaystyle A-Z) izotopi elementa imaju različite mase M (A, Z) (\displaystyle M(A,Z)), što je važna karakteristika kernela. U nuklearnoj fizici, masa jezgara se obično mjeri u jedinicama atomske mase ( A. e.m.), za jedan a. e.m. uzeti 1/12 mase 12 C nuklida. Treba napomenuti da je standardna masa koja se obično daje za nuklid masa neutralnog atoma. Da biste odredili masu jezgra, morate oduzeti zbir masa svih elektrona od mase atoma (točnija vrijednost će se dobiti ako uzmete u obzir i energiju vezivanja elektrona s jezgrom) .
Osim toga, energetski ekvivalent mase često se koristi u nuklearnoj fizici. Prema Ajnštajnovoj relaciji, svaka vrednost mase M (\displaystyle M) odgovara ukupna energija:
E = M c 2 (\displaystyle E=Mc^(2)), Gdje c (\displaystyle c)- brzina svjetlosti u vakuumu.Odnos između a. e.m. i njegov energetski ekvivalent u džulima:
E 1 = 1.660 539 ⋅ 10 − 27 ⋅ (2.997 925 ⋅ 10 8) 2 = 1.492 418 ⋅ 10 − 10 (\displaystyle E_(1)=1(,)660539\c(dot27\c) (,)997925\cdot 10^(8))^(2)=1(,)492418\cdot 10^(-10)), E 1 = 931,494 (\displaystyle E_(1)=931(,)494).Radijus
Analiza raspada teških jezgara prečistila je Rutherfordovu procjenu i povezala polumjer jezgra s masenim brojem jednostavnom relacijom:
R = r 0 A 1 / 3 (\displaystyle R=r_(0)A^(1/3)),gdje je konstanta.
Budući da radijus jezgra nije čisto geometrijska karakteristika i povezan je prvenstveno s radijusom djelovanja nuklearnih sila, tada je vrijednost r 0 (\displaystyle r_(0)) zavisi od procesa tokom čije analize je dobijena vrednost R (\displaystyle R), prosječna vrijednost r 0 = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 (\displaystyle r_(0)=1(,)23\cdot 10^(-15)) m, dakle radijus jezgra u metrima:
R = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 A 1 / 3 (\displaystyle R=1(,)23\cdot 10^(-15)A^(1/3)).
Kernel moments
Poput nukleona koji ga čine, jezgro ima svoje momente.
Spin
Budući da nukleoni imaju svoj mehanički moment, ili spin, jednak 1 / 2 (\displaystyle 1/2), tada i jezgra moraju imati mehaničke momente. Osim toga, nukleoni sudjeluju u jezgru u orbitalnom kretanju, koje je također karakterizirano određenim kutnim momentom svakog nukleona. Orbitalni momenti imaju samo cjelobrojne vrijednosti ℏ (\displaystyle \hbar )(Dirakova konstanta). Svi mehanički momenti nukleona, i spin i orbitalni, sumirani su algebarski i čine spin jezgra.
Unatoč činjenici da broj nukleona u jezgri može biti vrlo velik, nuklearni spinovi su obično mali i ne iznose više od nekoliko ℏ (\displaystyle \hbar ), što se objašnjava posebnošću interakcije istoimenih nukleona. Svi upareni protoni i neutroni međusobno djeluju samo na način da se njihovi spinovi međusobno poništavaju, odnosno parovi uvijek djeluju s antiparalelnim spinovima. Ukupni orbitalni moment para je također uvijek nula. Kao rezultat toga, jezgre koje se sastoje od parnog broja protona i parnog broja neutrona nemaju mehanički moment. Spinovi različiti od nule postoje samo za jezgra koja sadrže nesparene nukleone, spin takvog nukleona se zbraja sa njegovim orbitalnim momentom i ima neku polucijelu vrijednost: 1/2, 3/2, 5/2. Neparno-neparna jezgra imaju cjelobrojne spinove: 1, 2, 3, itd.
Magnetski trenutak
Mjerenje spinova omogućeno je prisustvom magnetnih momenata koji su direktno povezani s njima. One se mjere u magnetonima i za različite jezgre jednake su -2 do +5 nuklearnih magnetona. Zbog relativno velike mase nukleona, magnetni momenti jezgara su vrlo mali u odnosu na magnetne momente elektrona, što njihovo mjerenje čini znatno težim. Kao i spinovi, magnetni momenti se mjere spektroskopskim metodama, a najpreciznija je nuklearna magnetna rezonanca.
Magnetski moment par-parova, poput spina, je nula. Magnetski momenti jezgara sa nesparenim nukleonima formiraju se unutrašnjim momentima ovih nukleona i momentom povezanim sa orbitalnim kretanjem nesparenog protona.
Električni kvadrupolni moment
Atomska jezgra čiji je spin veći od ili jednako jedan, imaju kvadrupolne momente različite od nule, što ukazuje da nisu baš sfernog oblika. Kvadrupolni moment ima predznak plus ako je jezgro izduženo duž ose spina (fusiformno tijelo), a znak minus ako je jezgro produženo u ravni okomitoj na os spina (lentikularno tijelo). Poznate su jezgre sa pozitivnim i negativnim kvadrupolnim momentima. Odsustvo sferne simetrije u električnom polju koje stvara jezgro sa kvadrupolnim momentom različitom od nule dovodi do stvaranja dodatnih energetskih nivoa atomskih elektrona i pojave u spektrima atoma linija hiperfine strukture, među kojima rastojanja zavise od kvadrupolni moment.
Energija komunikacije
Stabilnost jezgara
Iz činjenice da se prosječna energija vezivanja smanjuje za nuklide s masenim brojem većim ili manjim od 50-60, slijedi da za jezgra sa malim A (\displaystyle A) proces fuzije je energetski povoljan - termonuklearna fuzija, koja dovodi do povećanja masenog broja, a za jezgra sa velikim A (\displaystyle A)- proces podjele. Trenutno se odvijaju oba ova procesa koji dovode do oslobađanja energije, pri čemu je ovaj drugi temelj moderne nuklearne energije, a prvi je u razvoju.
Detaljne studije su pokazale da stabilnost jezgara takođe značajno zavisi od parametra N/Z (\displaystyle N/Z)- odnos broja neutrona i protona. U prosjeku za najstabilnija jezgra N / Z ≈ 1 + 0,015 A 2 / 3 (\displaystyle N/Z\približno 1+0,015A^(2/3)), stoga su jezgra lakih nuklida najstabilnija na N ≈ Z (\displaystyle N\približno Z), a sa povećanjem masenog broja, elektrostatičko odbijanje između protona postaje sve primjetnije, a područje stabilnosti se pomiče prema N>Z (\displaystyle N>Z)(vidi sliku sa objašnjenjem).
