Stavnica Fonbet zavzema vodilno mesto pri zagotavljanju teh storitev. Ima dober sloves in je prepoznaven po tem, da je prvi sprejemal spletne stave. Največji igralni portal ima druge uradne vire. Uporabniki bodo lahko sklepali športne stave tudi, če bo stran blokirana.
Pojdi do ogledala
Kaj je ogledalo, kako se registrirati na ogledalu
BC Fonbet ima vir, ki je v vseh pogledih skladen s pravnimi normami. Za uporabnike, ki želijo kot doslej imeti dostop do osebnega računa v domeni com, je podjetje ustvarilo vse potrebne pogoje, ki omogoča dostop do spletnega mesta. To zelo poenostavi delo zaradi denarja na računu, ki je na voljo v vašem osebnem računu. Ne bodo izgubljeni zaradi blokiranja spletnega mesta.
Če uporabnik naleti na težave pri dostopu do spletnega mesta, mora iti do ogledala. Ta možnost je v povpraševanju, kot kaže praksa. Delujoče ogledalo Fonbet je pogosta zahteva na spletnih mestih, namenjenih stavam v Rusiji.
Zakaj je bila glavna stran blokirana?
To je posledica težav z zakonodajo v informacijskem prostoru. V zvezi s tem Roskomnadzor blokira vir urada. Zaradi teh razlogov domena občasno izgine, vendar se zahvaljujoč ogledalu znova pojavi. Zaradi tega portal v primerjavi z drugimi izgleda spodobno.
Uporabnik zlahka najde nadomestni naslov. To lahko storite, če obiščete kateri koli forum, ki pokriva dejavnosti stavnice in se odločite za trenutno možnost dostopa do ogledala. Ko se obrne na službo za tehnično podporo, stranka hitro prejme potrebne različice za vstop na portal. Hkrati je njihova funkcionalnost enaka, kar naročniku zagotavlja vsa ključna orodja za napovedovanje izida športnih tekmovanj. Ogledalo Fonbet uporabniku omogoča delo v razpoložljivih načinih.
Uporabnik lahko aktivnosti izvaja tudi na spletu. S pomočjo stav v živo se razširijo taktične komponente za napovedovalca. To vam omogoča prilagajanje stav med tekmo v skladu z analizo poteka tekme.
Kako se registrirati na ogledalu
Postopek registracije je precej preprost. Glavni pogoj je, da ste starejši od 18 let. Pomembno je, da natančno izpolnite vsa polja razen polja »Promocijska koda«. Tako se boste izognili težavam, če boste morali obnoviti svoj račun.
Pri registraciji morate biti zelo pozorni na naslednje ključne točke:
- podatki. Vnesti jih je treba natančno, da se izognete težavam s spletnim mestom.
- Valuta. Stranka ima na izbiro različne možnosti: ameriški dolar, beloruski rubelj. Vredno se je odločiti za valuto, ki vam bo omogočila udobno polnjenje depozita.
- Registrirajte račun po telefonu. Za registracijo lahko pokličete telefonsko številko, navedeno na spletnem mestu. To bo uporabniku zelo poenostavilo postopek.
Storitev Fonbet lahko uporabljate s pametnim telefonom. Mobilna različica vam omogoča enostavno uporabo delujočega ogledala Fonbet, ki je identično uradnemu viru. Z uporabo mobilne različice je uporabniku zagotovljen udoben igralni ritem.
Pri katerem namesto nukleona kot jedro služijo drugi delci.
Število protonov v jedru imenujemo njegovo nabojno število Z (\displaystyle Z)- to število je enako zaporedni številki elementa, ki mu atom pripada v tabeli (periodnem sistemu elementov) Mendelejeva. Število protonov v jedru določa strukturo elektronske ovojnice nevtralnega atoma in s tem kemijske lastnosti ustreznega elementa. Število nevtronov v jedru se imenuje njegovo izotopsko število N (\displaystyle N). Jedra z enakim številom protonov in različnim številom nevtronov imenujemo izotopi. Jedra z enakim številom nevtronov, vendar različnim številom protonov, imenujemo izotoni. Izraza izotop in izoton se uporabljata tudi za označevanje atomov, ki vsebujejo ta jedra, kot tudi za označevanje nekemičnih različic posameznega kemičnega elementa. Skupno število nukleonov v jedru imenujemo njegovo masno število A (\displaystyle A) (A = N + Z (\displaystyle A=N+Z)) in je približno enaka povprečni atomski masi, navedeni v periodnem sistemu. Nuklidi z enakim masnim številom, vendar različno protonsko-nevtronsko sestavo običajno imenujemo izobare.
Kot vsak kvantni sistem so lahko jedra v metastabilnem vzbujenem stanju in v nekaterih primerih se življenjska doba takšnega stanja izračuna v letih. Takšna vzbujena stanja jeder imenujemo jedrski izomeri.
Zgodba
Sipanje nabitih delcev je mogoče razložiti s predpostavko, da je atom sestavljen iz osrednjega električnega naboja, koncentriranega v točki in obdanega z enakomerno sferično porazdelitvijo nasprotne elektrike enake velikosti. Pri tej razporeditvi atoma α- in β-delci, ko prehajajo na blizu od središča atoma, doživijo velika odstopanja, čeprav je verjetnost takega odstopanja majhna.
Tako je Rutherford odkril atomsko jedro in od tega trenutka se je začela jedrska fizika, ki je preučevala strukturo in lastnosti atomskih jeder.
Po odkritju stabilnih izotopov elementov so jedru najlažjega atoma dodelili vlogo strukturnega delca vseh jeder. Od leta 1920 ima jedro vodikovega atoma uradno ime - proton. Leta 1921 je Lise Meitner predlagala prvi protonsko-elektronski model strukture atomsko jedro, po katerem je sestavljen iz protonov, elektronov in alfa delcev:96. Vendar pa je leta 1929 prišlo do "dušikove katastrofe" - W. Heitler in G. Herzberg sta ugotovila, da je jedro dušikovega atoma podrejeno statistiki Bose-Einsteina in ne statistiki Fermi-Diraca, kot je napovedal protonsko-elektronski model: 374 . Tako je ta model prišel v nasprotje z eksperimentalnimi rezultati meritev spinov in magnetnih momentov jeder. Leta 1932 je James Chadwick odkril nov električno nevtralen delec, imenovan nevtron. Istega leta sta Ivanenko in neodvisno Heisenberg postavila hipotezo o protonsko-nevtronski strukturi jedra. Pozneje, z razvojem jedrske fizike in njenih aplikacij, je bila ta hipoteza popolnoma potrjena.
Teorije zgradbe atomskega jedra
V procesu razvoja fizike so bile postavljene različne hipoteze o zgradbi atomskega jedra; vendar je vsak od njih sposoben opisati le omejen nabor jedrskih lastnosti. Nekateri modeli se lahko med seboj izključujejo.
Najbolj znani so naslednji:
- Kapljični model jedra - leta 1936 ga je predlagal Niels Bohr.
- Lupinasti model jedra - predlagan v 30. letih 20. stoletja.
Jedrske fizikalne lastnosti
Naboje atomskih jeder je leta 1913 prvi določil Henry Moseley. Znanstvenik je svoja eksperimentalna opazovanja interpretiral z odvisnostjo valovne dolžine rentgenskih žarkov od določene konstante. Z (\displaystyle Z), ki se od elementa do elementa spreminja za ena in je enaka ena za vodik:
1 / λ = a Z − b (\displaystyle (\sqrt (1/\lambda ))=aZ-b), KjeA (\displaystyle a) in b (\displaystyle b)- trajno.
