Iga aatom koosneb tuumad Ja aatomi kest, mis sisaldavad mitmesuguseid elementaarosakesi - nukleonid Ja elektronid(joonis 5.1). Tuum on aatomi keskosa, mis sisaldab peaaegu kogu aatomi massi ja millel on positiivne laeng. Tuum koosneb prootonid Ja neutronid, mis on ühe elementaarosakese – nukleoni topeltlaenguga olekud. Prootonilaeng +1; neutron 0.

Põhilaeng aatom on võrdne Z . ē , Kus Z– elementide seerianumber (aatomnumber) Mendelejevi perioodilisustabelis võrdne prootonite arvuga tuumas; ē - elektronide laeng.

Nukleonide arvu tuumas nimetatakse elemendi massiarv(A):

A = Z + N,

Kus Z– prootonite arv; N– neutronite arv aatomituumas.

Prootonite ja neutronite massiarv on 1, elektronide puhul 0.

Riis. 5.1. Aatomi struktuur

Mis tahes keemilise elemendi jaoks on üldiselt aktsepteeritud järgmised nimetused: X:, Siin A- massiarv, Z– elemendi aatomnumber.

Sama elemendi aatomituumades võib olla erinev arv neutroneid N. Seda tüüpi aatomituumi nimetatakse isotoobid sellest elemendist. Seega on isotoopidel: sama aatomnumber, kuid erinevad massiarvud A. Enamik keemilisi elemente on erinevate isotoopide segu, näiteks uraani isotoobid:

.

Erinevate keemiliste elementide aatomituumadel võib olla sama massiarv A(erineva arvu prootonitega Z). Seda tüüpi aatomituumi nimetatakse isobaarid. Näiteks:

– – – ; –

Aatommass

Aatomite ja molekulide massi iseloomustamiseks kasutatakse mõistet aatommass M on suhteline väärtus, mis määratakse seoses
süsinikuaatomi massile ja võetakse võrdseks m a = 12 000 000. Sest
võeti kasutusele aatommassi absoluutne määratlus aatomiüksus
massid(a.m.u.), mis on määratletud süsinikuaatomi massi suhtes järgmisel kujul:

.

Seejärel saab elemendi aatommassi määrata järgmiselt:

Kus M– kõnealuse elemendi isotoopide aatommass. Selle avaldise abil on lihtsam määrata elementide tuumade massi, elementaarosakesi, osakesi - radioaktiivsete muundumiste saadusi jne.

Tuumamassi defekt ja tuuma sidumisenergia

Nukleonide sidumisenergia– füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne tööga, mis tuleb teha nukleoni eemaldamiseks tuumast ilma sellele kineetilist energiat andmata.

Nukleonid on tuumas seotud tuumajõudude toimel, mis oluliselt ületavad prootonite vahel mõjuvaid elektrostaatilisi tõukejõude. Tuuma lõhenemiseks on vaja need jõud ületada, st kulutada energiat. Nukleonide kombinatsiooniga tuuma moodustamiseks, vastupidi, kaasneb energia vabanemine, mida nimetatakse tuuma siduv energiaΔ W St:

,

kus on nn tuumamassi defekt; Koos ≈ 3 . 10 8 m/s – valguse kiirus vaakumis.

Tuuma sidumisenergia– füüsikaline suurus, mis on võrdne tööga, mis tuleb teha tuuma jagamiseks üksikuteks nukleoniteks ilma neile kineetilist energiat andmata.

Tuuma moodustumisel selle mass väheneb, s.t tuuma mass on väiksem kui selle koostisse kuuluvate nukleonide masside summa, seda erinevust nimetatakse massivigaΔ m:

Kus m p- prootoni mass; m n– neutronite mass; m tuum – tuuma mass.

Tuummassist liikudes m tuum elemendi aatommassideks m Noh, selle väljendi saab kirjutada järgmisel kujul:

Kus m H – vesiniku mass; m n–neutronite mass ja m a on läbi määratud elemendi aatommass aatommassi ühik(a.e.m.).

Tuuma stabiilsuse kriteeriumiks on selles olevate prootonite ja neutronite arvu range vastavus. Tuumade stabiilsuse jaoks kehtib järgmine seos:

,

Kus Z– prootonite arv; A– elemendi massiarv.

