Ядро Атомное

центральная массивная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов. Масса Я. А. Примерно в 4 х 103 раз больше массы всех входящих в состав атома электронов. Размеры Я. А. Составляют ~ 10-12-10-13 см. Электрич. Заряд положителен и по абс. Величине равен сумме зарядов электронов нейтрального атома. Общие характеристики Я. А. Протон (р) и нейтрон (n) в ядре объединяются общим названием "нуклон". Число нуклонов в Я. А. Наз. Массовым числом А. Поскольку заряд ядра Z в единицах абс. Заряда электрона еравен числу протонов, число нейтронов в Я. А. Равно. N = A Ч Z. Ядра-изотопы имеют одно и то же Z, но разные N, а ядра-изобары - одно и то же А, но разные Z и N. Силы, удерживающие нуклоны в ядре, наз. Ядерными. Они определяются самым интенсивным из всех известных в физике взаимод.

(сильное взаимод.). Для двух протонов в ядре, напр., ядерные силы примерно в 100 раз превышают электростатич. Отталкивание. Важным св-вом ядерных сил является их независимость от заряда нуклона. Взаимод. Двух протонов, двух нейтронов или протона и нейтрона одинаковы, если одинаковы состояния относит. Движения этих пар частиц, а также спиновые состояния (см. Ниже). Ядерные силы характеризуются определенным радиусом действия. Наиб. Радиус действия составляет примерно 1,41 х 10-13 см. В то же время зависимость ядерных сил от расстояния между нуклонами пока не установлена. Размеры Я. А. Зависят от их массового числа. Ср. Плотность распределения нуклонов для всех ядер с А>10 практически одинакова, так что объем ядра пропорционален А, а его линейный размер пропорционален А 1/3.

Эффективный радиус Rядра определяется равенством. R= аА1/3, где постоянная асоставляет величину (1,1-1,4) х 10-13 см в зависимости от того, в каком физ. Эксперименте измеряется R. Это равенство показывает, что R меняется от 10-13 до 10-12 см. Плотность ядерного в-ва чрезвычайно велика по сравнению с плотностью обычных в-в и составляет ок. 1014 г/см 3. Плотность распределения нуклонов в ядре почти постоянна в центральной его части и экспоненциально убывает на периферии. Для расщепления Я. А. На отдельные нуклоны необходимо затратить энергию, наз. Энергией связи ядра Е св, определяемую соотношением. 2, где p, т п и М - массы протона, нейтрона и ядра соотв. с - скорость света. Величина = = 1/2). Квадрупольный момент ядра м.

Б. Записан в виде eQ, где Q - коэф. Имеющий размерность площади и меняющийся от 10-27 см 2 (легкие ядра) до 10-23 см 2 (тяжелые ядра). Наличие квадрупольного момента у ядер свидетельствует о том, что распределение заряда в них не обладает сферич. Симметрией и м. Б. Представлено эллипсоидом вращения. Если ядро вытянуто вдоль оси вращения эллипсоида (оси симметрии), Q >0, если сплюснуто, то Q <. 0. Как правило, большие квадрупольные моменты ядер положительны. Магн. Дипольные моменты ядер m имеют порядок величины ядерного магнетона 5,051 x 10-27 Дж/Тл -постоянная Планка) и связаны со спином ядра 7 коэф. Пропорциональности носящим назв. Гиромагнитного отношения. Значение меняется в широких пределах - от 5,25 для 19F до -2,08 для 119Sn.

Магн. Дипольный и электрич. Квадрупольный моменты ядер м. Б. Измерены радиоспектроскопич. Методами (см. Радиоспектроскопия). Модели ядер. Квантовая система с сильным взаимод. Многих составляющих ее частиц представляет собой сложный объект для совр. Квантовой теории. К тому же теория Я. А. Не располагает достаточно определенной информацией о ядерных силах. По этой причине структуру и св-ва ядер описывают пока в рамках моделей, позволяющих получать удовлетворит. Результаты лишь по определенным наборам св-в ядер. Оболочечная модель похожа по структуре на модель электронных оболочек. Каждый нуклон находится в ядре в определенном квантовом состоянии, характеризуемом энергией, спином j, его проекцией на одну из осей, орбитальным моментом кол-ва движения l =j1/2 и четностью (-1l).

Заполнение уровней энергии проводится в соответствии с Паули принципом. Однако при больших А (> 150) квадрупольные моменты ядер отличаются от значений, предсказываемых оболочечной моделью, в 10-100 раз. Поэтому была предложена ротационная модель для несферич. Ядер, согласно к-рой ядро представляет собой эллипсоид вращения и уровни энергии зависят от момента инерции ядра. В обобщенной модели сохраняются осн. Идеи оболочечной модели, но потенц. Поле, в к-ром движутся нуклоны, предполагается имеющим симметрию эллипсоида вращения, а не сферич. Симметрию. Активно развиваются кластерные модели, в к-рых используется представление об образовании взаимодействующих между собой кластеров из двух или большего числа нуклонов.