Iz tega je Moseley sklepal, da je atomska konstanta, ki jo je našel v svojih poskusih in ki določa valovno dolžino značilnega rentgenskega sevanja in sovpada z atomskim številom elementa, lahko samo naboj atomskega jedra, ki je postal znan kot Moseleyev zakon .
Teža
Zaradi razlike v številu nevtronov A − Ž (\displaystyle A-Z) izotopi elementa imajo različne mase M (A, Ž) (\displaystyle M(A,Z)), kar je pomembna lastnost jedra. V jedrski fiziki se masa jeder običajno meri v atomskih masnih enotah ( A. e.m.), za eno a. e.m. vzemite 1/12 mase nuklida 12 C. Upoštevati je treba, da je standardna masa, ki je običajno podana za nuklid, masa nevtralnega atoma. Če želite določiti maso jedra, morate od mase atoma odšteti vsoto mas vseh elektronov (natančnejšo vrednost dobite, če upoštevate tudi vezno energijo elektronov z jedrom) .
Poleg tega se energijski ekvivalent mase pogosto uporablja v jedrski fiziki. V skladu z Einsteinovo relacijo vsaka masna vrednost M (\displaystyle M) ustreza skupna energija:
E = M c 2 (\displaystyle E=Mc^(2)), Kje c (\displaystyle c)- hitrost svetlobe v vakuumu.Razmerje med a. e.m. in njegov energijski ekvivalent v džulih:
E 1 = 1,660 539 ⋅ 10 − 27 ⋅ (2,997 925 ⋅ 10 8) 2 = 1,492 418 ⋅ 10 − 10 (\displaystyle E_(1)=1(,)660539\cdot 10^(-27)\cdot (2 (,)997925\cdot 10^(8))^(2)=1(,)492418\cdot 10^(-10)), E 1 = 931.494 (\displaystyle E_(1)=931(,)494).Radij
Analiza razpada težkih jeder je izboljšala Rutherfordovo oceno in povezala polmer jedra z masnim številom s preprostim razmerjem:
R = r 0 A 1 / 3 (\displaystyle R=r_(0)A^(1/3)),kjer je konstanta.
Ker polmer jedra ni čisto geometrijska značilnost in je povezan predvsem s polmerom delovanja jedrskih sil, potem vrednost r 0 (\displaystyle r_(0)) odvisno od postopka, med analizo katerega je bila vrednost pridobljena R (\displaystyle R), povprečna vrednost r 0 = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 (\displaystyle r_(0)=1(,)23\cdot 10^(-15)) m, torej polmer jedra v metrih:
R = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 A 1 / 3 (\displaystyle R=1(,)23\cdot 10^(-15)A^(1/3)).
Trenutki jedra
Tako kot nukleoni, ki ga sestavljajo, ima tudi jedro svoje momente.
Spin
Ker imajo nukleoni svoj mehanski moment ali spin, ki je enak 1/2 (\displaystyle 1/2), potem morajo imeti jedra tudi mehanske momente. Poleg tega nukleoni sodelujejo v jedru pri orbitalnem gibanju, za katerega je značilna tudi določena momentna količina posameznega nukleona. Orbitalni momenti imajo samo celoštevilske vrednosti ℏ (\displaystyle \hbar )(Diracova konstanta). Vsi mehanski momenti nukleonov, tako spinski kot orbitalni, so algebraično sešteti in tvorijo spin jedra.
Kljub dejstvu, da je lahko število nukleonov v jedru zelo veliko, so jedrski vrtljaji običajno majhni in ne znašajo več kot nekaj ℏ (\displaystyle \hbar ), kar je razloženo s posebnostjo interakcije istoimenskih nukleonov. Vsi seznanjeni protoni in nevtroni medsebojno delujejo le tako, da se njihovi spini med seboj izničijo, to pomeni, da pari vedno interagirajo z antiparalelnimi spini. Tudi skupni orbitalni moment para je vedno enak nič. Zaradi tega jedra, sestavljena iz sodega števila protonov in sodega števila nevtronov, nimajo mehanskega momenta. Neničelni vrtljaji obstajajo samo za jedra, ki vsebujejo neparne nukleone; spin takega nukleona se sešteje z njegovim orbitalnim momentom in ima neko polcelo vrednost: 1/2, 3/2, 5/2. Liho-liho jedro ima celo število vrtljajev: 1, 2, 3 itd.
Magnetni moment
Meritve vrtljajev so možne zaradi prisotnosti magnetnih momentov, ki so neposredno povezani z njimi. Merijo se v magnetonih in so za različna jedra enaki od -2 do +5 jedrskih magnetonov. Zaradi relativno velike mase nukleonov so magnetni momenti jeder zelo majhni v primerjavi z magnetnimi momenti elektronov, zato je njihovo merjenje veliko težje. Tako kot spine tudi magnetne momente merimo s spektroskopskimi metodami, najbolj natančna je jedrska magnetna resonanca.
Magnetni moment parov sodo-sodi, kot je spin, je enak nič. Magnetni momenti jeder z nesparjenimi nukleoni nastanejo zaradi notranjih momentov teh nukleonov in momenta, povezanega z orbitalnim gibanjem nesparjenega protona.
Električni kvadrupolni moment
Atomska jedra, katerih spin je večji od oz enako ena, imajo kvadrupolne momente, ki niso nič, kar nakazuje, da niso ravno sferične oblike. Kvadrupolni moment ima predznak plus, če je jedro raztegnjeno vzdolž vrtilne osi (vretenasto telo), in minus, če je jedro razširjeno v ravnini, pravokotni na vrtilno os (lečasto telo). Poznamo jedra s pozitivnimi in negativnimi kvadrupolnimi momenti. Odsotnost sferične simetrije v električnem polju, ki ga ustvari jedro z neničelnim kvadrupolnim momentom, povzroči nastanek dodatnih energijskih nivojev atomskih elektronov in pojav v spektrih atomov hiperfine strukturne črte, razdalje med katerimi so odvisne od kvadrupolni moment.
Komunikacijska energija
Stabilnost jeder
Iz dejstva, da se povprečna energija vezave zmanjša za nuklide z masnimi števili, večjimi ali manjšimi od 50-60, sledi, da za jedra z majhnimi A (\displaystyle A) fuzijski proces je energijsko ugoden - termonuklearna fuzija, ki vodi do povečanja masnega števila in za jedra z velikim A (\displaystyle A)- postopek delitve. Trenutno sta izvedena oba procesa, ki vodita do sproščanja energije, pri čemer je slednji osnova sodobne jedrske energije, prvi pa je v razvoju.
Podrobne študije so pokazale, da je stabilnost jeder bistveno odvisna tudi od parametra N/Z (\displaystyle N/Z)- razmerje števila nevtronov in protonov. V povprečju za najstabilnejša jedra N / Z ≈ 1 + 0,015 A 2 / 3 (\displaystyle N/Z\približno 1+0,015 A^(2/3)), zato so jedra lahkih nuklidov najbolj stabilna pri N ≈ Z (\displaystyle N\približno Z), z naraščanjem masnega števila pa postaja elektrostatični odboj med protoni vse bolj opazen, območje stabilnosti pa se premika proti N>Z (\displaystyle N>Z)(glej pojasnjevalno sliko).