Ako pogledate tabelu stabilnih nuklida pronađenih u prirodi, možete obratiti pažnju na njihovu raspodjelu po parnim i neparnim vrijednostima Z (\displaystyle Z) I N (\displaystyle N). Sva jezgra sa neparnim vrijednostima ovih veličina su jezgra lakih nuklida 1 2 H (\displaystyle ()_(1)^(2)(\textrm (H))), 3 6 Li (\displaystyle ()_(3)^(6)(\textrm (Li))), 5 10 B (\displaystyle ()_(5)^(10)(\textrm (B))), 7 14 N (\displaystyle ()_(7)^(14)(\textrm (N))). Među izobarama sa neparnim A, po pravilu je samo jedna stabilna. U slučaju čak A (\displaystyle A)često postoje dvije, tri ili više stabilnih izobara, pa su parne i parne najstabilnije, a neparne najmanje stabilne. Ovaj fenomen ukazuje na to da i neutroni i protoni teže grupiranju u parove sa antiparalelnim spinovima, što dovodi do narušavanja glatkoće gore opisane zavisnosti energije vezivanja od A (\displaystyle A) .
Dakle, paritet broja protona ili neutrona stvara određenu granicu stabilnosti, što dovodi do mogućnosti postojanja nekoliko stabilnih nuklida, koji se razlikuju po broju neutrona za izotope i broju protona za izotone. . Takođe, paritet broja neutrona u sastavu teških jezgara određuje njihovu sposobnost fisije pod uticajem neutrona.
Nuklearne sile
Nuklearne sile su sile koje drže nukleone u jezgru, koje predstavljaju velike privlačne sile koje djeluju samo na kratkim udaljenostima. Imaju svojstva zasićenja, pa se nuklearnim silama pripisuje razmjenski karakter (uz pomoć pi mezona). Nuklearne sile zavise od spina, nezavisne su od električnog naboja i nisu centralne sile.
Nivoi kernela
Za razliku od slobodnih čestica, za koje energija može poprimiti bilo koju vrijednost (tzv. kontinuirani spektar), vezane čestice (tj. čestice čija je kinetička energija manja od apsolutne vrijednosti potencijalne energije), prema kvantnoj mehanici, mogu biti samo u stanjima sa određenim diskretnim vrijednostima energije, takozvanim diskretnim spektrom. Pošto je jezgro sistem vezanih nukleona, ono ima diskretni energetski spektar. Obično se nalazi u svom najnižem energetskom stanju, tzv main. Ako prenesete energiju na jezgro, ono će ući uzbuđeno stanje.
Lokacija energetskih nivoa jezgra kao prva aproksimacija:
D = a e − b E∗ (\displaystyle D=ae^(-b(\sqrt (E^(*))))), Gdje:D (\displaystyle D)- prosječna udaljenost između nivoa,
E∗ (\displaystyle E^(*))- nuklearna energija pobude,
A (\displaystyle a) I b (\displaystyle b)- konstantni koeficijenti za dato jezgro:
A (\displaystyle a)- prosječna udaljenost između prvih pobuđenih nivoa (za laka jezgra približno 1 MeV, za teška - 0,1 MeV)
B (\displaystyle b)- konstanta koja određuje brzinu koncentracije nivoa sa povećanjem energije pobude (za laka jezgra približno 2 MeV −1/2, za teška jezgra - 4 MeV −1/2).
Sa povećanjem energije pobude, nivoi se brže približavaju u teškim jezgrima, a gustina nivoa zavisi i od pariteta broja neutrona u jezgru. Za jezgra sa parnim (posebno magičnim) brojem neutrona, gustina nivoa je manja nego za jezgra sa neparnim pri jednakim energijama pobuđivanja, prvi pobuđeni nivo u jezgru sa parnim brojem neutrona nalazi se više nego u jezgru sa parnim brojem neutrona; neparan broj.
Jezgro može ostati u svim pobuđenim stanjima samo određeno vrijeme, sve dok se pobuda ne ukloni na ovaj ili onaj način. Stanja čija je energija pobude manja od energije veze čestice ili grupe čestica u datom jezgru nazivaju se povezane; u ovom slučaju, ekscitacija se može ukloniti samo gama zračenjem. Stanja sa energijom pobude koja premašuje energiju vezivanja čestica nazivaju se kvazistacionarni. U tom slučaju, jezgro može emitovati česticu ili gama zrake.
IN kasno XIX- početkom 20. veka fizičari su dokazali da je atom složena čestica i da se sastoji od jednostavnijih (elementarnih) čestica. Otkriveno je:
katodni zraci ( engleski fizičar J. J. Thomson, 1897), čije su čestice nazvane elektroni e - (nose jedinični negativni naboj);
· prirodna radioaktivnost elemenata (francuski naučnici - radiohemičari A. Becquerel i M. Sklodowska-Curie, fizičar Pierre Curie, 1896) i postojanje α-čestica (jezgra helijuma 4 He 2 +);
· prisustvo pozitivno naelektrisanog jezgra u centru atoma (engleski fizičar i radiohemičar E. Rutherford, 1911);
· veštačka transformacija jednog elementa u drugi, na primer azota u kiseonik (E. Rutherford, 1919). Od jezgra atoma jednog elementa (azota - u Rutherfordovom eksperimentu), sudarom sa α-česticom nastalo je jezgro atoma drugog elementa (kiseonika) i nova čestica koja nosi jedinični pozitivan naboj i tzv. proton (p+, 1H jezgro)
· prisustvo u jezgru atoma električno neutralnih čestica - neutrona n 0 (engleski fizičar J. Chadwick, 1932). Kao rezultat istraživanja, ustanovljeno je da atom svakog elementa (osim 1H) sadrži protone, neutrone i elektrone, pri čemu su protoni i neutroni koncentrirani u jezgru atoma, a elektroni na njegovoj periferiji (u elektronskoj ljusci) .
Elektroni se obično označavaju na sljedeći način: e − .
Elektroni e su vrlo lagani, gotovo bestežinski, ali imaju negativ električni naboj. To je jednako -1. Električna struja koju svi koristimo je tok elektrona koji trče u žicama.
Neutroni se označavaju na sljedeći način: n 0, a protoni na sljedeći način: p +.
Neutroni i protoni su gotovo identični po masi.
Broj protona u jezgru jednak je broju elektrona u ljusci atoma i odgovara serijskom broju ovog elementa u periodnom sistemu.
Atomsko jezgro
Centralni dio atoma, u kojem je koncentrisana većina njegove mase i čija struktura određuje kemijski element kojem atom pripada.