Ligikaudu 1700 praeguseks teadaolevast tuumatüübist on ainult umbes 270 stabiilsed. Veelgi enam, looduses domineerivad paaris-paarituumad (st paarisarvu prootonite ja neutronite arvuga), mis on eriti stabiilsed.

Radioaktiivsus

Radioaktiivsus– ühe keemilise elemendi ebastabiilsete isotoopide muutmine mõne teise keemilise elemendi isotoopideks koos mõne elementaarosakese vabanemisega. On: looduslik ja kunstlik radioaktiivsus.

Peamised tüübid hõlmavad järgmist:

– α-kiirgus (lagunemine);

– β-kiirgus (lagunemine);

- tuuma spontaanne lõhustumine.

Laguneva elemendi tuumaks nimetatakse emalik, ja saadud elemendi tuum on tütarettevõtted. Aatomituumade spontaanne lagunemine järgib järgmist radioaktiivse lagunemise seadust:

Kus N 0 – tuumade arv keemilises elemendis esialgsel ajahetkel; N– südamike arv korraga t; – nn lagunemiskonstant, mis on ajaühikus lagunevate tuumade osa.

Lagunemiskonstandi pöördväärtus iseloomustab isotoobi keskmist eluiga. Tuumade stabiilsuse omadus lagunemise suhtes on pool elu, st aeg, mille jooksul esialgne südamike arv väheneb poole võrra:

Seos ja:

, .

Radioaktiivse lagunemise ajal tekib see laengu jäävuse seadus:

,

kus on lagunenud või tekkinud (moodustunud) “kildude” laeng; Ja massiarvude jäävuse reegel:

kus on moodustunud (lagunenud) “kildude” massiarv.

5.4.1. α ja β lagunemine

α lagunemine tähistab heeliumi tuumade kiirgust. Iseloomulik suure massiarvuga "rasketele" tuumadele A> 200 ja laadige z > 82.

α-lagunemise nihkereegel on järgmine (moodustub uus element):

.

; .

Pange tähele, et α-lagunemisel (kiirgusel) on suurim ioniseerimisvõime, kuid madalaim läbilaskvus.

Eristatakse järgmisi tüüpe: β-lagunemine:

– elektrooniline β-lagunemine (β – -lagunemine);

– positroni β-lagunemine (β + -lagunemine);

– elektrooniline püüdmine (k-püüdmine).

β-lagunemine tekib siis, kui elektronide ja antineutriinode vabanemisel on neutronite liig:

.

β+-lagunemine tekib siis, kui prootoneid on liiga palju koos positronite ja neutriinode vabanemisega:

.

Elektroonilise pildistamise jaoks ( k- jäädvustada) Tüüpiline on järgmine transformatsioon:

.

β-lagunemise nihkereegel on järgmine (moodustub uus element):

Sest β – lagunemine: ;

Sest β + -lagunemine: .

β-lagunemisel (kiirgusel) on madalaim ioniseerimisvõime, kuid suurim läbilaskvus.

α- ja β-kiirgusega kaasnevad γ-kiirgus, mis on footonite kiirgus ja ei ole iseseisev radioaktiivse kiirguse liik.

γ-footonid vabanevad ergastatud aatomite energia vähenemisel ega põhjusta massiarvu muutust A ja tasu muutus Z. γ-kiirgusel on suurim läbitungimisvõime.

Radionukliidide aktiivsus

Radionukliidide aktiivsus– radioaktiivsuse mõõt, mis iseloomustab tuuma lagunemiste arvu ajaühikus. Teatud koguse radionukliidide puhul teatud ajahetkel teatud energiaolekus aktiivsus A on antud kujul:

kus on ioniseeriva kiirguse allikas teatud aja jooksul toimuvate spontaansete tuumamuutuste (tuuma lagunemiste arv) eeldatav arv .

Tuuma spontaanset transformatsiooni nimetatakse radioaktiivne lagunemine.

Radionukliidide aktiivsuse mõõtühik on vastastikune sekund (), millel on eriline nimi becquerel (Bq).

Becquerel on võrdne radionukliidi aktiivsusega allikas, milles 1 sek. toimub üks spontaanne tuumatransformatsioon.