Če pogledate tabelo stabilnih nuklidov, ki jih najdemo v naravi, ste lahko pozorni na njihovo porazdelitev na sode in lihe vrednosti Z (\displaystyle Z) in N (\displaystyle N). Vsa jedra z neparnimi vrednostmi teh količin so jedra lahkih nuklidov 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))). Med izobarami z liho A je praviloma samo ena stabilna. V primeru celo A (\displaystyle A) pogosto obstajata dve, tri ali več stabilnih izobar, zato so sodo-sode najbolj stabilne, liho-lihe pa najmanj stabilne. Ta pojav kaže, da se tako nevtroni kot protoni nagibajo k združevanju v pare z antiparalelnimi vrtljaji, kar vodi do kršitve gladkosti zgoraj opisane odvisnosti energije vezave od A (\displaystyle A) .
Tako pariteta števila protonov ali nevtronov ustvarja določeno mejo stabilnosti, kar vodi do možnosti obstoja več stabilnih nuklidov, ki se razlikujejo po številu nevtronov za izotope in po številu protonov za izotone. . Tudi pariteta števila nevtronov v sestavi težkih jeder določa njihovo sposobnost cepitve pod vplivom nevtronov.
Jedrske sile
Jedrske sile so sile, ki zadržujejo nukleone v jedru in predstavljajo velike privlačne sile, ki delujejo le na kratkih razdaljah. Imajo lastnosti nasičenja, zato se jedrskim silam pripisuje izmenjavalni značaj (s pomočjo pi mezonov). Jedrske sile so odvisne od vrtenja, neodvisne od električnega naboja in niso centralne sile.
Raven jedra
Za razliko od prostih delcev, pri katerih lahko energija zavzame poljubno vrednost (ti zvezni spekter), lahko vezani delci (to so delci, katerih kinetična energija je manjša od absolutne vrednosti potencialne energije) po kvantni mehaniki le v stanjih z določenimi diskretnimi energijskimi vrednostmi, tako imenovanem diskretnem spektru. Ker je jedro sistem vezanih nukleonov, ima diskreten energijski spekter. Običajno se nahaja v najnižjem energijskem stanju, imenovanem glavni. Če prenesete energijo v jedro, bo šlo v vznemirjeno stanje.
Lokacija energijskih ravni jedra kot prvi približek:
D = a e − b E ∗ (\displaystyle D=ae^(-b(\sqrt (E^(*))))), kjer:D (\displaystyle D)- povprečna razdalja med nivoji,
E ∗ (\displaystyle E^(*))- energija jedrskega vzbujanja,
A (\displaystyle a) in b (\displaystyle b)- konstantni koeficienti za dano jedro:
A (\displaystyle a)- povprečna razdalja med prvimi vzbujenimi nivoji (za lahka jedra približno 1 MeV, za težka jedra - 0,1 MeV)
B (\displaystyle b)- konstanta, ki določa hitrost koncentracije nivojev z naraščajočo energijo vzbujanja (za lahka jedra približno 2 MeV −1/2, za težka jedra - 4 MeV −1/2).
Z večanjem energije vzbujanja se nivoji v težkih jedrih hitreje približujejo, gostota nivojev pa je odvisna tudi od paritete števila nevtronov v jedru. Pri jedrih s sodim (zlasti magičnim) številom nevtronov je gostota nivojev manjša kot pri jedrih z lihimi pri enakih energijah vzbujanja, prvi vzbujeni nivo v jedru s sodim številom nevtronov se nahaja višje kot v jedru z liho število.
Jedro lahko ostane v vseh vzbujenih stanjih le določen čas, dokler se vzbujanje na tak ali drugačen način ne odstrani. Stanja, katerih energija vzbujanja je manjša od vezavne energije delca ali skupine delcev v danem jedru, imenujemo povezano; v tem primeru lahko vzbujanje odstranimo le z gama sevanjem. Imenujemo stanja, pri katerih energija vzbujanja presega vezavno energijo delcev kvazistacionarni. V tem primeru lahko jedro oddaja delec ali žarek gama.
IN konec XIX- v začetku 20. stoletja so fiziki dokazali, da je atom kompleksen delec in je sestavljen iz enostavnejših (elementarnih) delcev. Odkriti so bili:
katodni žarki ( angleški fizik J. J. Thomson, 1897), katerega delci so bili imenovani elektroni e - (nosijo enoto negativnega naboja);
· naravna radioaktivnost elementov (francoska znanstvenika - radiokemika A. Becquerel in M. Sklodowska-Curie, fizik Pierre Curie, 1896) in obstoj α-delcev (helijeva jedra 4 He 2+);
· prisotnost pozitivno nabitega jedra v središču atoma (angleški fizik in radiokemik E. Rutherford, 1911);
· umetna pretvorba enega elementa v drugega, na primer dušika v kisik (E. Rutherford, 1919). Iz jedra atoma enega elementa (dušika - v Rutherfordovem poskusu) je ob trku z α-delcem nastalo jedro atoma drugega elementa (kisika) in nov delec, ki nosi enotni pozitivni naboj in se imenuje proton (p +, 1H jedro)
· prisotnost v jedru atoma električno nevtralnih delcev - nevtronov n 0 (Angleški fizik J. Chadwick, 1932). Kot rezultat raziskave je bilo ugotovljeno, da atom vsakega elementa (razen 1H) vsebuje protone, nevtrone in elektrone, pri čemer so protoni in nevtroni koncentrirani v jedru atoma, elektroni pa na njegovem obrobju (v elektronski lupini) .
Elektrone običajno označujemo takole: e − .
Elektroni e so zelo lahki, skoraj breztežni, vendar imajo negativno električni naboj. Enako je -1. Električni tok, ki ga vsi uporabljamo, je tok elektronov, ki tečejo po žicah.
Nevtroni so označeni takole: n 0, protoni pa takole: p +.
Nevtroni in protoni so po masi skoraj enaki.
Število protonov v jedru je enako številu elektronov v lupini atoma in ustreza zaporedni številki tega elementa v periodnem sistemu.
Atomsko jedro
Osrednji del atoma, v katerem je skoncentrirana večina njegove mase in katerega struktura določa kemijski element, ki mu atom pripada.
Atomsko jedro sestavljajo nukleoni – pozitivno nabiti protoni p + in nevtralni nevtroni n 0, ki so med seboj povezani z močno interakcijo. Atomsko jedro, ki ga obravnavamo kot razred delcev z določenim številom protonov in nevtronov, se pogosto imenuje nuklid.
Število protonov v jedru imenujemo njegovo nabojno število Z – to število je enako atomskemu številu elementa, ki mu atom pripada v periodnem sistemu.
Število nevtronov v jedru označujemo s črko N, število protonov pa s črko Z. Te številke so med seboj povezane s preprostim razmerjem:
Skupno število nukleonov v jedru se imenuje njegovo masno število A = N + Z in je približno enako povprečni masi atoma, prikazanega v periodnem sistemu.
Atomska jedra z enakim številom protonov in različnim številom nevtronov imenujemo izotopi.
Mnogi elementi imajo en naravni izotop, na primer Be, F, Na, Al, P, Mn, Co, I, Au in nekateri drugi. Toda večina elementov ima dva ali tri najbolj stabilne izotope.
Na primer:
Atomska jedra z enakim številom nevtronov, vendar različnim številom protonov, imenujemo izotoni.
Atome različnih elementov z enako atomsko maso A imenujemo izobare.
Vsebina članka
ZGRADBA ATOMSKOGA JEDRA. Jedro je osrednji del atoma. V njem sta skoncentrirana pozitivni električni naboj in glavnina mase atoma; V primerjavi s polmerom elektronskih orbit so dimenzije jedra izjemno majhne: 10–15–10–14 m. Jedra vseh atomov so sestavljena iz protonov in nevtronov, ki imajo skoraj enako maso, le proton nosi. električni naboj. Skupno število protonov imenujemo atomsko število Z atom, ki se ujema s številom elektronov v nevtralnem atomu. Jedrske delce (protone in nevtrone), imenovane nukleoni, držijo skupaj zelo močne sile; Po svoji naravi te sile ne morejo biti niti električne niti gravitacijske, po velikosti pa so za veliko redov velikosti večje od sil, ki vežejo elektrone na jedro.