Atomsko jezgro se sastoji od nukleona - pozitivno nabijenih protona p + i neutralni neutroni n 0, koji su međusobno povezani jakom interakcijom. Atomsko jezgro, koje se smatra klasom čestica sa određenim brojem protona i neutrona, često se naziva nuklidom.
Broj protona u jezgru naziva se njegov broj naboja Z - ovaj broj je jednak atomskom broju elementa kojem atom pripada u periodnom sistemu.
Broj neutrona u jezgru je označen slovom N, a broj protona slovom Z. Ovi brojevi su međusobno povezani jednostavnim omjerom:
Ukupan broj nukleona u jezgru naziva se njegov maseni broj A = N + Z i približno je jednak prosječnoj masi atoma prikazanoj u periodnoj tablici.
Atomska jezgra sa istim brojem protona i različitim brojem neutrona nazivaju se izotopi.
Mnogi elementi imaju jedan prirodni izotop, na primjer, Be, F, Na, Al, P, Mn, Co, I, Au i neki drugi. Ali većina elemenata ima dva ili tri najstabilnija izotopa.
na primjer:
Atomska jezgra sa istim brojem neutrona, ali različitim brojem protona nazivaju se izotonima.
Atomi različitih elemenata sa istom atomskom masom-A nazivaju se izobare.
Sadržaj članka
STRUKTURA ATOMSKOG JEZRA. Jezgro je središnji dio atoma. U njemu su koncentrirani pozitivni električni naboj i najveći dio mase atoma; U poređenju sa radijusom elektronskih orbita, dimenzije jezgra su izuzetno male: 10–15–10–14 m Jezgra svih atoma sastoje se od protona i neutrona, koji imaju skoro istu masu, ali samo proton nosi. električni naboj. Ukupan broj protona naziva se atomski broj Z atom, koji odgovara broju elektrona u neutralnom atomu. Nuklearne čestice (protoni i neutroni), nazvane nukleoni, drže zajedno vrlo jake sile; Po svojoj prirodi, ove sile ne mogu biti ni električne ni gravitacijske, a po veličini su za mnogo redova veličine veće od sila koje vezuju elektrone za jezgro.
Prva ideja o prava veličina jezgre su dobijene Rutherfordovim eksperimentima o raspršivanju alfa čestica u tankim metalnim folijama. Čestice su duboko prodrle kroz elektronske ljuske i bile su odbijene dok su se približavale naelektrisanom jezgru. Ovi eksperimenti su jasno ukazali na malu veličinu centralnog jezgra i ukazali na metodu za određivanje nuklearno punjenje. Rutherford je otkrio da se alfa čestice približavaju centru pozitivnog naboja na udaljenosti od približno 10-14 m, što mu je omogućilo da zaključi da je to najveći mogući polumjer jezgra.
Na osnovu takvih pretpostavki, Bohr je izgradio svoju kvantnu teoriju atoma, koja je uspješno objasnila diskretne spektralne linije, fotoelektrični efekat, x-zrake i periodni sistem elemenata. Međutim, u Borovoj teoriji jezgro se smatralo pozitivnim tačkastim nabojem.
Ispostavilo se da su jezgra većine atoma ne samo vrlo mala, već takva sredstva pobuđivanja nisu imala nikakav utjecaj na njih optički fenomeni, kao što je lučno pražnjenje, plamen itd. Indikacija prisutnosti određene unutrašnje strukture jezgra bilo je otkriće radioaktivnosti 1896. od strane A. Becquerela. Ispostavilo se da uranijum, pa radijum, polonijum, radon itd. emituju ne samo kratke talase elektromagnetno zračenje, X-zrake i elektrone (beta-zrake), ali i teže čestice (alfa-zrake), a one mogu doći samo iz masivnog dijela atoma. Rutherford je u svojim eksperimentima raspršenja koristio radij alfa čestice, koje su poslužile kao osnova za formiranje ideja o nuklearnom atomu. (U to vrijeme se znalo da su alfa čestice atomi helijuma lišeni svojih elektrona; ali na pitanje zašto ih neki teški atomi spontano emituju još nije odgovoreno, niti je postojala tačna ideja o veličini jezgra.)
Otkriće izotopa.
Mjerenja masa "kanalnih zraka" koje su izvršili J. Thomson, F. Aston i drugi istraživači pomoću naprednijih masenih spektrometara i sa većom preciznošću dala su ključ za strukturu jezgra, kao i atoma u cjelini. . Na primjer, mjerenja omjera naboja i mase su pokazala da se čini da je naboj na jezgri vodika jedinični pozitivan naboj, numerički jednak naboju elektrona i masi m str = 1837m e, Gdje m e– masa elektrona. Helijum je mogao proizvesti ione sa dvostrukim nabojem, ali njegova masa je bila 4 puta veća od mase vodonika. Stoga je hipoteza koju je prethodno iznio W. Prout da su svi atomi izgrađeni od atoma vodika ozbiljno poljuljana.
Uspoređujući masu atoma neona sa poznatim masama drugih elemenata na svom spektrografu mase, Thomson je 1912. neočekivano otkrio da umjesto jedne, neon odgovara dvije parabole. Proračuni masa čestica su pokazali da jedna od parabola odgovara česticama mase 20, a druga 22. Ovo je bio prvi dokaz da atomi određenog hemijskog elementa mogu imati različite masene brojeve. Pošto je utvrđeno da je izmjereni (prosječni) maseni broj 20,2, Thomson je sugerirao da se neon sastoji od dvije vrste atoma, 90% mase 20 i 10% mase 22. Pošto obje vrste atoma postoje u prirodi kao mješavina i ne mogu se kemijski razdvojiti da je maseni broj neona 20,2.
Prisustvo dvije vrste neonskih atoma sugerira da bi drugi elementi mogli biti mješavine atoma. Naknadna mjerenja masene spektrometrije pokazala su da je većina prirodnih elemenata mješavina od dvije do deset različitih vrsta atoma. Atomi istog elementa različite mase nazivaju se izotopi. Neki elementi imaju samo jedan izotop, što je zahtijevalo teorijsko objašnjenje, kao i činjenica o različitom obilju elemenata, kao i postojanje radioaktivnosti samo u određenim supstancama.
U vezi s otkrićem izotopa, pojavio se problem standardizacije, budući da su kemičari prethodno kao standard odabrali “kiseonik” (16.000.000 jedinica atomske mase) za koji se ispostavilo da je mješavina četiri izotopa. Kao rezultat toga, odlučeno je da se uspostavi "fizička" skala mase, u kojoj je najčešćem izotopu kisika dodijeljena vrijednost od 16,000000 amu. Međutim, 1961. godine postignut je sporazum između hemičara i fizičara, prema kojem je najčešćem izotopu ugljenika-12 dodeljeno 12.00000 amu. Budući da je broj atoma u 1 molu izotopa jednak Avogadrovom broju N 0, dobijamo
Imajte na umu da jedinica atomske mase uključuje masu jednog elektrona, a masa najlakšeg izotopa vodika je skoro 1% veća od 1 amu.