Тем не менее ни одна из моделей не может претендовать на последоват. Объяснение св-в ядер на основе общих физ. Принципов, а также данных о структуре ядер и взаимод. Нуклонов. Теория Я. А. Остается пока одной из нерешенных фундам. Проблем совр. Физики. Ядерные эффекты в химии. Превращения в-в, не стабильных относительно распада ядер, изучаются, начиная с открытия радиоактивности в 1896. Введенный в нач. 20 в. Термин "радиохимия" в наст. Время объединяет химию радиоактивных в-в и ядерных превращений и изучение сопутствующих им физ.-хим. Процессов. Разработаны методы, позволяющие направленно получать, концентрировать и вьщелять атомы с определенными ядрами, в частности радионуклиды, а также молекулы, в состав к-рых входят такие атомы (см.

Ядерная химия). Заметное влияние на ядерные процессы оказывает строение электронных оболочек атомов и молекул. Так, мёссбауэровская спектроскопия основана на регистрировании резонансного поглощения (рассеяния)квантов ядрами при совпадении энергий ядерных переходов поглотителя с частотой квантов. Изменение энергетич. Состояния ядер в молекуле или кристалле по сравнению с состоянием тех же ядер в свободном атоме определяется, в частности, изменением электростатич. Взаимод. Объемного заряда ядра с электронами, что приводит к т. Наз. Хим. Сдвигу резонансных линий в мёссбауэровском спектре и взаимод. Квадрупольного момента ядра с градиентом электрич. Поля на ядре, обусловленным несферич. Окружением данного ядра в молекуле.

В результате происходит расщепление энергетич. Уровней мол. Системы в зависимости от проекции спина ядра на направление градиента электрич. Поля на ядре. Переходы между расщепленными уровнями наблюдаются с помощью метода ядерного квадрупольного резонанса. Взаимод. Магн. Момента ядра с магн. Полем, создаваемым электронами, определяет сверхтонкую структуру спектров электронного парамагнитного резонанса. Расщепление уровней энергии под влиянием взаимод. Магн. Моментов ядер, связанных с их спином, обусловило создание разл. Вариантов метода ядерного магнитного резонанса. Тонкая структура спектров ЯМР вызвана спин-спиновым взаимодействием ядер. Все упомянутые методы, основанные на св-вах ядер и их зависимости от окружения ядер, используются для анализа того, что представляет собой окружение Я.

А. В молекулах, а также для изучения разл. Релаксац. Процессов в в-ве. Характеристики ядер, входящих в состав молекулы, наряду с числом электронов полностью определяют данную молекулу, а следовательно, и весь набор ее квантовых состояний (разл. Изомеры отвечают лишь разл. Участкам на пов-сти потенц. Энергии молекулы). Во мн. Задачах достаточно рассматривать ядра как точечные образования, несущие заряд Z и определяющие общую структуру волновых ф-ций каждого из квантовых состояний молекулы. Однако более тонкие эффекты зависят от спина ядер, их квадрупольного момента, а также от их размеров и масс (при использовании релятивистских подходов), что приводит к необходимости активного изучения св-в и структуры ядер. Различие масс ядер изотопов определяет прежде всего изотопные эффекты - различие физ.

И хим. Св-в в-ва, содержащего изотопно-замещенные молекулы. В частности, различия масс ядер изотопов позволяют увеличить объем информации, извлекаемой из вращат. И колебат. Спектров молекул. Предполагается, что у всех изотопно-замещенных молекул потенц. Пов-сть, рассматриваемая в адиабатич. Приближении, одна и та же, следовательно, и мол. Постоянные, определяющие потенц. Пов-сть (равновесная конфигурация, силовые постоянные, постоянные ангармоничности и др.), остаются без изменений. Однако положения вращат. И колебат. Уровней энергии молекулы зависят от массы составляющих ее частиц, следовательно, меняются и переходы между этими уровнями при изотопном замещении. Эти же различия в энергетич. Спектре изотопов, наряду с различием поступат.

Энергии молекул с разными массами при одной и той же т-ре, влекут за собой различие термодинамич. Св-в в-ва, в частности отличие от единицы констант равновесия изотопного обмена. Р-ции с участием изотопно-замещенных молекул отличаются скоростями, температурной зависимостью и т. П. Лит. Бете Г., Моррисон Ф., Элементарная теория ядра, пер. С англ., 2 изд., М., 1958. Давыдов А. С., Теория атомного ядра, М., 1958. Драrо Р., Физические методы в химии, пер. С англ., т. 1-2, М., 1981. Флайгер У., Строение и динамика молекул, пер. С англ., т. 1-2, М., 1982. Мигдал А. Б., Теория конечных ферми-систем и свойства атомных ядер, 2 изд., М., 1983. Н. Ф. Степанов..