Süsteemiväline tegevusüksus – curie (Ku).

Curie on radionukliidi aktiivsus allikas, milles 1 sek. juhtub 3.7 . 10 10 spontaanset tuumatransformatsiooni, st 1 Ku = 3,7 . 10 10 Bq.

Näiteks ligikaudu 1 g puhast raadiumi annab aktiivsuseks 3,7 . 10 10 tuuma lagunemist sekundis.

Mitte kõik radionukliidide tuumad ei lagune üheaegselt. Igas ajaühikus toimub spontaanne tuumatransformatsioon teatud osa tuumadega. Tuumamuutuste osakaal on erinevate radionukliidide puhul erinev. Näiteks raadiumi tuumade koguarvust laguneb igas sekundis 1,38 . osa ja radoonituumade koguarvust - 2,1 . osa. Ajaühikus lagunevate tuumade osa nimetatakse lagunemiskonstandiks λ .

Ülaltoodud definitsioonidest järeldub, et tegevus A seotud radioaktiivsete aatomite arvuga N allikas antud ajahetkel suhte järgi:

Aja jooksul radioaktiivsete aatomite arv väheneb vastavalt seadusele:

, (3) – 30 aastat, pinnaradoon või lineaarne tegevust.

Konkreetsete tegevusüksuste valiku määrab konkreetne ülesanne. Näiteks aktiivsust õhus väljendatakse bekerellides kuupmeetri kohta (Bq/m 3) – mahuline aktiivsus. Aktiivsust vees, piimas ja muudes vedelikes väljendatakse ka mahulise aktiivsusena, kuna vee ja piima kogust mõõdetakse liitrites (Bq/L). Leiva, kartuli, liha ja muude toodete aktiivsust väljendatakse eriaktiivsusena (Bq/kg).

On ilmne, et radionukliidide bioloogiline mõju inimorganismile sõltub nende aktiivsusest, st radionukliidide kogusest. Seetõttu on radionukliidide mahuline ja eriaktiivsus õhus, vees, toidus, ehitus- ja muudes materjalides standarditud.

Kuna teatud aja jooksul saab inimest kiiritada mitmel viisil (alates radionukliidide sattumisest kehasse kuni välise kiiritamiseni), on kõik kiirgustegurid seotud kindla väärtusega, mida nimetatakse kiirgusdoosiks.

Lisage sait järjehoidjate hulka

Aatomi mõiste. Aatomi ja aatomituuma ehitus

Aatom on väikseim osake element, säilitades selle omadused.

Erinevate elementide aatomid on üksteisest erinevad. Kuna seal on üle 100 erineva elemendi, on seal üle 100 erineva aatomitüübi.

Joonis 1-2. Aatomi osad.

Igal aatomil on tuum , asub aatomi keskel. See sisaldab positiivselt laetud osakesi - prootoneid ja laenguta osakesi - neutroneid.

Elektronid, negatiivselt laetud osakesed tiirlevad ümber tuuma (vt joonis 1-2).

Prootonite arvu aatomi tuumas nimetatakse elemendi aatomnumbriks.

Riis. 1-3. Tuuma ümbritsevates kestades paiknevad elektronid.

Aatomnumbrid aitavad üht elementi teisest eristada. Igal elemendil on aatommass. Aatomi mass on aatomi mass, mille määrab tuumas olevate prootonite ja neutronite koguarv. Elektronid ei anna praktiliselt mingit panust aatomi kogumassi; elektroni mass on vaid 1/1845 prootoni massist ja seda võib tähelepanuta jätta.

Elektronid pöörlevad tuuma ümber kontsentrilistel orbiitidel. Iga orbiiti nimetatakse kestaks. Need kestad täidetakse järgmises järjestuses: kõigepealt täidetakse kest K, seejärel L, M, N jne. (Vt joonis 1-3). Igasse kesta mahutavate elektronide maksimaalne arv on näidatud joonisel fig. 1-4.

Välist kesta nimetatakse valentskihiks ja selles sisalduvate elektronide arvu valentsiks. Mida kaugemal tuumast valentskest , seda väiksemat külgetõmmet tunneb iga valentselektron tuumast. Seega suureneb aatomi potentsiaal elektrone juurde saada või kaotada, kui valentskiht ei ole täidetud ja asub tuumast piisavalt kaugel.