Otkriće neutrona.
Otkriće izotopa nije razjasnilo pitanje strukture jezgra. Do tada su bili poznati samo protoni - jezgra vodika i elektroni, pa je bilo prirodno pokušati objasniti postojanje izotopa raznim kombinacijama ovih pozitivno i negativno nabijenih čestica. Moglo bi se pomisliti da jezgra sadrže A protoni, gde A– maseni broj, i A-Z elektrona. U ovom slučaju, ukupni pozitivni naboj poklapa se sa atomskim brojem Z.
Tako jednostavna slika homogene jezgre isprva nije bila u suprotnosti sa zaključkom o maloj veličini jezgre koji je uslijedio iz Rutherfordovih eksperimenata. "Prirodni radijus" elektrona r 0 = e 2 /mc 2 (koji se dobija ako izjednačimo elektrostatičku energiju e 2 /r 0 naboja raspoređenog po sfernoj ljusci, vlastita energija elektrona mc 2) je r 0 = 2,82 × 10 –15 m Takav elektron je dovoljno mali da se nalazi unutar jezgra poluprečnika 10 –14 m, iako bi tamo bilo teško smjestiti veliki broj čestica. Godine 1920. Rutherford i drugi naučnici razmatrali su mogućnost stabilne kombinacije protona i elektrona koja proizvodi neutralnu česticu s masom od približno jednaka masa proton. Međutim, zbog nedostatka električnog naboja, takve čestice bi bilo teško otkriti. Malo je vjerovatno da bi mogli izbaciti elektrone sa metalnih površina, kao elektromagnetnih talasa sa fotoelektričnim efektom.
Samo deceniju kasnije, nakon što je prirodna radioaktivnost duboko proučavana i radioaktivno zračenje počelo da se široko koristi za izazivanje veštačke transformacije atoma, pouzdano je utvrđeno postojanje nove komponente jezgra. Godine 1930. W. Bothe i G. Becker sa Univerziteta u Giesenu ozračili su litijum i berilijum alfa česticama i snimili rezultirajuću prodornu radijaciju koristeći Geigerov brojač. Pošto na ovo zračenje nisu uticali električni i magnetna polja i imao je veliku prodornu moć, autori su zaključili da se emituje teško gama zračenje. Godine 1932. F. Joliot i I. Curie ponovili su eksperimente s berilijumom, propuštajući tako prodorno zračenje kroz parafinski blok. Otkrili su da protoni neuobičajeno visoke energije izlaze iz parafina i zaključili da su gama zraci raspršeni kroz parafin i proizveli protone. (1923. godine otkriveno je da se rendgenski zraci raspršuju elektronima, što daje Comptonov efekat.)
J. Chadwick je ponovio eksperiment. Takođe je koristio parafin i, koristeći jonizacionu komoru (slika 1), u kojoj je sakupljen naboj nastao kada su elektroni izbačeni iz atoma, izmerio opseg protona trzanja.
Čedvik je takođe koristio gas azota (u komori za oblake, gde se kapljice vode kondenzuju duž traga naelektrisane čestice) da apsorbuje zračenje i izmeri opseg atoma azota. Primjenjujući zakone održanja energije i impulsa na rezultate oba eksperimenta, došao je do zaključka da je detektovano neutralno zračenje Ne gama zračenje, već tok čestica čija je masa blizu mase protona. Chadwick je također pokazao da poznati izvori gama zračenja ne uništavaju protone.
Ovo je potvrdilo postojanje nove čestice, koja se sada zove neutron. Fisija metala berilijuma dogodila se na sljedeći način:
Alfa čestice 4 2 He (naboj 2, maseni broj 4) sudarile su se sa jezgrima berilijuma (naelektrisanje 4, maseni broj 9), što je rezultiralo ugljenikom i neutronom.
Otkriće neutrona bilo je važan korak naprijed. Uočene karakteristike jezgara sada se mogu tumačiti razmatranjem neutrona i protona kao sastavnih dijelova jezgara. Na sl. Slika 2 šematski prikazuje strukturu nekoliko lakih jezgara.
Sada je poznato da je neutron 0,1% teži od protona. Slobodni neutroni (izvan jezgra) podliježu radioaktivnom raspadu, postajući proton i elektron. Ovo podsjeća na originalnu hipotezu složene neutralne čestice. Međutim, unutar stabilnog jezgra, neutroni su vezani za protone i ne raspadaju se spontano.
Nuklearna komunikacija.
Prvobitna Proutova pretpostavka da sve atomske mase moraju biti višestruki od mase atoma vodika vrlo je bliska istini, posebno u odnosu na izotope. Odstupanja su izuzetno mala, uvijek ne više od 1%, au većini slučajeva ne više od 0,1%. Dovedeno je do detaljnog proučavanja masa izotopa najvišeg stepena savršenstvo: greška mjerenja trenutno, po pravilu, ne prelazi nekoliko milionitih dijelova.
Utvrđeno je da se broj neutrona približno poklapa sa brojem protona u atomu, tj.
U stvarnosti, teža jezgra imaju višak neutrona. Budući da je neutron nenabijen, sile koje drže neutrone i protone u jezgri nisu elektrostatičke prirode; Osim toga, slični naboji se odbijaju. Činjenica da je jezgra vrlo teško razdvojiti ukazuje na postojanje velike sile nuklearna privlačnost. Uprkos malim udaljenostima, gravitaciono privlačenje između nukleona je i dalje preslabo da bi osiguralo stabilnost jezgra.
Prema Ajnštajnu, ukupna energija izolovanog sistema je očuvana, a masa je oblik energije: E = mc 2. Da bi se vezani sistem, kao što je jezgro stabilnog atoma, podijelio na sastavne neutrone i protone, mora mu se dati energija. To znači da masa neutrona i protona premašuje masu jezgra za
D M = ZM p + NM n – M A,Z,
Gdje Mp I M n– mase slobodnog protona i neutrona, i M A,Z– masa jezgra sa nabojem Z i maseni broj A. Ova razlika u masi, izražena u jedinicama energije, naziva se energija vezivanja. Faktor konverzije je:
1 amu = 931,14 MeV,
gdje je 1 MeV = 10 6 eV. Dakle, energija vezivanja E B=D Mc 2 je energija potrebna da se jezgro podijeli na pojedinačne neutrone i protone.
