Ядро атомное

центральная массивная часть атома, вокруг которой по квантовым орбитам обращаются электроны. Масса Я. А. Примерно в 4·103 раз больше массы всех входящих в состав атома электронов. Размер Я. А. Очень мал (10-12—10-13 см), что приблизительно в 105 раз меньше диаметра всего атома. Электрический заряд положителен и по абсолютной величине равен сумме зарядов атомных электронов (т. К. Атом в целом электрически нейтрален). Существование Я. А. Было открыто Э. Резерфордом (1911) в опытах по рассеянию α-частиц при прохождении их через вещество. Обнаружив, что α-частицы чаще, чем ожидалось, рассеиваются на большие углы, Резерфорд предположил, что положительный заряд атома сосредоточен в малом по размерам Я. А. (до этого господствовали представления Дж.

Томсона, согласно которым положительный заряд атома считался равномерно распределённым по его объёму). Идея Резерфорда была принята его современниками не сразу (главным препятствием была убеждённость в неизбежном падении атомных электронов на ядро из-за потери энергии на электромагнитное излучение при движении по орбите вокруг Я. А.). Большую роль в её признании сыграла знаменитая работа Н. Бора (1913), положившая начало квантовой теории Атома. Бор постулировал стабильность орбит как исходный принцип квантования движения атомных электронов и из него затем вывел закономерности линейчатых оптических спектров, объяснявших обширный эмпирический материал (Бальмера серия и др.). Несколько позже (в конце 1913) ученик Резерфорда Г.

Мозли экспериментально показал, что смещение коротковолновой границы линейчатых рентгеновских спектров (См. Рентгеновские спектры) атомов при изменении порядкового номера Z элемента в периодической системе элементов (См. Периодическая система элементов) соответствует теории Бора, если допустить, что электрический заряд Я. А. (в единицах заряда электрона) равен Z. Это открытие полностью сломало барьер недоверия. Новый физический объект — Я. А. Оказался прочно связанным с целым кругом на первый взгляд разнородных явлений, получивших теперь единое и физически прозрачное объяснение. После работ Мозли факт существования Я. А. Окончательно утвердился в физике. Состав ядра. Ко времени открытия Я. А. Были известны только две Элементарные частицы — Протон и Электрон.

В соответствии с этим считалось вероятным, что Я. А. Состоит из них. Однако в конце 20-х гг. 20 в. Протонно-электронная гипотеза столкнулась с серьёзной трудностью, получившей название «азотной катастрофы». По протонно-электронной гипотезе ядро азота должно было содержать 21 частицу (14 протонов и 7 электронов), каждая из которых имела Спин 1/2. Спин ядра азота должен был быть полуцелым, а согласно данным по измерению оптических молекулярных спектров (См. Молекулярные спектры) спин оказался равным 1. Состав Я. А. Был выяснен после открытия Дж. Чедвиком (1932) Нейтрона. Масса нейтрона, как выяснилось уже из первых экспериментов Чедвика, близка к массе протона, а спин равен 1/2 (установлено позже). Идея о том, что Я. А. Состоит из протонов и нейтронов, была впервые высказана в печати Д.

Д. Иваненко (1932) и непосредственно вслед за этим развита В. Гейзенбергом (1932). Предположение о протонно-нейтронном составе ядра получило в дальнейшем полное экспериментальное подтверждение. В современной ядерной физике протон (p) и нейтрон (n) часто объединяются общим названием нуклон. Общее число нуклонов в Я. А. Называется массовым числом А, число протонов равно заряду ядра Z (в единицах заряда электрона), число нейтронов N = А — Z. У изотопов (См. Изотопы) одинаковое Z, но разные А и N, у ядер — изобар одинаковое А и разные Z и N. В связи с открытием новых частиц, более тяжёлых, чем нуклоны, т. Н. Нуклонных изобар (см. Резонансы), выяснилось, что они также должны входить в состав Я. А. (внутриядерные нуклоны, сталкиваясь друг с другом, могут превращаться в нуклонные изобары).

В простейшем ядре — Дейтроне, состоящем из одного протона и одного нейтрона, нуклоны Ядро атомное 1% времени должны пребывать в виде нуклонных изобар. Ряд наблюдаемых явлений (особенно ядерных реакций (См. Ядерные реакции) под действием частиц высоких энергий) свидетельствует в пользу существования таких изобарных состояний в ядрах. Помимо нуклонов и нуклонных изобар, в ядрах периодически на короткое время (10-23—10-24 сек) появляются Мезоны, в том числе легчайшие из них — π-мезоны (см. Пи-мезоны). Взаимодействие нуклонов сводится к многократным актам испускания мезона одним из нуклонов и поглощения его другим. Возникающие т. О. Обменные мезонные токи сказываются, в частности, на электромагнитных свойствах ядер.

Наиболее отчётливое проявление обменных мезонных токов обнаружено в реакции расщепления дейтрона электронами высоких энергий и γ-квантами. Взаимодействие нуклонов. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, называются ядерными. Это самые сильные из всех известных в физике взаимодействий (см. Сильные взаимодействия). Ядерные силы, действующие между двумя нуклонами в ядре, по порядку величины в сто раз интенсивнее электростатического взаимодействия между протонами. Важным свойством ядерных сил является их Изотопическая инвариантность, т. Е. Независимость от зарядового состояния нуклонов. Ядерные взаимодействия двух протонов, двух нейтронов или нейтрона и протона одинаковы, если одинаковы состояния относительного движения этих пар частиц.

Величина ядерных сил зависит от расстояния между нуклонами, от взаимной ориентации их спинов, от ориентации спинов относительно орбитального момента вращения и радиуса-вектора, проведённого от одной частицы к другой. В соответствии с этим различают ядерные силы центральные, спин-спиновые, спин-орбитальные и тензорные. Ядерные силы характеризуются определённым радиусом действия. Потенциал этих сил убывает с расстоянием r между частицами быстрее, чем r-2, а сами силы — быстрее, чем r-3. Из рассмотрения физической природы ядерных сил следует, что они должны убывать с расстоянием экспоненциально. Радиус действия ядерных сил определяется т. Н. Комптоновской длиной волны (См. Комптоновская длина волны) r0 мезонов, которыми обмениваются нуклоны в процессе взаимодействия.

0) практически одинакова. Это означает, что объём ядра пропорционален числу нуклонов А, а его линейный размер Ядро атомноеА1/3. Эффективный радиус ядра R определяется соотношением. R = а A1/3, (2) где константа а близка к Гц, но отличается от него и зависит от того, в каких физических явлениях измеряется R. В случае так называемого зарядового радиуса ядра, измеряемого по рассеянию электронов на ядрах или по положению энергетических уровней μ-Мезоатомов. А = 1,12 ф. Эффективный радиус, определённый из процессов взаимодействия адронов (См. Адроны) (нуклонов, мезонов, α-частиц и др.) с ядрами, несколько больше зарядового. От 1,2 ф до 1,4 ф. Плотность ядерного вещества фантастически велика сравнительно с плотностью обычных веществ.

Она равна примерно 1014 г/см3. В ядре ρ почти постоянно в центральной части и экспоненциально убывает к периферии. Для приближённого описания эмпирических данных иногда принимают следующую зависимость ρ от расстояния r от центра ядра.