Prva ideja o prava velikost jedra so zagotovili Rutherfordovi poskusi sipanja delcev alfa v tankih kovinskih folijah. Delci so prodrli globoko skozi elektronske lupine in se odklonili, ko so se približali nabitemu jedru. Ti poskusi so jasno pokazali majhnost osrednjega jedra in nakazali metodo za določanje jedrski naboj. Rutherford je ugotovil, da se delci alfa približajo središču pozitivnega naboja na razdaljo približno 10–14 m, kar mu je omogočilo sklep, da je to največji možni polmer jedra.
Na podlagi takih predpostavk je Bohr zgradil svojo kvantno teorijo atoma, ki je uspešno razložila diskretne spektralne črte, fotoelektrični učinek, rentgenski žarki in periodni sistem elementov. Vendar je bilo v Bohrovi teoriji jedro obravnavano kot pozitivni točkasti naboj.
Izkazalo se je, da jedra večine atomov niso le zelo majhna, ampak takšen način vzbujanja nanje ni vplival optični pojavi, kot je obločna iskrica, plamen itd. Indikacija prisotnosti določene notranje strukture jedra je bilo odkritje radioaktivnosti leta 1896 s strani A. Becquerela. Izkazalo se je, da uran, nato pa radij, polonij, radon itd. oddajajo ne samo kratkovalovno elektromagnetno sevanje, rentgenske žarke in elektrone (žarke beta), pa tudi težje delce (žarke alfa), ti pa lahko prihajajo le iz masivnega dela atoma. Rutherford je v svojih poskusih sipanja uporabil delce radija alfa, ki so služili kot osnova za oblikovanje idej o jedrskem atomu. (Takrat je bilo znano, da so alfa delci helijevi atomi, ki so jim bili odvzeti elektroni; toda vprašanje, zakaj jih nekateri težki atomi spontano oddajajo, še ni bilo odgovorjeno, niti ni bilo točne predstave o velikosti jedra.)
Odkritje izotopov.
Meritve mas "kanalnih žarkov", ki so jih opravili J. Thomson, F. Aston in drugi raziskovalci z naprednejšimi masnimi spektrometri in z večjo natančnostjo, so dale ključ do strukture jedra, pa tudi atoma kot celote . Na primer, meritve razmerja med nabojem in maso so pokazale, da je naboj vodikovega jedra videti kot enota pozitivnega naboja, ki je številčno enak naboju elektrona, masa pa m str = 1837m e, Kje m e– masa elektrona. Helij je lahko proizvajal ione z dvojnim nabojem, vendar je bila njegova masa 4-krat večja od mase vodika. Tako je bila hipoteza, ki jo je prej izrazil W. Prout, da so vsi atomi zgrajeni iz atomov vodika, resno omajana.
S primerjavo mase atoma neona z znanimi masami drugih elementov na svojem masnem spektrografu je Thomson leta 1912 nepričakovano odkril, da namesto ene neon ustreza dvema parabolama. Izračuni mas delcev so pokazali, da ena od parabol ustreza delcem z maso 20, druga pa 22. To je bil prvi dokaz, da imajo lahko atomi določenega kemičnega elementa različna masna števila. Ker je bilo ugotovljeno, da je izmerjeno (povprečno) masno število 20,2, je Thomson predlagal, da je neon sestavljen iz dveh vrst atomov, 90 % z maso 20 in 10 % z maso 22. Ker obe vrsti atomov obstajata v naravi kot mešanica in jih ni mogoče kemično ločiti; izkaže se, da je masno število neona 20,2.
Prisotnost dveh vrst neonskih atomov je nakazovala, da bi lahko bili drugi elementi mešanice atomov. Kasnejše meritve z masno spektrometrijo so pokazale, da je večina naravnih elementov mešanica dveh do desetih različnih vrst atomov. Atome istega elementa z različnimi masami imenujemo izotopi. Nekateri elementi imajo le en izotop, kar je zahtevalo teoretično razlago, tako kot dejstvo različne številčnosti elementov, pa tudi obstoj radioaktivnosti le v določenih snoveh.
V zvezi z odkritjem izotopov se je pojavil problem standardizacije, saj so kemiki pred tem za standard izbrali "kisik" (16,000000 atomskih masnih enot), za katerega se je izkazalo, da je mešanica štirih izotopov. Posledično je bilo odločeno vzpostaviti "fizično" masno lestvico, v kateri je bila najpogostejšemu izotopu kisika dodeljena vrednost 16,000000 amu. Vendar je bil leta 1961 dosežen dogovor med kemiki in fiziki, po katerem je najpogostejši izotop ogljik-12 dodeljen 12,00000 amu. Ker je število atomov v 1 molu izotopa enako Avogadrovemu številu N 0, dobimo
Upoštevajte, da enota atomske mase vključuje maso enega elektrona, masa najlažjega izotopa vodika pa je skoraj 1 % večja od 1 amu.
Odkritje nevtrona.
Odkritje izotopov ni razjasnilo vprašanja zgradbe jedra. Do takrat so bili znani le protoni - vodikova jedra in elektroni, zato je bilo naravno poskušati razložiti obstoj izotopov z različnimi kombinacijami teh pozitivno in negativno nabitih delcev. Lahko bi mislili, da jedra vsebujejo A protoni, kjer A– masno število in A-Ž elektroni. V tem primeru skupni pozitivni naboj sovpada z atomskim številom Z.
Tako preprosta slika homogenega jedra sprva ni bila v nasprotju s sklepom o majhnosti jedra, ki je sledil iz Rutherfordovih poskusov. "Naravni radij" elektrona r 0 = e 2 /mc 2 (ki ga dobimo, če izenačimo elektrostatično energijo e 2 /r 0 naboj, porazdeljen po sferični lupini, lastna energija elektrona mc 2) je r 0 = 2,82 × 10 –15 m. Takšen elektron je dovolj majhen, da bi bil znotraj jedra s polmerom 10 –14 m, čeprav bi bilo težko tja umestiti veliko število delcev. Leta 1920 so Rutherford in drugi znanstveniki razmišljali o možnosti stabilne kombinacije protona in elektrona, ki proizvede nevtralni delec z maso približno enako maso proton. Vendar bi bilo zaradi pomanjkanja električnega naboja takšne delce težko zaznati. Malo verjetno je, da bi lahko izbili elektrone iz kovinskih površin, kot elektromagnetni valovi s fotoelektričnim učinkom.
Šele desetletje pozneje, ko so naravno radioaktivnost poglobljeno raziskali in so radioaktivno sevanje začeli množično uporabljati za povzročanje umetnega preoblikovanja atomov, je bil zanesljivo ugotovljen obstoj nove komponente jedra. Leta 1930 sta W. Bothe in G. Becker z Univerze v Giessnu obsevala litij in berilij z alfa delci in z Geigerjevim števcem zabeležila nastalo prodorno sevanje. Ker na to sevanje niso vplivali električni in magnetna polja in je imel veliko prodorno moč, so avtorji ugotovili, da je bilo oddano močno sevanje gama. Leta 1932 sta F. Joliot in I. Curie ponovila poskuse z berilijem, pri čemer sta tako prodorno sevanje spustila skozi parafinski blok. Ugotovili so, da iz parafina izvirajo nenavadno visokoenergijski protoni, in ugotovili, da so bili žarki gama razpršeni skozi parafin in proizvedli protone. (Leta 1923 so odkrili, da se rentgenski žarki sipajo z elektroni, kar daje Comptonov učinek.)