Prosječna energija vezivanja po nukleonu je E B/A, mijenja se prilično redovno s povećanjem broja nukleona u jezgru (slika 3). Najlakše jezgro nakon protona je deuteron 2 1 H, za čiju je fisiju potrebna energija od 2,2 MeV, tj. 1,1 MeV po nukleonu. 4 2 He alfa čestica je mnogo jače vezana od svojih susjeda: njena energija veze je 28 MeV. Za jezgra s masenim brojem većim od 20, prosječna energija vezivanja po nukleonu ostaje gotovo konstantna, jednaka približno 8 MeV.
Energija vezivanja jezgara je mnogo redova veličine veća od energije veze valentnih elektrona u atomu i atoma u molekulu. Za uklanjanje svog jedinog elektrona sa atoma vodika, dovoljna je energija od 13,5 eV; Za uklanjanje unutrašnjih elektrona u olovu, koji su najčvršće vezani, potrebna je energija od 0,1 MeV. Posljedično, svi nuklearni procesi uključuju energije znatno veće od onih s kojima se bavimo u običnim kemijskim reakcijama ili na uobičajenim temperaturama i pritiscima.
Prirodna radioaktivnost.
Nuklearna fizika je započela fenomenom prirodne radioaktivnosti. Alfa, beta i gama zračenje koje emituje uranijum je nuklearnog porekla, dok optički i rendgenski spektri odgovaraju elektronskoj strukturi atoma. Ispostavilo se da su alfa čestice jezgra helijuma. Beta čestice su identične po naboju i masi kao i elektroni ljuske atoma, ali je njihovo nuklearno porijeklo jasno pokazano promjenom naboja raspadajuće jezgre. Osim toga, energija gama zračenja znatno premašuje energiju koju elektroni mogu emitovati iz vanjske ljuske atoma, stoga je ovo prodorno zračenje nuklearnog porijekla.
Neki prirodni elementi sa visokim atomskim brojem (uranijum, torijum, aktinijum) imaju radioaktivne izotope, koji se raspadaju da bi proizveli druge radioaktivne izotope (kao što je radijum) i na kraju stabilno olovo. Životni vijek "roditeljskog" izotopa u svakom slučaju je uporediv sa starošću Zemlje, koja se procjenjuje na 10 milijardi godina. Pretpostavlja se da je tokom formiranja Zemlje postojao veliki broj radioaktivne supstance, međutim, kratkotrajni elementi su dugo pretvoreni u stabilne krajnje proizvode. Moguće je da se neki od izotopa koji se nazivaju "stabilni" zapravo raspadaju, ali njihovi periodi raspada ("životna vremena") su toliko dugi da se ne mogu mjeriti postojećim metodama.
Važna uloga radioaktivnosti u nuklearnoj fizici je zbog činjenice da radioaktivno zračenje nosi informacije o vrstama čestica i energetskim nivoima jezgra. Na primjer, emisija alfa čestica iz jezgra i relativna stabilnost formiranja dva protona i dva neutrona indirektno ukazuju na mogućnost postojanja alfa čestica unutar jezgra.
Razlika između prirodne i umjetno izazvane radioaktivnosti nije od velike važnosti za razumijevanje strukture jezgra, ali proučavanje prirodnih radioaktivnih serija omogućilo je važne zaključke o starosti Zemlje i korištenju takvih elemenata kao izvora bombardiranja čestica mnogo prije nego što je čestica izmišljeni su akceleratori.
Umjetne transformacije jezgara.
Eksperimenti sa prirodnim radioaktivnim elementima pokazali su da se na brzinu radioaktivnog raspada ne može uticati uobičajenim fizičkim sredstvima: toplotom, pritiskom itd. Stoga se u početku činilo da ne postoji efikasna metoda za proučavanje strukture prirodno stabilnih izotopa. Međutim, 1919. godine Rutherford je otkrio da se jezgra mogu podijeliti bombardiranjem alfa česticama. Prvi element koji je razdvojen bio je azot, koji je ispunio komoru oblaka kao gas. Alfa čestice koje emituje izvor torija sudarile su se sa jezgrima azota i one su ih apsorbovale, što je rezultiralo emisijom brzih protona. Istovremeno je uslijedila reakcija
Kao rezultat ove reakcije, atom dušika se pretvara u atom kisika. U ovom primjeru, energije vezivanja jezgri su slične toplini koja se oslobađa kada hemijska reakcija, iako ga znatno premašuju. Nakon toga, slični rezultati su dobijeni sa mnogim drugim elementima. Koristeći različite metode moguće je izmjeriti energije i uglove emisije emitiranih nabijenih čestica, što omogućava kvantitativne eksperimente.
Sljedeći korak bilo je otkriće J. Cockcrofta i E. Waltona 1932. godine. Oni su ustanovili da umjetno ubrzani snopovi protona s energijom od 120 keV (tj. znatno manjom od one alfa čestica u Rutherfordovim eksperimentima) mogu uzrokovati cijepanje atoma litijuma u toku
Dvije jezgre helijuma (alfa čestice) se istovremeno izbacuju u suprotnim smjerovima. Razlog zbog kojeg se ova reakcija događa pri niskoj energiji je jaka veza alfa čestica; dodavanje protona masi jezgra 7 Li daje energiju koja je skoro jednaka masama dvije alfa čestice. Preostala energija potrebna za nastavak reakcije dolazi od kinetičke energije protona koji bombardiraju.
Sve poznatih elemenata a prirodni izotopi mogu se "vještački" pretvoriti u susjedne elemente. Svi ovi novi izotopi ispadaju radioaktivni, ali se kao rezultat naknadnog raspadanja pretvaraju u stabilne izotope. Dobijeni su novi elementi, do elementa sa serijskim brojem 103; ispostavilo se da su svi radioaktivni sa relativno kratkim poluraspadom. Trenutno je poznato preko 1000 izotopa.
Energetski nivoi jezgara i nuklearni modeli.
Proučavanje nuklearnih reakcija uvjerljivo je pokazalo postojanje nivoa nuklearne energije. Ovi nivoi predstavljaju stanja jezgra sa određenom energijom, kojima se pripisuju određeni kvantni brojevi, baš kao i energetski nivoi atoma. Po analogiji sa optičkom spektroskopijom, proučavanje zračenja koje emituje jezgro tokom prelaza između energetskih nivoa naziva se nuklearna spektroskopija. Međutim, kao što se može vidjeti sa Sl. 4, udaljenost između energetskih nivoa jezgara je mnogo veća nego između elektronskih nivoa atoma, a nuklearnog zračenja, pored elektromagnetnog zračenja, uključuje i zračenje elektrona, protona, alfa čestica i čestica drugih vrsta.
