Ядерная физика. Лекция 1. Основные характеристики атомного ядра.
Основными характеристиками атомного ядра являются:
- нуклонный состав ядра, то есть число протонов и нейтронов в ядре,
- электрический заряд, масса, радиус, спин, электрические и магнитные моменты, энергия связи нуклонов.
Основной и самой важной характеристикой ядра является его нуклонный состав.
Именно от нуклонного состава зависят все остальные характеристики ядра.
Электрический заряд ядра равен числу протонов в нём.
МАССА ЯДРА.
Масса ядра измеряется в атомных единицах массы.
Одна атомная единица массы примерно равна массе протона.
Масса ядра определяется числом протонов и нейтронов.
Число протонов и нейтронов называется массовым числом ядра.
В первом приближении масса ядра примерно равна массовому числу ядра.
Точная же масса ядра немного меньше массового числа.
Это объясняется тем, что когда нуклоны соединяются, образуя ядро, часть их массы расходуется на энергию связи, которая удерживает нуклоны в ядре.
Поэтому масса нуклонов в ядре немного меньше, чем одна атомная единица массы.
А масся ядра, соответственно, оказывается меньше, чем массовое число ядра.
РАДИУС ЯДРА.
Ядерная материя практичиски несжимаема.
Поэтому плотность ядерной материи почти не зависит от числа нуклонов в нем.
Поэтому объём ядра прямо пропорционален числу нуклонов в нём.
А радиус ядра, соответственно, пропорционален кубическому корню из числа нуклонов.
Граница ядра является размытой, поэтому радиус ядра имеет условное значение.
Ядро состоит из внутренней области, где плотность ядерной материи примерно постоянна, и граничной области, где плотность быстро уменьшается.
За радиус ядра принимают расстояние от центра ядра, на котором плотность ядерной материи уменьшается в е ≈ 2.7 раз.
СПИН ЯДРА.
Спин ядра - это его момент вращения вокруг собственной оси.
Спин ядра равен векторной сумме спинов и орбитальных моментов составляющих ядро нуклонов.
Орбитальные моменты нуклонов возникают в результате движения нуклонов внутри ядра.
Не все ядра имеют спин.
Это обусловлено тем, что спины и орбитальные моменты отдельных нуклонов в ядре попарно компенсируются.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАНИТНЫЕ МОМЕНТЫ ЯДРА.
Будучи электрически заряженным, ядро имеет электрические и манитные моменты.
Первый из ненулевых магнитных моментов ядра - это дипольный магнитный момент.
А первый из ненулевых электрических моментов ядра - это квадрупольный электрический момент.
Магнитный момент порождается спином ядра.
Поэтому этот момент равен нулю у бесспиновых ядер.
Квадрупольный электрический момент возникает при отклонении формы ядра от сферически симметричной.
Поэтому он равен нулю у сферически симметричных ядер.
ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДРА.
Между нуклонами в ядре действуют ядерные силы притяжения, которые удерживают их вместе.
От величины этих сил зависит энергия связи ядра.
Чем больше энергия связи, тем сильнее связаны нуклоны, а значит, тем стабильнее ядро.
В нестабильных ядрах энергия связи относительно низкая - такие ядра подвержены радиоактивному распаду.
В отличие от заряда и массы, зависимость энергии связи от нуклонного состава ядра довольно сложная.
Приближенно эта зависимость описывается формулой Вайцзекера, содержащей пять слагаемых.