Riis. 1-4 ja 1-5. Aatomi koostis.

Valentskihi elektronid võivad saada energiat. Kui need elektronid saavad välisjõududelt piisavalt energiat, võivad nad aatomist lahkuda ja saada vabadeks elektronideks, liikudes juhuslikult aatomilt aatomile. Materjale, mis sisaldavad suurt hulka vabu elektrone, nimetatakse juhtideks.

Riis. 1-6. Vase valents.

Joonisel fig. 1-5 võrreldakse erinevate juhtidena kasutatavate metallide juhtivust . Tabelis on hõbeda, vase ja kulla valents üks (vt joonis 1-6). Hõbe on aga parem juht, kuna selle valentselektronid on lõdvemalt seotud.

Erinevalt juhtmetest takistavad isolaatorid elektrivoolu. Isolaatorid on stabiilsed tänu sellele, et osade aatomite valentselektronid kinnituvad teiste aatomitega, täites nende valentskestad, takistades seega vabade elektronide teket.

Riis. 1-7. Erinevate isolaatoritena kasutatavate materjalide dielektrilised omadused.

Isolaatoriteks klassifitseeritud materjale võrreldakse joonisel fig. 1-7. Vilgukivi on parim isolaator, kuna selle valentskestas on kõige vähem vabu elektrone.

Pooljuhid asuvad vahepealsel positsioonil juhtide ja isolaatorite vahel.Pooljuhid ei ole head juhid ega head isolaatorid, kuid nad on olulised, kuna nende juhtivus võib juhtideti erineda. Räni ja germaanium on pooljuhtmaterjalid.

Aatomit, millel on sama arv elektrone ja prootoneid, peetakse elektriliselt neutraalseks. Aatom, mis saab ühe või mitu elektroni, ei ole elektriliselt neutraalne. See muutub negatiivselt laetuks ja seda nimetatakse negatiivseks iooniks. Kui aatom kaotab ühe või mitu elektroni, muutub see positiivselt laetuks ja seda nimetatakse positiivseks iooniks. Elektronide saamise või kaotamise protsessi nimetatakse ionisatsiooniks. Ionisatsioonil on suur roll elektrivoolu voolamisel.

MÄÄRATLUS

Atom koosneb positiivselt laetud tuumast, mille sees on prootonid ja neutronid ning elektronid liiguvad selle ümber orbiitidel. Aatomituum asub keskel ja peaaegu kogu selle mass on koondunud sellesse.

Laengu hulk aatomi tuumas määrab keemilise elemendi, millesse see aatom kuulub.

Aatomituuma olemasolu tõestas 1911. aastal E. Rutherford ja seda kirjeldas töös pealkirjaga "α- ja β-kiirte hajumine ja aatomi struktuur". Pärast seda esitasid erinevad teadlased arvukalt teooriaid aatomituuma ehituse kohta (tilgateooria (N. Bohr), kestateooria, kobarateooria, optikateooria jne).

Aatomituuma elektrooniline struktuur

Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt koosneb aatomituum positiivselt laetud prootonitest ja neutraalsetest neutronitest, mida koos nimetatakse nukleoniteks. Tugeva vastasmõju tõttu hoitakse neid tuumas.

Prootonite arvu tuumas nimetatakse laengunumbriks (Z). Seda saab määrata D.I. Mendelejevi perioodilise tabeli abil - see võrdub keemilise elemendi seerianumbriga, millesse aatom kuulub.

Neutronite arvu tuumas nimetatakse isotooparvuks (N). Nukleonide koguarvu tuumas nimetatakse massiarvuks (M) ja see on võrdne keemilise elemendi aatomi suhtelise aatommassiga, mis on näidatud D. I. Mendelejevi perioodilises tabelis.

Tuumasid, millel on sama arv neutroneid, kuid erinev arv prootoneid, nimetatakse isotoonideks. Kui tuumas on sama arv prootoneid, kuid erinevad neutronid - isotoobid. Juhul, kui massiarvud on võrdsed, kuid nukleonide koostis on erinev - isobaarid.

Aatomi tuum võib olla stabiilses (põhi)olekus ja ergastatud olekus.

