Реферат: Атомне ядро.

05.10.2015

Реферат: Атомне ядро.

на тему:

«Атомне ядро»

Москва 1996

Зміст

1 Історія відкриттів в області будови атомного ядра

Вивчення атомного ядра змушує займатися елементарними частинками.

Причина цього зрозуміла: в ядрах атомів частинок настільки мало, що властивості кожної

з них окремо не усереднюються, а, навпаки, відіграють визначальну

роль.

1.1 Моделі атома до Бору

Розвиток досліджень радіоактивного випромінювання, з одного боку, і

квантової теорії — з іншого, привели до створення квантової моделі атома

Резерфорда — Бору. Але створенню цієї моделі передували спроби

побудувати модель атома на основі уявлень класичної

електродинаміки і механіки. У 1904 році з’явилися публікації про будову

атома, одні з яких належали японському фізику Хантаро Нагаока,

інше — англійському фізику Д. Д. Томсону.

Нагаока представив будову атома аналогічною до будови сонячної

системи: роль Сонця грає позитивно заряджена центральна частина

атома, навколо якого по встановлених кільцеподібним орбітах рухаються

«планети» — електрони. При незначних зсувах електрони збуджують

електромагнітні хвилі.

В атомі Томсона позитивну електрику «розподілено» по сфері, у

яку вкраплені електрони. У найпростішому атомі водню електрон

знаходиться в центрі позитивно зарядженої сфери. У многоэлектронных

атомах електрони розташовуються по стійких конфігурацій, розрахованим

Томсоном. Томсон вважав кожну таку конфігурацію визначальною

хімічні властивості атомів. Він зробив спробу теоретично пояснити

періодичну систему елементів Менделєєва Д. І.. Пізніше Бор вказав, що

з часу цієї спроби ідея про поділ електронів в атомі на групи

зробилася вихідним пунктом.

Але незабаром виявилося, що нові досвідчені факти спростовують модель Томсона

і, навпаки, свідчать на користь планетарної моделі. Ці факти були

відкриті Резерфордом. В першу чергу слід зазначити відкриття ядерної

1.2 Відкриття атомного ядра

Уподібнення атома планетній системі робилося ще на початку XX століття. Але

цю модель було важко сполучити з моделями електродинаміки, і вона була

залишена, уступивши місце моделі Томсона. Проте у 1904 році почалися

дослідження, що призвели до утвердження планетарної моделі.

При вивченні a-часток Резерфорд, виходячи з моделі Томсона, підрахував,

що розсіювання a-часток не може давати великих кутів відхилень навіть

при багатьох зіткненнях з частинкою. І тут Резерфорд звернувся до

планетарної моделі.

7 березня 1911 року Резерфорд зробив у філософському товаристві в Манчестері

доповідь «Розсіювання a і b-променів і будова атома». У доповіді він,

зокрема, говорив: “Розсіювання заряджених часток може бути пояснено,

якщо припустити такий атом, що складається з центрального

електричного заряду, зосередженого в точці й оточеного однорідним

сферичним розподілом протилежної електрики рівної

величини. При такому влаштуванні a і b-частки, коли вони проходять на

близькій відстані від центра атома, відчувають великі відхилення, хоча

імовірність такого відхилення мала».

Важливим наслідком теорії Резерфорда була вказівка на заряд атомного

центра, що Резерфорд поклав рівним ±Ne. Заряд виявився

пропорційним атомному вазі. “Точне значення заряду центрального

ядра не було визначено,- писав Резерфорд, — але для атома золота воно

приблизно дорівнює 100 одиницям заряду».

З наступних досліджень і експериментів Гейгера і Мардсена,

здійснили перевірку формул Резерфорда, виникло уявлення про ядро

як стійкої частини атома, що несе в собі майже всю масу атома і

володіє позитивним (Резерфорд вважав знак заряду невизначеним)

зарядом. При цьому число елементарних зарядів виявилося пропорційним

Заряд ядра виявився найважливішою характеристикою атома. У 1913 році було

показано, що заряд ядра збігається з номером елемента в таблиці

Менделєєва. Бор писав: «Із самого початку було ясно, що завдяки великій

масі ядра і його малої довжини в просторі порівняно з

розмірами всього атома будова електронної системи повинне залежати майже

Після знайомства з Резерфордом Бор, відмовившись від вивчення електронної

моделі, почав роботу в його групі. Звернувшись до планетарної моделі, Бор

створив на її основі теорію атома Резерфорда-Бора. Резерфорд зрозумів

революційний характер ідей Бора й обговорив з ним основи цієї теорії,

висловив критичні зауваження, після чого статті Бора були

опубліковані.