J. Chadwick je poskus ponovil. Uporabil je tudi parafin in z uporabo ionizacijske komore (slika 1), v kateri so zbirali naboj, ki nastane, ko so bili elektroni izbiti iz atomov, izmeril doseg povratnih protonov.
Chadwick je uporabil tudi plin dušik (v komori z oblaki, kjer se vodne kapljice kondenzirajo vzdolž sledi nabitega delca), da je absorbiral sevanje in izmeril obseg dušikovih atomov. Z uporabo zakonov o ohranitvi energije in gibalne količine na rezultate obeh poskusov je prišel do zaključka, da je zaznano nevtralno sevanje ne sevanje gama, temveč tok delcev z maso blizu mase protona. Chadwick je tudi pokazal, da znani viri sevanja gama ne izločijo protonov.
To je potrdilo obstoj novega delca, ki se zdaj imenuje nevtron. Cepitev kovine berilij se je zgodila na naslednji način:
Alfa delci 4 2 He (naboj 2, masno število 4) so trčili v jedra berilija (naboj 4, masno število 9), kar je povzročilo ogljik in nevtron.
Odkritje nevtrona je bil pomemben korak naprej. Opažene značilnosti jeder bi zdaj lahko razlagali z upoštevanjem nevtronov in protonov kot sestavnih delov jeder. Na sl. Slika 2 shematsko prikazuje strukturo več lahkih jeder.
Zdaj je znano, da je nevtron 0,1 % težji od protona. Prosti nevtroni (zunaj jedra) radioaktivno razpadejo in postanejo proton in elektron. To spominja na prvotno hipotezo o sestavljenem nevtralnem delcu. Vendar pa so znotraj stabilnega jedra nevtroni vezani na protone in ne razpadejo spontano.
Jedrska komunikacija.
Proutova prvotna predpostavka, da morajo biti vse atomske mase celoštevilčni večkratniki mase vodikovega atoma, je zelo blizu resnici, zlasti kar zadeva izotope. Odstopanja so izjemno majhna, vedno največ 1 %, v večini primerov pa ne več kot 0,1 %. Podrobna študija izotopskih mas je bila dosežena najvišje stopnje popolnost: merilna napaka trenutno praviloma ne presega nekaj milijonink.
Ugotovljeno je bilo, da število nevtronov približno sovpada s številom protonov v atomu, tj.
V resnici imajo težja jedra nekaj presežka nevtronov. Ker je nevtron nenabit, sile, ki zadržujejo nevtrone in protone v jedru, niso elektrostatične narave; Poleg tega se podobni naboji med seboj odbijajo. Dejstvo, da je jedra zelo težko cepiti, kaže na obstoj velike sile jedrska privlačnost. Kljub majhnim razdaljam je gravitacijska privlačnost med nukleoni še vedno prešibka, da bi zagotovila stabilnost jedra.
Po Einsteinu se celotna energija izoliranega sistema ohrani, masa pa je oblika energije: E = mc 2. Da bi vezan sistem, kot je jedro stabilnega atoma, razdelil na njegove sestavne nevtrone in protone, mu je treba dati energijo. To pomeni, da masa nevtronov in protonov presega maso jedra za
D M = ZM p + NM n – M A,Z,
kje Mp in M n– mase prostih protonov in nevtronov, in M A,Z– masa jedra z nabojem Z in masno število A. To masno razliko, izraženo v enotah energije, imenujemo vezavna energija. Pretvorbeni faktor je:
1 amu = 931,14 MeV,
kjer je 1 MeV = 10 6 eV. Tako vezavna energija E B=D Mc 2 je energija, ki je potrebna za razdelitev jedra na posamezne nevtrone in protone.
Povprečna vezavna energija na nukleon je E B/A, se precej redno spreminja z naraščajočim številom nukleonov v jedru (slika 3). Najlažje jedro za protonom je devteron 2 1 H, katerega cepitev zahteva energijo 2,2 MeV, tj. 1,1 MeV na nukleon. Delec alfa 4 2 He je veliko močneje vezan kot njegovi sosedje: njegova vezavna energija je 28 MeV. Pri jedrih z masnim številom nad 20 ostaja povprečna vezavna energija na nukleon skoraj konstantna in znaša približno 8 MeV.
Energija vezave jeder je za veliko velikostnih redov višja od energije vezave valenčnih elektronov v atomu in atomov v molekuli. Za odstranitev njegovega edinega elektrona iz atoma vodika zadostuje energija 13,5 eV; Za odstranitev notranjih elektronov v svincu, ki so najbolj tesno vezani, je potrebna energija 0,1 MeV. Posledično vsi jedrski procesi vključujejo energije, ki so bistveno višje od tistih, s katerimi imamo opravka pri običajnih kemičnih reakcijah ali pri običajnih temperaturah in tlakih.
Naravna radioaktivnost.
Jedrska fizika se je začela s pojavom naravne radioaktivnosti. Sevanje alfa, beta in gama, ki ga oddaja uran, je jedrskega izvora, medtem ko optični in rentgenski spekter ustrezata elektronski strukturi atoma. Izkazalo se je, da so alfa delci helijeva jedra. Delci beta so po naboju in masi enaki elektronom lupine atoma, vendar je bil njihov jedrski izvor jasno prikazan s spremembo naboja razpadajočega jedra. Poleg tega energija sevanja gama znatno presega energijo, ki jo lahko oddajajo elektroni iz zunanje lupine atoma, zato je to prodorno sevanje jedrskega izvora.
Nekateri naravno prisotni elementi z visokim atomskim številom (uran, torij, aktinij) imajo radioaktivne izotope, ki razpadejo, da proizvedejo druge radioaktivne izotope (kot je radij) in na koncu stabilni svinec. Življenjska doba "starševskega" izotopa je v vsakem primeru primerljiva s starostjo Zemlje, ki je ocenjena na 10 milijard let. Predpostavlja se, da je bilo med nastankom Zemlje veliko število radioaktivne snovi vendar so se kratkotrajni elementi že dolgo spremenili v stabilne končne izdelke. Možno je, da nekateri izotopi, ki se imenujejo "stabilni", dejansko razpadejo, vendar so njihove razpadne dobe ("življenjski časi") tako dolge, da jih ni mogoče izmeriti z obstoječimi metodami.
Pomembna vloga radioaktivnosti v jedrski fiziki je posledica dejstva, da radioaktivno sevanje nosi informacije o vrstah delcev in energijskih nivojih jedra. Na primer, emisija alfa delcev iz jedra in relativna stabilnost tvorbe dveh protonov in dveh nevtronov posredno kažeta na možnost obstoja alfa delcev znotraj jedra.
Razlika med naravno in umetno inducirano radioaktivnostjo ni zelo pomembna za razumevanje strukture jedra, vendar je preučevanje naravnih radioaktivnih nizov omogočilo pomembne sklepe o starosti Zemlje in uporabi takih elementov kot virov bombardiranja delcev veliko pred delcev so izumili pospeševalnike.
Umetne transformacije jeder.