O postojanju diskretnih energetskih nivoa u jezgru svedoči činjenica da se ekscitacija jezgra, koja dovodi do emisije zračenja, dešava samo pri određenim energijama bombardujućih čestica, kao i da energije emitovanih čestica odgovaraju prelazima. između određenih nivoa. Na primjer, može se izmjeriti broj protona proizvedenih kada je bor-10 bombardiran monoenergetskim deuteronima kao rezultat reakcije
i određuju njihove impulse otklonom u magnetskom polju. Snimljeni spektar protona iz mete koja sadrži bor sa primesama ugljenika, azota i silicijuma prikazan je na Sl. 4. Oštri, oštri vrhovi jasno pokazuju da je energija jezgra kvantizirana poput energije atoma.
Na sl. Slika 5 prikazuje dijagram energetskih nivoa jezgra bora-11 (11 V), sa energijama pobude izraženim u MeV. Neravnomjerna raspodjela nivoa nuklearne energije, koja nije tipična za raspodjelu nivoa atomske energije, posljedica je gušćeg pakiranja jezgara i jače interakcije čestica unutar jezgra. Sa pobuđenih nivoa koji odgovaraju jezgru 10 B bombardovanom deuteronima sa energijom od 1,51 MeV, mogu se desiti prijelazi na bilo koji od nivoa koji se nalaze ispod, praćeni emisijom protona. Ako, nakon emisije protona, jezgro 11B ostane u pobuđenom stanju, ono se tada može raspasti, prelazeći u najniže, „osnovno“ stanje uz emisiju jednog ili više gama zraka.
Trenutno ne postoji dosljedno i jedinstveno objašnjenje razloga za pojavu nivoa nuklearne energije, ali postoji niz teorija koje mogu objasniti neke pojave. Jedan od njih je „model ljuske“, koji je, posudivši iz atomske fizike ideju o strukturi ljuske atoma, primijenio na analizu konfiguracija neutrona i protona unutar jezgre.
1932. J. Bartlett je primijetio da sva stabilna jezgra smještena između 4 He i 16 O pripadaju nizu
4He+ n+p+n+p +...,
dok između 16 O i 36 Ar sličan niz ima oblik
16 O+ n + n + p + p + n + n +....
On je sugerirao da ove promjene u sekvenci odražavaju redoslijed u kojem su ljuske ispunjene neutronima i protonima. Paulijev princip isključenja djeluje u slučaju nuklearnih čestica na potpuno isti način kao i u slučaju elektrona, a u modelu ljuske dovodi do činjenice da prva ljuska može sadržavati samo dva protona i dva neutrona, druga može sadržavati šest od obe čestice (ispunjene sa 16 O), a na trećoj po deset (ispunjene sa 36 Ar). Prisustvo periodičnosti u strukturi jezgara nastavlja se manifestirati, iako sa određenim odstupanjima. Postojanje određenih "magičnih brojeva" (2, 8, 20, 28, 50, 82 i 126) neutrona i protona u jezgrima koji odgovaraju vrhovima krivulje energije vezivanja može se objasniti na osnovu modificiranog modela ljuske (nazvan model nezavisnih čestica), koji omogućava ispravno predviđanje spinova i magnetnih momenata jezgara. Na primjer, spinovi jezgara sa ispunjenim ljuskama, kako je predviđeno ovim modelom, jednaki su nuli. Međutim, unatoč brojnim prednostima, dostupne verzije modela ljuske još uvijek ne objašnjavaju sve nuklearne pojave, što nije iznenađujuće s obzirom na složenu strukturu jezgra.
Model složenog jezgra i kapi.
U težim jezgrima, broj nukleona je toliko velik da se mnogi od uočenih obrazaca ponašanja ovih jezgara najbolje reproduciraju pomoću modela kapljica. Ovaj model je 1936. godine predložio N. Bohr da objasni dug život pobuđenih jezgara nastalih tokom hvatanja sporih neutrona. (U ovom slučaju, životni vijek se podrazumijeva kao vrijeme od trenutka kada je jezgro pobuđeno do trenutka kada izgubi energiju pobude kao rezultat emisije zračenja.) Ispostavilo se da su životni vijek milion puta duži od vremena potrebno da neutron pređe jezgro (10-22 s). To ukazuje da je pobuđeno jezgro određeni sistem („složeno jezgro“), čiji je životni vijek mnogo duži od vremena njegovog formiranja.
Bohr je sugerirao da se nuklearna reakcija odvija u dvije faze. U prvoj fazi, upadna čestica ulazi u ciljno jezgro, formirajući "složeno jezgro", gdje u brojnim sudarima gubi svoju početnu energiju, distribuirajući je među ostalim nukleonima jezgra. Kao rezultat, nijedna od čestica nema energiju potrebnu da pobjegne iz jezgra. Druga faza, raspad složenog jezgra, nastaje nakon nekog vremena kada se energija slučajno koncentriše na jednu od čestica ili izgubi u obliku gama zračenja. Vjeruje se da je druga faza neovisna o detaljima mehanizma formiranja složenog jezgra. Vrsta propadanja određena je samo igrom mogućih opcija.
Kao jednostavnu analogiju ovoj slici nuklearne reakcije, Bohr je predložio da se razmotri ponašanje kapi. Između molekula takve kapljice djeluju sile, povezujući ih međusobno i sprječavajući isparavanje dok se toplina ne dovede izvana. Pojava drugog molekula sa dodatnim kinetička energija, dovodi, kao rezultat svoje statističke preraspodjele, do povećanja temperature kapljice u cjelini. Nakon nekog vremena, nasumična koncentracija energije na molekuli može dovesti do njenog isparavanja. Bohrova teorija je detaljno razvijena i omogućila je konstruiranje konzistentne slike različitih nuklearnih reakcija, uključujući reakcije pod utjecajem neutrona i nabijenih čestica srednjih energija (do 100 MeV). Koncepti nuklearne temperature, specifičnog toplotnog kapaciteta i isparavanja čestica, uvedeni analogno, pokazali su se korisnim. Na primjer, pokazalo se da je kutna raspodjela „isparenih“ čestica neovisna o smjeru upadne čestice, tj. izotropno, jer se sve informacije o originalnom pravcu gube u fazi postojanja složenog jezgra.
Model kapljice se pokazao posebno vrijednim u objašnjavanju fenomena nuklearne fisije, kada je apsorpcija jednog sporog neutrona dovoljna da razbije jezgro urana na dva približno jednaka dijela uz veliko oslobađanje energije. Elektrostatičko odbijanje protona uzrokuje određenu nuklearnu nestabilnost, koja se obično prevazilazi nuklearnim silama koje daju energiju vezivanja. Ali kako se nuklearna temperatura sferne "kapi" povećava, u njoj se mogu pojaviti oscilacije, uslijed čega se kap deformira u elipsoid. Ako se deformacija jezgra nastavi, tada može prevladati elektrostatičko odbijanje njegove dvije pozitivno nabijene polovice i tada će doći do njegove podjele.