Vaatleme aatomi tuuma struktuuri keemilise elemendi hapniku näitel. D.I. Mendelejevi perioodilises tabelis on hapniku seerianumber 8 ja suhteline aatommass on 16 amu. See tähendab, et hapnikuaatomi tuuma laeng on võrdne (+8). Tuum sisaldab 8 prootonit ja 8 neutronit (Z=8, N=8, M=16) ning 8 elektroni liigub ümber tuuma 2 orbiidil (joonis 1).

Riis. 1. Hapniku aatomi struktuuri skemaatiline esitus.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

NÄIDE 2

Aatomituum on aatomi keskosa, kuhu on koondunud suurem osa selle massist (üle 99,9%). Tuum on positiivselt laetud, tuuma laengu määrab keemiline element, millesse aatom kuulub. Erinevate aatomite tuumade suurused on mitu femtomeetrit, mis on rohkem kui 10 tuhat korda väiksem kui aatomi enda suurus.

Aatomituuma, mida peetakse osakeste klassiks, millel on teatud arv prootoneid ja neutroneid, nimetatakse tavaliselt nukliidiks. Prootonite arvu tuumas nimetatakse selle laengunumbriks - see arv on võrdne elemendi aatomnumbriga, millesse aatom Mendelejevi tabelis (elementide perioodiline tabel) kuulub. Prootonite arv tuumas määrab neutraalse aatomi elektronkihi struktuuri ja seega ka vastava elemendi keemilised omadused. Neutronite arvu tuumas nimetatakse selle isotooparvuks. Tuumasid, millel on sama arv prootoneid ja erinev arv neutroneid, nimetatakse isotoopideks.

1911. aastal ütles Rutherford Manchesteri filosoofiaühingus oma raportis "α- ja β-kiirte hajumine ja aatomi struktuur":

Laetud osakeste hajumist saab seletada sellega, et oletame, et aatom koosneb ühes punktis koondunud tsentraalsest elektrilaengust, mida ümbritseb võrdse suurusega vastupidise elektri ühtlane sfääriline jaotus. Sellise aatomi paigutuse korral kogevad α- ja β-osakesed, kui nad mööduvad aatomi keskpunktist lähedalt, suuri kõrvalekaldeid, kuigi sellise kõrvalekalde tõenäosus on väike.

Nii avastas Rutherford aatomituuma ja sellest hetkest algas tuumafüüsika, mis uuris aatomituumade struktuuri ja omadusi.

Pärast elementide stabiilsete isotoopide avastamist määrati kõige kergema aatomi tuumale kõigi tuumade struktuurse osakese roll. Alates 1920. aastast kannab vesinikuaatomi tuum ametlikku nimetust prooton. Pärast tuuma struktuuri vahepealset prooton-elektronteooriat, millel oli palju ilmseid puudujääke, esiteks läks see vastuolus tuumade spinnide ja magnetmomentide mõõtmise katsetulemustega, avastas James Chadwick 1932. aastal uue elektriliselt neutraalse osakese. nimetatakse neutroniks. Samal aastal püstitasid Ivanenko ja iseseisvalt Heisenberg tuuma prooton-neutronstruktuuri hüpoteesi. Hiljem, tuumafüüsika ja selle rakenduste arenguga, leidis see hüpotees täielikult kinnitust.

Radioaktiivsus

Radioaktiivne lagunemine (ladina raadiusest "ray" ja āctīvus "aktiivne") on ebastabiilsete aatomituumade koostise (laeng Z, massiarv A) või sisemise struktuuri spontaanne muutus elementaarosakeste, gammakiirte ja/või emissiooni kaudu. tuumafragmendid. Radioaktiivse lagunemise protsessi nimetatakse ka radioaktiivsuseks ning vastavad tuumad (nukliidid, isotoobid ja keemilised elemendid) on radioaktiivsed. Radioaktiivseid tuumasid sisaldavaid aineid nimetatakse ka radioaktiivseteks.

Radioaktiivse lagunemise seadus on Frederick Soddy ja Ernest Rutherfordi eksperimentaalselt avastanud seadus, mis sõnastati 1903. aastal. Seaduse kaasaegne sõnastus:

mis tähendab, et suvalise aine lagunemiste arv ajaintervalli t jooksul on võrdeline proovis esinevate antud tüüpi radioaktiivsete aatomite arvuga N.