Під час Першої Світової війни Бор продовжує працювати в лабораторії

Резерфорда. У 1915 році він опублікував роботи “Про серіальному спектрі

водню» і «Про квантову теорію випромінювання в структурі атома». У 1916

році була опублікована стаття Зоммерфельда, де він розглянув рух

електрона по еліптичних орбітах і узагальнив правила квантування Бора.

Бор із захватом відгукнувся про цю статтю. Теорія атома після відкриттів

Зоммерфельда стала називатися теорією Бора — Зоммерфельда.

У 1936 році Бор виступив зі статтею «Захоплення нейтрона і будова ядра», у

якій запропонував краплинну модель ядра і механізм захоплення нейтрона

ядром. Дивно, але ні Бор, ні інші не могли відразу пророчити розподіл

ядра, подсказываемое краплинною моделлю, поки на початку 1939 р. не було

відкрито розподіл урану.

1.3 Атом Бору

Бор, як і Томсон до нього, шукає таке розташування електронів в атомі,

яке пояснило б його фізичні і хімічні властивості. Бор бере за

за основу модель Резерфорда. Йому також відомо, що заряд ядра і число

електронів у ньому, дорівнює числу одиниць заряду, визначається місцем

елемента в періодичній системі елементів Менделєєва. Таким чином,

це важливий крок у розумінні фізико-хімічних властивостей елемента. Але

залишаються незрозумілими дві речі: надзвичайна стійкість атомів,

несумісна з уявленнями про рух електронів по замкнутих

орбітах, і походження їхніх спектрів, що складаються з цілком визначених

ліній. Така визначеність спектра, його яскраво виражена хімічна

індивідуальність, мабуть, якось зв’язана зі структурою атома. Все це

важко пов’язати з універсальністю електрона, заряд і маса якого не

залежать від природи атома, до складу якого вони входять. Стійкість

атома в цілому суперечить законам електродинаміки, згідно яким

електрони, роблячи періодичні рухи, повинні безупинно випромінювати

енергію і, втрачаючи її, «падати» на ядро. До того ж і характер руху

електрона, объясняемый законами електродинаміки, не може приводити до

таким характерним лінійчатим спектром, які спостерігаються на самому

справі. Лінії спектра групуються в серії, вони згущуються в

коротковолновом «хвості» серії, частоти ліній відповідних серій

підпорядковані дивним арифметичним законами.

“Основним результатом ретельного аналізу видимої серії лінійчатих

спектрів та їх взаємовідносин, — писав Бор, — було встановлення того

факту, що частота u кожної лінії спектра цього елемента може бути

Резерфордом У 1919 році було зроблено нове сенсаційне відкриття —

розщеплення ядра.

Резерфорд вивчав зіткнення a-частинок із легкими атомами. Зіткнення

a-частинки з ядрами таких атомів повинні їх прискорювати. Так, при ударі

a-частинки про ядро водню воно збільшує свою швидкість у 1,6 рази, і

ядро відбирає у a-частинки 64% її енергії.

Прилад, що застосовувався Резерфордом для випромінювання таких зіткнень,

представляв собою латунну камеру довжиною 18 см, висотою 6 см і шириною 2

див. Джерелом a-частинок служив металевий диск, покритий активним

речовиною. Диск містився всередині камери і міг встановлюватися на різних

відстанях від екрані із сірчистого цинку. Камера могла заповнюватися

різними газами. Зокрема, її заповнювали азотом.

З допомогою численних дослідів Резерфорд показав, що в результаті

таких зіткнень виходять частинки з максимальним пробігом, таким же,

як у Н-атомів. “З отриманих досі результатів, — писав

Резерфорд, — важко уникнути висновку, що атоми з великим пробігом,

що виникають при зіткненні a-частинок з азотом, є не атомами

азоту, але, ймовірно, атомами водню або атомами з масою 2.