Dimenzije i oblik jezgre.
Rutherford je bio prvi koji je ispravno procijenio veličinu jezgra, koristeći za tu svrhu raspršivanje alfa čestica. Njegovi prvi eksperimenti su pokazali da su dimenzije nabijenog dijela jezgra oko 10–14 m. Kasniji i precizniji eksperimenti omogućili su da se utvrdi da je polumjer jezgra približno proporcionalan A 1/3, a samim tim i polumjeru jezgra. gustina nuklearne materije je skoro konstantna. (Ovo je kolosalno: 100.000 t/mm 3.)
Otkrićem neutrona postalo je jasno da on predstavlja idealno sredstvo za proučavanje jezgra, budući da se neutralne čestice, prolazeći na znatnoj udaljenosti od jezgra, ne odbijaju od nuklearnog naboja. Drugim riječima, neutron se sudara s jezgrom ako je udaljenost između njihovih centara manja od zbira njihovih polumjera, a u suprotnom se ne skreće. Eksperimenti raspršenja neutronskog snopa pokazali su da je polumjer jezgra (uz pretpostavku sfernog oblika) jednak:
R = r 0 A 1/3 ,
r 0 » 1.4H 10 –15 m.
Dakle, radijus jezgra uranijuma-238 je 8,5 x 10 –15 m. Rezultirajuća vrijednost odgovara radijusu djelovanja nuklearnih sila. karakteriše udaljenost od centra jezgra na kojoj vanjski neutralni nukleon prvi put počinje da "osjeća" njegov utjecaj. Ova vrijednost radijusa jezgra je uporediva s udaljenosti od centra jezgra na kojoj su alfa čestice i protoni raspršeni.
Rasipanje alfa čestica, protona i neutrona jezgrama je posljedica djelovanja nuklearnih sila; Shodno tome, takva mjerenja nuklearnih radijusa daju procjenu radijusa djelovanja nuklearnih sila. Interakcija elektrona s jezgrima gotovo je u potpunosti određena električnim silama. Stoga se raspršenje elektrona može koristiti za proučavanje oblika raspodjele naboja u jezgri. Eksperimenti sa elektronima veoma velike energije koje je sproveo R. Hofstadter na Univerzitetu Stanford dali su detaljne informacije o raspodeli pozitivnog naelektrisanja duž poluprečnika jezgra. Na sl. Slika 6 prikazuje ugaonu distribuciju elektrona sa energijom od 154 MeV rasejanih jezgrima zlata. Gornja kriva karakteriše ugaonu raspodelu izračunatu pod pretpostavkom da je pozitivno naelektrisanje koncentrisano u tački; Očigledno je da eksperimentalni podaci ne odgovaraju ovoj pretpostavci. Mnogo bolje slaganje se postiže pod pretpostavkom ujednačene raspodjele protona po volumenu jezgra (donja kriva). Međutim, ispostavilo se da je “radijus punjenja” otprilike 20% manji od polumjera “nuklearne sile” dobivenog iz podataka o raspršenju neutrona. To može značiti da se raspodjela protona u jezgru razlikuje od raspodjele neutrona.
Nuklearne sile i mezoni.
Mali radijus djelovanja nuklearnih sila jasno je otkriven prvi put u Rutherfordovim eksperimentima raspršivanja. Alfa čestice koje se približavaju centru jezgra do 10-14 m iskusile su sile čiji se predznak i veličina razlikuju od običnog elektrostatičkog odbijanja. Kasniji eksperimenti sa neutronima pokazali su da velike sile kratkog dometa postoje između svih nukleona. Ove sile se razlikuju od dobro poznatih elektrostatičkih i gravitacionih sila, koji ne nestaju ni na vrlo velikim udaljenostima. Nuklearne sile su sile privlačenja, što direktno proizilazi iz činjenice postojanja stabilnih jezgara, uprkos elektrostatičkom odbijanju protona u njima. Nuklearne sile između bilo kojeg para nukleona (neutrona i protona) su iste; ovo se pokazuje poređenjem energetskih nivoa „zrcalnih jezgara“, koje se međusobno razlikuju po tome što su protoni u njima zamenjeni neutronima i obrnuto. Unutar svog radijusa djelovanja, nuklearne sile dostižu vrlo velike magnitude. Elektrostatička potencijalna energija dva protona koja se nalaze na udaljenosti od 1,5 x 10 -15 m jedan od drugog iznosi samo 1 MeV, što je 40 puta manje od nuklearne potencijalne energije. Nuklearne sile takođe pokazuju zasićenje, budući da je dati nukleon u stanju da komunicira samo sa ograničenim brojem drugih nukleona. Otuda brz početni rast (sa povećanjem A) prosječna energija vezivanja po nukleonu (slika 3) i relativna konstantnost ove energije u budućnosti. (Ako bi svaki nukleon stupio u interakciju sa svim nukleonima u jezgru, tada bi se energija vezivanja po nukleonu uvijek povećavala proporcionalno A.)
Za sada ne postoji zadovoljavajuća teorija nuklearnih sila, a problem se intenzivno proučava eksperimentalno i teorijski. Međutim, pokazalo se da su mnoge ideje koje leže u osnovi “teorije mezona nuklearnih sila”, koju je 1935. objavio H. Yukawa, u skladu s eksperimentalnim činjenicama. Yukawa je pretpostavio da privlačnost koja drži nukleone unutar jezgre nastaje zbog prisustva "kvanta" određenog polja, sličnog fotonima (kvantima svjetlosti) elektromagnetnog polja i osiguravajući interakciju električnih naboja. Iz kvantne teorije polja slijedi da je radijus djelovanja sile obrnuto proporcionalan masi odgovarajućeg kvanta; u slučaju elektromagnetnog polja, masa kvanta - fotona - je nula, a radijus djelovanja sila je beskonačan. Ispostavilo se da je masa kvanta nuklearnog polja (nazvana "mezoni"), izračunata iz eksperimentalno izmjerenog radijusa djelovanja nuklearnih sila, oko 200 puta veća od mase elektrona.
Položaj Yukawe teorije je ojačan nakon što su K. Anderson i S. Neddermeyer 1936. otkrili novu česticu s masom od približno 200 elektronskih masa (sada nazvanu mion), koju su otkrili koristeći oblačnu komoru u kosmičkim zracima. (Godine 1932. Anderson je otkrio “pozitron”, pozitivni elektron.) U početku se činilo da su kvanti nuklearnih sila pronađeni, ali kasniji eksperimenti su otkrili obeshrabrujuću okolnost: “ključ nuklearnih sila” ne stupa u interakciju s jezgrama! Ova zbunjujuća situacija postala je jasna tek nakon što je S. Powell 1947. otkrio česticu odgovarajuće mase koja je u interakciji sa jezgrima. Ispostavilo se da je ova čestica (nazvana pi-mezon ili pion) nestabilna i spontano se raspala, pretvarajući se u mion. Pi mezon je bio prikladan za ulogu Yukawa čestice, a njegova svojstva su detaljno proučavali fizičari koji su u te svrhe koristili kosmičke zrake i moderne akceleratore.