Selles matemaatilises avaldises on λ lagunemiskonstant, mis iseloomustab radioaktiivse lagunemise tõenäosust ajaühiku kohta ja mille mõõde on c −1. Miinusmärk näitab radioaktiivsete tuumade arvu vähenemist aja jooksul. Seadus väljendab radioaktiivsete tuumade lagunemise sõltumatust üksteisest ja ajast: antud tuuma lagunemise tõenäosus igas järgmises ajaühikus ei sõltu ajast, mis on möödunud katse algusest proovi jäänud tuumade arv.

Selle diferentsiaalvõrrandi lahendus on järgmine:

Või kus T on poolestusaeg, mis võrdub ajaga, mille jooksul radioaktiivsete aatomite arv või proovi aktiivsus väheneb 2 korda.

12. Tuumareaktsioonid.

Tuumareaktsioon on aatomituuma interaktsiooni protsess teise tuuma või elementaarosakesega, millega kaasneb tuuma koostise ja struktuuri muutus. Interaktsiooni tagajärjeks võib olla tuuma lõhustumine, elementaarosakeste või footonite emissioon. Äsja moodustunud osakeste kineetiline energia võib olla palju suurem kui algne ja nad räägivad energia vabanemisest tuumareaktsiooni teel.

Tuumareaktsioonide tüübid

Tuuma lõhustumisreaktsioon on protsess, mille käigus aatomituum jaguneb kaheks (harvemini kolmeks) sarnase massiga tuumaks, mida nimetatakse lõhustumisfragmentideks. Lõhustumise tulemusena võivad tekkida ka muud reaktsiooniproduktid: kerged tuumad (peamiselt alfaosakesed), neutronid ja gammakiired. Lõhustumine võib olla spontaanne (iseeneslik) ja sunnitud (koostoime tulemusena teiste osakestega, peamiselt neutronitega). Raskete tuumade lõhustumine on eksoenergeetiline protsess, mille tulemusena vabaneb suur hulk energiat reaktsioonisaaduste kineetilise energia, aga ka kiirguse näol.

Tuuma lõhustumine toimib tuumareaktorites ja tuumarelvades energiaallikana.

Tuumasünteesireaktsioon on kahe aatomituuma ühinemise protsess, mille käigus moodustub uus, raskem tuum.

Lisaks uuele tuumale tekivad termotuumareaktsiooni käigus reeglina ka mitmesugused elektromagnetkiirguse elementaarosakesed ja (või) kvantid.

Ilma välise energiata on tuumade ühinemine võimatu, kuna positiivselt laetud tuumad kogevad elektrostaatilisi tõukejõude - see on nn Coulombi barjäär. Tuumade sünteesimiseks on vaja need viia umbes 10–15 m kaugusele, kus tugeva interaktsiooni toime ületab elektrostaatilise tõukejõu. See on võimalik, kui lähenevate tuumade kineetiline energia ületab Coulombi barjääri.

Fototuumareaktsioon

Gamma kvanti neeldumisel saab tuum oma nukleoni koostist muutmata üleliigset energiat ja üleliigse energiaga tuum on liittuum. Sarnaselt teiste tuumareaktsioonidega on gamma kvanti neeldumine tuumas võimalik ainult siis, kui on täidetud vajalikud energia- ja spin-suhted. Kui tuumale ülekantav energia ületab tuumas oleva nukleoni sidumisenergiat, siis tekkiva liittuuma lagunemine toimub kõige sagedamini nukleonide, peamiselt neutronite emissiooniga.

Tuumareaktsioonide registreerimine

Tuumareaktsioonide valemite kirjutamise meetod sarnaneb keemiliste reaktsioonide valemite kirjutamisega, see tähendab, et algosakeste summa kirjutatakse vasakule, saadud osakeste (reaktsiooniproduktide) summa paremale ja nool asetatakse nende vahele.

Seega on kaadmium-113 tuuma poolt neutroni kiirgusliku püüdmise reaktsioon kirjutatud järgmiselt:

Näeme, et prootonite ja neutronite arv paremal ja vasakul jääb samaks (barüoniarv on säilinud). Sama kehtib ka elektrilaengute, leptonarvude ja muude suuruste (energia, impulsi, nurkimpulsi, ...) kohta. Mõnes reaktsioonis, kus on seotud nõrk interaktsioon, võivad prootonid muutuda neutroniteks ja vastupidi, kuid nende koguarv ei muutu.