Poskusi z naravno radioaktivnimi elementi so pokazali, da na hitrost radioaktivnega razpada ni mogoče vplivati z običajnimi fizikalnimi sredstvi: toploto, pritiskom itd. Tako se je sprva zdelo, da učinkovite metode za preučevanje strukture naravno stabilnih izotopov ni. Vendar pa je leta 1919 Rutherford odkril, da je jedra mogoče razcepiti z obstreljevanjem z delci alfa. Prvi element, ki se je razdelil, je bil dušik, ki je kot plin napolnil komoro oblakov. Alfa delci, ki jih oddaja torijev vir, so trčili v dušikova jedra in jih absorbirala, kar je povzročilo emisijo hitrih protonov. Hkrati je prišlo do reakcije
Kot rezultat te reakcije se atom dušika pretvori v atom kisika. V tem primeru so vezne energije jeder podobne toploti, ki se sprosti, ko kemična reakcija, čeprav ga bistveno presegajo. Kasneje so bili podobni rezultati pridobljeni z mnogimi drugimi elementi. Z različnimi metodami je možno meriti energije in emisijske kote emitiranih nabitih delcev, kar omogoča kvantitativne eksperimente.
Naslednji korak je bilo odkritje J. Cockcrofta in E. Waltona leta 1932. Ugotovila sta, da umetno pospešeni žarki protonov z energijo 120 keV (tj. bistveno manj kot energija delcev alfa v Rutherfordovih poskusih) lahko povzročijo cepitev litijevih atomov v teku
Dve jedri helija (delca alfa) se istočasno izvržeta v nasprotni smeri. Razlog, da pride do te reakcije pri nizki energiji, je močna vezava alfa delcev; dodajanje protona k masi jedra 7 Li daje energijo, ki je skoraj enaka masi dveh alfa delcev. Preostala energija, potrebna za potek reakcije, izvira iz kinetične energije bombardirajočih protonov.
Vse znani elementi in naravno prisotne izotope je mogoče "umetno" pretvoriti v sosednje elemente. Vsi ti novi izotopi se izkažejo za radioaktivne, vendar se zaradi poznejšega razpada spremenijo v stabilne izotope. Pridobljeni so bili novi elementi, do elementa z zaporedno številko 103; vsi so se izkazali za radioaktivne z relativno kratko razpolovno dobo. Trenutno je znanih več kot 1000 izotopov.
Energijski nivoji jeder in jedrski modeli.
Preučevanje jedrskih reakcij je prepričljivo dokazalo obstoj ravni jedrske energije. Ti nivoji predstavljajo stanja jedra z določeno energijo, ki so mu pripisana določena kvantna števila, tako kot energijski nivoji atoma. Po analogiji z optično spektroskopijo se preučevanje sevanja, ki ga oddaja jedro med prehodi med energijskimi nivoji, imenuje jedrska spektroskopija. Vendar, kot je razvidno iz sl. 4 je razdalja med energijskimi nivoji jeder veliko večja kot med elektronskimi nivoji atomov in jedrsko sevanje, poleg elektromagnetnega sevanja vključuje tudi sevanje elektronov, protonov, alfa delcev in delcev drugih vrst.
Obstoj diskretnih energijskih nivojev v jedru dokazuje dejstvo, da se vzbujanje jedra, ki vodi do emisije sevanja, pojavi le pri določenih energijah bombardirajočih delcev, in tudi, da energije emitiranih delcev ustrezajo prehodom med določenimi nivoji. Na primer, lahko izmerimo število protonov, ki nastanejo, ko je bor-10 obstreljen z monoenergijskimi devteroni kot rezultat reakcije
in določi njihove impulze z odklonom v magnetnem polju. Posneti spekter protonov iz tarče, ki vsebuje bor z nečistočami ogljika, dušika in silicija, je prikazan na sl. 4. Ostri, ostri vrhovi jasno kažejo, da je energija jedra kvantizirana kot energija atoma.
Na sl. Slika 5 prikazuje diagram energijskih nivojev jedra bora-11 (11 V), z energijami vzbujanja, izraženimi v MeV. Neenakomerna porazdelitev nivojev jedrske energije, ki ni značilna za porazdelitev nivojev atomske energije, je posledica gostejšega pakiranja jeder in močnejše interakcije delcev znotraj jedra. Iz vzbujenih ravni, ki ustrezajo jedru 10 B, ki ga bombardirajo devteroni z energijo 1,51 MeV, lahko pride do prehodov na katero koli od spodnjih ravni, ki jih spremlja emisija protonov. Če po emisiji protona jedro 11B ostane v vzbujenem stanju, lahko nato razpade in preide v najnižje, »osnovno« stanje z emisijo enega ali več žarkov gama.
Trenutno ni dosledne in enotne razlage vzrokov za nastanek nivojev jedrske energije, obstaja pa vrsta teorij, ki lahko pojasnijo nekatere pojave. Eden od njih je "model lupine", ki je iz atomske fizike izposodil idejo o strukturi lupine atoma in jo uporabil za analizo konfiguracij nevtronov in protonov znotraj jedra.
Leta 1932 je J. Bartlett opazil, da vsa stabilna jedra, ki se nahajajo med 4 He in 16 O, pripadajo zaporedju
4He+ n+p+n+p +...,
medtem ko je med 16 O in 36 Ar podobno zaporedje
16 O+ n + n + p + p + n + n +....
Predlagal je, da te spremembe v zaporedju odražajo vrstni red, v katerem so lupine napolnjene z nevtroni in protoni. Paulijevo izključitveno načelo deluje v primeru jedrskih delcev popolnoma enako kot v primeru elektronov in v lupinskem modelu vodi do dejstva, da lahko prva lupina vsebuje samo dva protona in dva nevtrona, druga pa lahko vsebuje po šest obeh delcev (napolnjenih s 16 O) in na tretjem po deset (napolnjenih s 36 Ar). Prisotnost periodičnosti v strukturi jeder se še naprej kaže, čeprav z nekaterimi odstopanji. Obstoj določenih "magičnih števil" (2, 8, 20, 28, 50, 82 in 126) nevtronov in protonov v jedrih, ki ustrezajo vrhom krivulje vezavne energije, je mogoče razložiti na podlagi modificiranega modela lupine. (imenovan neodvisni model delcev), ki omogoča pravilno napovedovanje vrtljajev in magnetnih momentov jeder. Na primer, vrtljaji jeder z napolnjenimi lupinami, kot jih predvideva ta model, so enaki nič. Kljub številnim prednostim pa razpoložljive različice lupinskega modela še vedno ne pojasnijo vseh jedrskih pojavov, kar glede na kompleksno strukturo jedra ni presenetljivo.
Model sestavljenega jedra in kapljice.
V težjih jedrih je število nukleonov tako veliko, da je veliko opazovanih vzorcev obnašanja teh jeder najbolje reproducirati kapljični model. Ta model je leta 1936 predlagal N. Bohr, da bi pojasnil dolgo življenjsko dobo vzbujenih jeder, ki nastanejo med zajemanjem počasnih nevtronov. (V tem primeru je življenjska doba razumljena kot čas od trenutka, ko je jedro vzbujeno, do trenutka, ko izgubi energijo vzbujanja zaradi emisije sevanja.) Izkazalo se je, da so življenjske dobe milijonkrat daljše od časa potrebno, da nevtron prečka jedro (10–22 s). To pomeni, da je vzbujeno jedro določen sistem ("sestavljeno jedro"), katerega življenjska doba je veliko daljša od časa njegovega nastanka.
Bohr je predlagal, da jedrska reakcija poteka v dveh stopnjah. Na prvi stopnji vpadni delec vstopi v ciljno jedro in tvori "sestavljeno jedro", kjer v številnih trkih izgubi svojo začetno energijo in jo porazdeli med druge nukleone jedra. Posledično nobeden od delcev nima energije, potrebne za pobeg iz jedra. Druga stopnja, razpad sestavljenega jedra, se pojavi čez nekaj časa, ko se energija po nesreči koncentrira na enem od delcev ali izgubi v obliki sevanja gama. Druga stopnja naj bi bila neodvisna od podrobnosti mehanizma tvorbe sestavljenega jedra. Vrsta razpada je določena le z igro možnih možnosti.
