6.1. Состав ядра

На сегодняшний день считается, что ядра атомов состоят из двух видов экспериментальных частиц протонов и нейтронов - нуклонов.

Протон (p):- обладает положительным зарядом равным по величине заряду электрона ⁺е и имеет массу m_р=938,2МэВ≈1,68∙10^-24г

В ядерной физике принято выражать массы в единицах энергии, умножая для этой цели их (массы) на с² е=m_ес²

Масса протона больше массы электрона (m_е=0,511 МэВ) в 1836 раз.

Протон имеет спин s=1/2

s-спин ( от англ.- вращение) собственный момент количества движения элементарной частицы имеющую квантовую природу и не связанный с движением частицы как целого: измеряется в постоянных планка h и может быть целым ( 0,1,2…) или …. (1/2, 3/2,5/2).

Протон имеет собственный магнитный момент

μ_р=+2,79 μ₀ («+» показывает, что направления собственных, механических и магнитных моментов совпадают, «-» не совпадают (противоположны) ).

μ₀==5,05·10^-24эрг/Гс- единица магнитного момента (ядерный магнетон).

Собственный магнитный момент протона в 660 раз меньше чем магнитный момент электрона (μ _е=660 μ _р).

Нейтрон (n) – электрический заряд = 0, масса m_n=939,57 МэВ≈ m_р, а точнее m_n- m_р=1,3 МэВ т.е. 2,5 m_е,

спин s=1/2.

Несмотря на отсутствие электрического заряда – имеет собственный магнитный момент μ_n=-1,91 μ₀.

В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен), т.е. самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон ^–е и ещё одну частицу, называемую антинейтрино .

Период полураспада ≈12 мин. Схема распада нейтрона

n→p+^-e+.

Заметим, что масса (масса покоя) антинейтрино равна нулю, а масса нейтрона больше массы протона на 2,5 m_е. следовательно, масса нейтрона превышает суммарную массу частиц в правой части (1) на 1,5 m_е, т.е.

на 0,77 МэВ. Эта энергия выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.

Одной из характеристик атомного ядра является зарядовое число Z – равно количеству протонов в ядре и определяет его заряд Z⁺е. Очевидно, что Z определяет порядковый номер элемента в периодической системе (таблице) Менделеева. Поэтому Z называют атомным номером ядра.

Массовое число А равно количеству нуклонов в ядре.

Очевидно, что число нейтронов N в ядре N=А- Z.

Для обозначения ядер применяют символ ^А_zХ или _zХ^А где Х – химический символ элемента, число Z иногда не ставят.

Изотопы – это ядра с одинаковым Z, но разными А, например, у водорода три изотопа

- обычный водород (протий) N=0

- тяжёлый водород (дейтерий) N=1

- тритий N=2