Якщо це так, то ми повинні укласти, що атом азоту розпадається

унаслідок величезних сил, які розвиваються при зіткненні зі швидкою

a-частинкою, і що освобождающийся водневий атом утворює складову

частина атома».

Так було відкрито явище розщеплення ядер азоту при ударах швидких

a-частинок і вперше висловлена думка, що ядра водню являють собою

складову частину ядер атомів. Згодом Резерфорд запропонував термін

«протон» для цієї складової частини ядра. Резерфорд закінчував свою статтю

словами: “Результати в цілому вказують на те, що якщо a-частинки або

подібні їм швидко рухомі частинки зі значно більшою енергією

могли б застосовуватися для дослідів, то можна було б виявити руйнування

ядерних структур багатьох легких атомів».

У 1920 році Резерфорд в лекції «Нуклеарное будова атома» робить

припущення про те, що існують ядра з масою 3 і 2 ядра з масою

ядра водню, але з нульовим зарядом. При цьому він виходив з гіпотези,

висловленої вперше М. Склодовської-Кюрі, що до складу ядра входять

електрони.

Резерфорд пише, що йому “здається досить правдоподібним, що один

електрон може зв’язати два Н-ядра і, можливо, навіть і одне Н-ядро. Якщо

справедливо перше припущення, то воно вказує на можливість

існування атома з масою близько 2 і з одним зарядом. Таке речовина

потрібно розглядати як ізотоп водню. Друге припущення укладає

у собі думка про можливості існування атома з масою 1 і нуклеарным

зарядом, рівним нулю. Подібні утворення видаються цілком

можливими». Так була висловлена гіпотеза про існування нейтрона і

важкого ізотопу водню.

1.5 Протонно-нейтронна модель ядра

У 1932 році Д. Д. Іваненко опублікував замітку, в якій висловив

припущення, що нейтрон є поряд з протоном структурним

елементом ядра. Однак протонно-нейтронна модель ядра була зустрінута

більшістю фізиків скептично. Навіть Резерфорд вважав, що нейтрон —

це лише складне утворення протона й електрона.

У 1933 році Іваненко на конференції в Ленінграді зробив доповідь про моделі

ядра, в якому він захищав протонно-нейтронну модель, сформулювавши

основна теза: в ядрі є тільки важкі частинки. Іваненко відкинув

ідеї про складну структуру нейтрона й протона. На його думку, обидві частинки

повинні володіти однаковим ступенем елементарності, тобто і нейтрон, і

протон можуть переходити один в одного. Надалі протон і нейтрон

почали розглядатися як два стани однієї частинки — нуклона, й ідея

Іваненко стала загальноприйнятою, а в 1932 році в складі космічних променів

була відкрита ще одна елементарна частинка — позитрон.

1.6 Штучна радіоактивність

У 1934 році Фредерік Жоліо і Ірен Кюрі повідомили про відкриття ними нового

види радіоактивності. Їм вдалося довести методом камери Вільсона, що

деякі легкі елементи (берилій, бор, алюміній) випускають

позитивні електрони при бомбардуванні їх a-частинками полонію. Жоліо

і Кюрі, досліджуючи це явище, показали, що в цьому випадку виникає

новий етап радіоактивності, що супроводжується випущенням позитивних

електронів. Вони вперше штучно викликали радіоактивність, створивши

нові радіоактивні ізотопи, не спостережувані до цього в природі і були

нагороджені за це видатне відкриття Нобелівською премією.

На сьогоднішній день теорія атомного ядра одержала подальший розвиток, і

у наступній главі розглядається її актуальний стан.

2 Будова і найважливіші властивості атомних ядер

2.1 Основні властивості і будова ядра

1. Ядром називається центральна частина атома, у якій зосереджена

практично вся маса атома і його позитивний електричний заряд. Всі

атомні ядра складаються з елементарних часток: протонів і нейтронів,

що вважаються двома зарядовыми станами однієї частинки — нуклона.

Протон має позитивний електричний заряд, що дорівнює по абсолютній

величині заряду електрона. Нейтрон не має електричного заряду.

та деяких інших нейтронодефицитных ядер NіZ, де N — число нейтронів

в ядрі. Для легких ядер N/Z»1; для ядер хімічних елементів,

раз менше магнетона Бора, звідки випливає, що магнітні властивості

атомів визначаються магнітними властивостями його електронів.