Kot preprosto analogijo te slike jedrske reakcije je Bohr predlagal, da razmislimo o obnašanju kapljice. Med molekulami takšne kapljice delujejo sile, ki jih povezujejo med seboj in preprečujejo izhlapevanje, dokler toplota ni dovedena od zunaj. Pojav druge molekule z dodatnimi kinetična energija, zaradi njegove statistične prerazporeditve vodi do zvišanja temperature kapljice kot celote. Čez nekaj časa lahko naključna koncentracija energije na molekuli povzroči njeno izhlapevanje. Bohrova teorija je bila podrobno razvita in je omogočila konstruiranje konsistentne slike različnih jedrskih reakcij, vključno z reakcijami pod vplivom nevtronov in nabitih delcev vmesnih energij (do 100 MeV). Koncepti jedrske temperature, specifične toplotne kapacitete in izhlapevanja delcev, uvedeni po analogiji, so se izkazali za uporabne. Na primer, izkazalo se je, da je kotna porazdelitev "uparjenih" delcev neodvisna od smeri vpadnega delca, tj. izotropno, saj se vse informacije o prvotni smeri izgubijo na stopnji obstoja sestavljenega jedra.
Kapljični model se je izkazal za posebej dragocenega pri razlagi pojava jedrske cepitve, ko je absorpcija enega počasnega nevtrona dovolj, da razbije jedro urana na dva približno enaka dela z veliko sprostitvijo energije. Elektrostatično odbijanje protonov povzroči nekaj jedrske nestabilnosti, ki jo običajno premagajo jedrske sile, ki zagotavljajo vezavno energijo. Ko pa se jedrska temperatura sferične "kapljice" poveča, lahko v njej pride do nihanj, zaradi česar se kapljica deformira v elipsoid. Če se deformacija jedra nadaljuje, lahko prevlada elektrostatični odboj njegovih dveh pozitivno nabitih polovic, nato pa pride do njegove delitve.
Mere in oblika jedra.
Rutherford je prvi pravilno ocenil velikost jedra, pri čemer je v ta namen uporabil sipanje delcev alfa. Njegovi prvi poskusi so pokazali, da so dimenzije nabitega dela jedra približno 10–14 m. Poznejši in natančnejši poskusi so omogočili ugotovitev, da je polmer jedra približno sorazmeren z A 1/3 in zato gostota jedrske snovi je skoraj konstantna. (Je ogromen: 100.000 t/mm 3.)
Z odkritjem nevtrona je postalo jasno, da predstavlja idealno sredstvo za preučevanje jedra, saj se nevtralni delci, ki prehajajo na precejšnji razdalji od jedra, ne odklonijo z jedrskim nabojem. Z drugimi besedami, nevtron trči v jedro, če je razdalja med njunima središčema manjša od vsote njunih polmerov, sicer pa se ne odkloni. Poskusi sipanja nevtronskega žarka so pokazali, da je polmer jedra (če ima sferično obliko) enak:
R = r 0 A 1/3 ,
r 0 » 1,4H 10 –15 m.
Tako je polmer jedra urana-238 8,5 x 10 –15 m. Nastala vrednost ustreza polmeru delovanja jedrskih sil; označuje razdaljo od središča jedra, pri kateri začne zunanji nevtralni nukleon prvič "čutiti" svoj vpliv. Ta vrednost polmera jedra je primerljiva z razdaljo od središča jedra, na kateri so alfa delci in protoni razpršeni.
Sipanje alfa delcev, protonov in nevtronov na jedrih je posledica delovanja jedrskih sil; Posledično takšne meritve jedrskih polmerov zagotavljajo oceno polmera delovanja jedrskih sil. Interakcija elektronov z jedri je skoraj v celoti določena z električnimi silami. Zato lahko sipanje elektronov uporabimo za preučevanje oblike porazdelitve naboja v jedru. Poskusi z elektroni z zelo visoko energijo, ki jih je izvedel R. Hofstadter na univerzi Stanford, so zagotovili podrobne informacije o porazdelitvi pozitivnega naboja vzdolž polmera jedra. Na sl. Slika 6 prikazuje kotno porazdelitev elektronov z energijo 154 MeV, razpršenih na zlatih jedrih. Zgornja krivulja označuje kotno porazdelitev, izračunano ob predpostavki, da je pozitivni naboj koncentriran v točki; Očitno je, da eksperimentalni podatki ne ustrezajo tej domnevi. Veliko boljše ujemanje dosežemo ob predpostavki enakomerne porazdelitve protonov po prostornini jedra (spodnja krivulja). Vendar se izkaže, da je "polmer naboja" približno 20 % manjši od polmera "jedrske sile", pridobljenega iz podatkov o sipanju nevtronov. To lahko pomeni, da je porazdelitev protonov v jedru drugačna od porazdelitve nevtronov.
Jedrske sile in mezoni.
Majhen radij delovanja jedrskih sil je bil prvič jasno razkrit v Rutherfordovih poskusih sipanja. Alfa delci, ki se približujejo središču jedra na 10–14 m, so doživeli sile, katerih predznak in velikost sta se razlikovala od običajnega elektrostatičnega odboja. Kasnejši poskusi z uporabo nevtronov so pokazali, da med vsemi nukleoni obstajajo velike sile kratkega dosega. Te sile se razlikujejo od dobro znanih elektrostatičnih in gravitacijske sile, ki ne izginejo niti na zelo velikih razdaljah. Jedrske sile so sile privlačnosti, kar neposredno izhaja iz dejstva, da stabilna jedra kljub elektrostatičnemu odbijanju protonov v njih. Jedrske sile med katerimkoli parom nukleonov (nevtroni in protoni) so enake; to pokažemo s primerjavo energijskih nivojev »zrcalnih jeder«, ki se med seboj razlikujejo po tem, da protone zamenjajo nevtroni in obratno. Znotraj radija delovanja jedrske sile dosežejo zelo velike magnitude. Elektrostatična potencialna energija dveh protonov, ki se nahajata drug od drugega na razdalji 1,5 x 10 -15 m, je le 1 MeV, kar je 40-krat manj od jedrske potencialne energije. Jedrske sile kažejo tudi nasičenost, saj lahko dani nukleon komunicira samo z omejenim številom drugih nukleonov. Od tod hitra začetna rast (z naraščanjem A) povprečna energija vezave na nukleon (slika 3) in relativna konstantnost te energije v prihodnosti. (Če bi vsak nukleon deloval z vsemi nukleoni v jedru, bi vezavna energija na nukleon vedno naraščala sorazmerno z A.)
Zaenkrat še ni zadovoljive teorije jedrskih sil, problem pa se intenzivno eksperimentalno in teoretično proučuje. Vendar pa se je izkazalo, da se je veliko idej, na katerih temelji "mezonska teorija jedrskih sil", ki jo je leta 1935 objavil H. Yukawa, skladalo z eksperimentalnimi dejstvi. Yukawa je domneval, da privlačnost, ki drži nukleone v jedru, nastane zaradi prisotnosti "kvantov" določenega polja, podobnih fotonom (svetlobnim kvantom) elektromagnetnega polja in zagotavljanju interakcije električnih nabojev. Iz kvantne teorije polja sledi, da je polmer delovanja sile obratno sorazmeren z maso ustreznega kvanta; pri elektromagnetnem polju je masa kvantov – fotonov enaka nič, radij delovanja silnic pa je neskončen. Izkazalo se je, da je masa kvantov jedrskega polja (imenovanih "mezoni"), izračunana iz eksperimentalno izmerjenega radija delovanja jedrskih sil, približno 200-krat večja od mase elektrona.