Iako je postojanje pi mezona ohrabrilo zagovornike Yukawe teorije, pokazalo se da je veoma teško tačno predvideti takva detaljna svojstva nuklearnih sila kao što su njihova zasićenost, energija vezivanja i energije na nuklearnom nivou. Matematičke poteškoće su nas spriječile da utvrdimo tačno ono što ova teorija predviđa. Situacija je postala još složenija s otkrićem novih tipova mezona za koje se vjeruje da su povezani s nuklearnim silama.
Atomsko jezgro
Atomsko jezgro
Atomsko jezgro
- centralni i vrlo kompaktan dio atoma, u kojem je koncentrirana gotovo sva njegova masa i sav pozitivni električni naboj. Jezgro, koje drži elektrone blizu sebe pomoću Coulombovih sila u količini koja kompenzira njegov pozitivni naboj, formira neutralni atom. Većina jezgara ima oblik blizak sfernom i prečnika ≈ 10 -12 cm, što je četiri reda veličine manje od prečnika atoma (10 -8 cm). Gustina supstance u jezgru je oko 230 miliona tona/cm 3 .
Atomsko jezgro je otkriveno 1911. godine kao rezultat serije eksperimenata o raspršivanju alfa čestica tankim zlatnim i platinastim folijama, izvedenih u Cambridgeu (Engleska) pod vodstvom E. Rutherforda.
Godine 1932, nakon što je J. Chadwick otkrio neutron tamo, postalo je jasno da se jezgro sastoji od protona i neutrona
(V. Heisenberg, D.D. Ivanenko, E. Majorana).
Za označavanje atomskog jezgra koristi se simbol hemijskog elementa atoma koji sadrži jezgro, a gornji lijevi indeks ovog simbola pokazuje broj nukleona (maseni broj) u ovom jezgru, a donji lijevi indeks pokazuje broj protona u njemu. Na primjer, jezgro nikla koje sadrži 58 nukleona, od kojih je 28 protona, označeno je . Ovo isto jezgro se takođe može označiti kao 58 Ni, ili nikl-58. Jezgro je sistem gusto zbijenih protona i neutrona koji se kreću brzinom od 10 9 -10 10 cm/sec i drže ih snažne nuklearne sile kratkog dometa međusobnog privlačenja (njihovo područje djelovanja ograničeno je na udaljenosti od ≈ 10 -13 cm).
Protoni i neutroni su veličine oko 10-13 cm i smatraju se kao dva
Svijet nukleusa je veoma raznolik. Poznato je oko 3000 jezgara, koje se međusobno razlikuju ili po broju protona, ili po broju neutrona, ili oboje.
Većina ih se dobiva umjetno. Samo 264 jezgra su stabilne, tj. ne doživljavaju nikakve spontane transformacije tokom vremena, koje se nazivaju raspadima. Iskustvo drugih raznih oblika
raspad – alfa raspad (emisija alfa čestice, tj. jezgra atoma helijuma); beta raspad (istovremena emisija elektrona i antineutrina ili pozitrona i neutrina, kao i apsorpcija atomskog elektrona sa emisijom neutrina); gama raspad (emisija fotona) i drugi.
Različite vrste jezgara se često nazivaju nuklidima. Nuklidi sa istim brojem protona i različitim brojem neutrona nazivaju se izotopi. Nuklidi sa istim brojem nukleona, ali različitim omjerima protona i neutrona nazivaju se izobare. Laka jezgra sadrže približno jednak broj protona i neutrona. U teškim jezgrima broj neutrona je otprilike 1,5 puta veći od broja protona. Najlakše jezgro je jezgro atoma vodika, koje se sastoji od jednog protona. Najteže poznate jezgre (dobivene su umjetno) imaju broj nukleona od ≈290. Od toga, 116-118 su protoni.
|
Različite kombinacije broja protona Z i neutrona odgovaraju različitim atomskim jezgrama. Atomska jezgra postoje (tj. njihov životni vijek t > 10 -23 s) u prilično uskom rasponu promjena brojeva Z i N. Štaviše, sva atomska jezgra se dijele u dvije velike grupe - stabilne i radioaktivne (nestabilne). Stabilna jezgra su grupisana blizu linije stabilnosti, koja je određena jednačinom |
Rice. 2. NZ dijagram atomskih jezgara.
Najteži stabilni izotopi su olovo (Z = 82) i bizmut (Z = 83). Teška jezgra, zajedno sa procesima β + i β - raspada, takođe su podložna α-raspadu (žuta) i spontanoj fisiji, koji postaju njihovi glavni kanali raspada. Isprekidana linija na sl. 2 ocrtava područje mogućeg postojanja atomskih jezgara. Linija B p = 0 (B p je energija razdvajanja protona) ograničava područje postojanja atomskih jezgara na lijevoj strani (proton drip-line). Linija B n = 0 (B n – energija odvajanja neutrona) – desno (linija kapanja neutrona). Izvan ovih granica atomska jezgra ne mogu postojati, jer se raspadaju tokom karakterističnog nuklearnog vremena (~10 -23 – 10 -22 s) emisijom nukleona.
Kada se dva laka jezgra spoje (sinteza) i podijele teško jezgro na dva lakša fragmenta, oslobađa se velika količina energije. Ove dvije metode dobivanja energije su najefikasnije od svih poznatih. Dakle, 1 gram nuklearnog goriva je ekvivalentan 10 tona hemijskog goriva. Nuklearna fuzija (termonuklearne reakcije) je izvor energije za zvijezde. Nekontrolisana (eksplozivna) fuzija nastaje kada se detonira termonuklearna (ili takozvana "vodikova") bomba. Kontrolisana (spora) fuzija je u osnovi obećavajućeg izvora energije u razvoju – termonuklearnog reaktora.
Nekontrolisana (eksplozivna) fisija nastaje kada atomska bomba eksplodira. Kontrolisana podela se vrši u nuklearnih reaktora, koji su izvori energije u nuklearnim elektranama.
Kvantna mehanika i različiti modeli koriste se za teorijski opisivanje atomskih jezgara.
Jezgro može da se ponaša i kao gas (kvantni gas) i kao tečnost (kvantna tečnost). Hladna nuklearna tečnost ima superfluidna svojstva.