>> Aatomituuma ehitus. Tuumajõud

§ 104 AATUMITUUMA STRUKTUUR. TUUMAJÕUD

Kohe pärast neutroni avastamist Chadwicki katsetes pakkusid nõukogude füüsik D. D. Ivanenko ja saksa teadlane W. Heisenberg 1932. aastal välja tuuma prooton-neutron mudeli. Seda kinnitasid hilisemad tuumatransformatsioonide uuringud ja see on nüüdseks üldtunnustatud.

Tuuma prooton-neutron mudel. Prooton-neutron mudeli järgi koosnevad tuumad kahte tüüpi elementaarosakestest – prootonitest ja neutronitest.

Kuna aatom tervikuna on elektriliselt neutraalne ja prootoni laeng võrdub e-elektroni laengu mooduliga, võrdub prootonite arv tuumas elektronide arvuga aatomi kestas. Järelikult on prootonite arv tuumas võrdne elemendi Z aatomnumbriga D.I. Mendelejevi elementide perioodilisuse tabelis.

Prootonite arvu Z ja neutronite arvu N summat tuumas nimetatakse massiarvuks ja tähistatakse tähega A:

A = Z + N. (13.2)

Prootoni ja neutroni massid on üksteisele lähedased ja kumbki on ligikaudu võrdne aatommassiühikuga. Aatomi elektronide mass on palju väiksem kui selle tuuma mass. Seetõttu on tuuma massiarv võrdne elemendi suhtelise aatommassiga ümardatuna täisarvuni. Massi numbreid saab määrata tuumade massi ligikaudse mõõtmise teel, kasutades instrumente, mis pole eriti täpsed.

Isotoobid on sama väärtusega, kuid erineva massiarvuga A tuumad, st erineva neutronite arvuga N.

Tuumajõud. Kuna tuumad on väga stabiilsed, peavad prootoneid ja neutroneid tuuma sees hoidma mingid jõud ja seejuures väga tugevad. Mis on need jõud? Võime kohe öelda, et tegemist ei ole gravitatsioonijõududega, mis on liiga nõrgad. Tuuma stabiilsust ei saa seletada ka elektromagnetiliste jõududega, kuna sarnaselt laetud prootonite vahel toimib elektriline tõukejõud. Ja neutronitel pole elektrilaengut.

See tähendab, et tuumaosakeste – prootonite ja neutronite (neid nimetatakse nukleoniteks) – vahel on erijõud, mida nimetatakse tuumajõududeks.

Millised on tuumajõudude peamised omadused? Tuumajõud on ligikaudu 100 korda suuremad kui elektrilised (Coulombi) jõud. Need on kõige võimsamad jõud looduses eksisteerivatest. Seetõttu nimetatakse tuumaosakeste vahelisi vastastikmõjusid sageli tugevateks interaktsioonideks.

Tugevad vastasmõjud ei avaldu ainult tuumas olevate nukleonide vastasmõjudes. See on spetsiaalne interaktsiooni tüüp, mis on omane enamikule elementaarosakestele koos elektromagnetiliste vastasmõjudega.

Tuumajõudude teine ​​oluline tunnus on nende lühike tegevusraadius. Elektromagnetilised jõud nõrgenevad kauguse suurenedes suhteliselt aeglaselt. Tuumajõud avalduvad märgatavalt ainult tuuma suurusega võrdsetel kaugustel (10 -12 -10 -13 cm), mida näitasid juba Rutherfordi katsed osakeste hajumise kohta aatomituumade kaudu. Tuumajõud on nii-öelda "väga lühikeste kätega kangelane". Täielikku tuumajõudude kvantitatiivset teooriat pole veel välja töötatud. Märkimisväärseid edusamme on selle arendamisel saavutatud üsna hiljuti - viimase 10-15 aasta jooksul.

Aatomite tuumad koosnevad prootonitest ja neutronitest. Neid osakesi hoiavad tuumas tuumajõud.

Millised on tuumajõudude põhijooned!