Položaj Yukawine teorije se je okrepil, ko sta K. Anderson in S. Neddermeyer leta 1936 odkrila nov delec z maso približno 200 mas elektronov (danes imenovan mion), ki sta ga odkrila s pomočjo oblačne komore v kozmičnih žarkih. (Leta 1932 je Anderson odkril »pozitron«, pozitivni elektron.) Sprva se je zdelo, da so bili kvanti jedrskih sil najdeni, vendar so kasnejši poskusi razkrili odvračajočo okoliščino: »ključ do jedrskih sil« ne deluje z jedri! Ta zmedena situacija je postala jasna šele potem, ko je S. Powell leta 1947 odkril delec s primerno maso, ki interagira z jedri. Izkazalo se je, da je ta delec (imenovan pi-mezon ali pion) nestabilen in spontano razpade ter se spremeni v mion. Pi mezon je bil primeren za vlogo delca Yukawa, njegove lastnosti pa so zelo podrobno proučevali fiziki, ki so v te namene uporabljali kozmične žarke in sodobne pospeševalnike.
Čeprav je obstoj pi mezonov spodbudil zagovornike Yukawine teorije, se je izkazalo, da je zelo težko pravilno napovedati tako podrobne lastnosti jedrskih sil, kot so njihova nasičenost, vezavne energije in energije jedrske ravni. Matematične težave so nam preprečile, da bi natančno ugotovili, kaj ta teorija napoveduje. Situacija se je še bolj zapletla z odkritjem novih vrst mezonov, ki naj bi bili povezani z jedrskimi silami.
Atomsko jedro
Atomsko jedro
Atomsko jedro
- osrednji in zelo kompakten del atoma, v katerem je skoncentrirana skoraj vsa njegova masa in ves pozitivni električni naboj. Jedro, ki drži elektrone blizu sebe s Coulombovimi silami v količini, ki kompenzira njegov pozitivni naboj, tvori nevtralni atom. Večina jeder ima obliko, ki je blizu sferičnemu, in ima premer ≈ 10 -12 cm, kar je štiri velikostne rede manjše od premera atoma (10 -8 cm). Gostota snovi v jedru je približno 230 milijonov ton/cm 3 .
Atomsko jedro je bilo odkrito leta 1911 kot rezultat serije poskusov sipanja alfa delcev s tankimi zlatimi in platinastimi folijami, izvedenih v Cambridgeu (Anglija) pod vodstvom E. Rutherforda.
Leta 1932, ko je J. Chadwick tam odkril nevtron, je postalo jasno, da je jedro sestavljeno iz protonov in nevtronov
(V. Heisenberg, D. D. Ivanenko, E. Majorana).
Za označevanje atomskega jedra se uporablja simbol kemijskega elementa atoma, ki vsebuje jedro, in zgornji levi indeks tega simbola prikazuje število nukleonov (masno število) v tem jedru, spodnji levi indeks pa prikazuje število protonov v njem. Na primer, jedro niklja, ki vsebuje 58 nukleonov, od katerih je 28 protonov, je označeno. To isto jedro lahko poimenujemo tudi 58 Ni ali nikelj-58. Jedro je sistem gosto zapakiranih protonov in nevtronov, ki se gibljejo s hitrostjo 10 9 -10 10 cm/s in jih držijo močne jedrske sile kratkega dosega medsebojnega privlačenja (njihovo območje delovanja je omejeno na razdalje ≈ 10-13 cm).
Protoni in nevtroni so veliki približno 10 -13 cm in se obravnavajo kot dva
Svet jeder je zelo raznolik. Znanih je približno 3000 jeder, ki se med seboj razlikujejo bodisi po številu protonov, bodisi po številu nevtronov ali po obojih.
Večina jih je pridobljenih umetno. Samo 264 jeder je stabilnih, tj. sčasoma ne doživljajo nobenih spontanih transformacij, imenovanih razpadi. Drugi izkušnje različne oblike
razpad – alfa razpad (emisija alfa delca, tj. jedra atoma helija); beta razpad (hkratna emisija elektrona in antinevtrina ali pozitrona in nevtrina ter absorpcija atomskega elektrona z emisijo nevtrina); razpad gama (emisija fotonov) in drugi.
Različne vrste jeder se pogosto imenujejo nuklidi. Nuklide z enakim številom protonov in različnim številom nevtronov imenujemo izotopi. Nuklidi z enakim številom nukleonov, vendar različnim razmerjem med protoni in nevtroni se imenujejo izobare. Lahka jedra vsebujejo približno enako število protonov in nevtronov. V težkih jedrih je število nevtronov približno 1,5-krat večje od števila protonov. Najlažje jedro je jedro vodikovega atoma, sestavljeno iz enega protona. Najtežja znana jedra (pridobljena so umetno) imajo število nukleonov ≈290. Od tega je 116-118 protonov.
|
Različne kombinacije števila protonov Z in nevtronov ustrezajo različnim atomskim jedrom. Atomska jedra obstajajo (tj. njihova življenjska doba t > 10 -23 s) v precej ozkem območju sprememb števil Z in N. Poleg tega so vsa atomska jedra razdeljena v dve veliki skupini - stabilna in radioaktivna (nestabilna). Stabilna jedra so združena v bližini črte stabilnosti, ki jo določa enačba |
riž. 2. NZ diagram atomskih jeder.
Najtežja stabilna izotopa sta izotopa svinca (Z = 82) in bizmuta (Z = 83). Težka jedra so poleg procesov β + in β - razpada podvržena tudi α-razpadu (rumeno) in spontani cepitvi, ki postaneta njihov glavni razpadni kanal. Črtkana črta na sl. 2 opisuje področje možnega obstoja atomskih jeder. Premica B p = 0 (B p je energija ločevanja protonov) omejuje območje obstoja atomskih jeder na levi strani (protonska kapalna črta). Premica B n = 0 (B n – energija ločevanja nevtronov) – na desni (nevtronska kapalna črta). Zunaj teh meja atomska jedra ne morejo obstajati, saj razpadejo v značilnem jedrskem času (~10 -23 – 10 -22 s) z emisijo nukleonov.
Ko se dve lahki jedri združita (sinteza) in razdelita težko jedro na dva lažja fragmenta, se sprostijo velike količine energije. Ta dva načina pridobivanja energije sta najbolj učinkovita od vseh znanih. Torej je 1 gram jedrskega goriva enakovreden 10 tonam kemičnega goriva. Jedrska fuzija (termonuklearne reakcije) je vir energije za zvezde. Do nenadzorovane (eksplozivne) fuzije pride, ko detonira termonuklearna (ali tako imenovana "vodikova") bomba. Nadzorovana (počasna) fuzija je osnova obetavnega vira energije v razvoju – termonuklearnega reaktorja.
Nenadzorovana (eksplozivna) cepitev nastane, ko eksplodira atomska bomba. Kontrolirana delitev se izvaja v jedrski reaktorji, ki so energenti v jedrskih elektrarnah.
Kvantna mehanika in različni modeli se uporabljajo za teoretični opis atomskih jeder.
Jedro se lahko obnaša kot plin (kvantni plin) in kot tekočina (kvantna tekočina). Hladna jedrska tekočina ima superfluidne lastnosti.