6. Розподіл електричного заряду протонів по ядру в загальному випадку

несиметрично. Мірою відхилення цього розподілу від сферично

2.2 Енергія зв’язку ядер. Дефект маси

1. Нуклони в ядрах перебувають у станах, суттєво відрізняються від

їх вільних станів. За винятком звичайного ядра водню у всіх

ядрах є не менше двох нуклонів, між якими існує особлива

ядерне сильна взаємодія — тяжіння — забезпечує

стійкість ядер, незважаючи на відштовхування однойменно заряджених

протонів.

2. Енергією зв’язку нуклона в ядрі називається фізична величина, що дорівнює

тієї роботи, яку потрібно зробити для видалення нуклона з ядра

повідомлення йому кінетичної енергії.

Енергія зв’язку ядра визначається величиною тієї роботи, яку потрібно

зробити, щоб розщепити ядро на складові його нуклони без додання

їм кінетичної енергії. Із закону збереження енергії випливає, що при

утворення ядра повинно виділятися така ж енергія, яку потрібно

затратити при розщепленні ядра на складові його нуклони. Енергія

зв’язку ядра є різницею між енергією всіх вільних нуклонів,

Dm=ZmН+(A-Z)mn-Мат,

де mH — маса водневого атома.

При практичному обчисленні Dm маси всіх часток і атомів виражаються в

атомних одиницях маси.

Дефект маси служить мірою енергії зв’язку ядра:

Wсв=Dmс2=[Zmp+(A-Z)mn-Мяд]с2

Однією атомної одиниці маси відповідає атомна одиниця енергії

(а.е.е.): а.е.е.=931,5016 Мев.

Величина wсв становить у середньому 8 Мев/нуклон. По мірі збільшення

числа нуклонів у ядрі питома енергія зв’язку убуває.

1. Ядерна взаємодія свідчить про те, що в ядрах існують

особливі ядерні сили, не зводяться ні до одного з типів сил, відомих в

класичній фізиці (гравітаційних і електромагнітних).

4. Ядерні сили мають властивість насичення, яке проявляється в тому,

що нуклон у ядрі взаємодіє лише з обмеженим числом найближчих до

нього сусідніх нуклонів. Саме тому спостерігається лінійна залежність

енергій зв’язку ядер від їх масових чисел А. Практично повне насичення

ядерних сил досягається у a-частинки, яка є дуже стійким

освітою.

2.4 Радіоактивність, g-випромінювання, a і b-розпад

1. Радіоактивністю називається перетворення нестійких ізотопів одного

хімічного елемента в ізотопи іншого елемента, що супроводжується

випусканням деяких частинок.

Природною радіоактивністю називається радіоактивність, що спостерігається

в існуючих у природі нестійких ізотопів.

Штучною радіоактивністю називається радіоактивність ізотопів,

одержаних в результаті ядерних реакцій.

2. Зазвичай всі типи радіоактивності супроводжуються випусканням

гамма-випромінювання — жорсткого, короткохвильового электроволнового випромінювання.

Гамма-випромінювання є основною формою зменшення енергії збуджених

продуктів радіоактивних перетворень. Ядро, випробовує радіоактивний

розпаду, називається материнським; виникає дочірнє ядро, як правило,

виявляється порушеною, і його перехід в основний стан

супроводжується випущенням g-фотона.

3. Альфа-розпадом називається випущення ядрами деяких хімічних

елементів a-частинок. Альфа-розпад є властивістю важких ядер з

масовими числами А>200 і зарядами ядер Ze>82. Всередині таких ядер

відбувається утворення відокремлених a-часток, що складаються кожна з двох

протонів і двох нейтронів.

4. Терміном бета-розпад позначають три типи ядерних перетворень:

електронний (b-) і позитронний (b+) розпади, а також електронний захоплення.

Перші два типи перетворення полягають у тому, що ядро випускає електрон

(позитрон) і електронне антинейтрино (електронне нейтрино). Ці

процеси відбуваються шляхом перетворення одного виду нуклона в ядрі в

інший: нейтрона в протон або протона в нейтрон. У разі електронного

захоплення перетворення полягає в тому, що зникає один з електронів в

Короткий опис статті: будову атомного ядра Реферат: Атомне ядро. Реферати дипломи книги курсові твори

Джерело: Реферат: Атомне ядро.

Також ви можете прочитати