Атомне ядро. Розкриваючи таємниці

Сучасне уявлення про атом, підтвердженням якого є праці більшої кількості вчених-теоретиків і натуралістів двадцятого століття, дозволяє нам з високим ступенем імовірності судити про його будову і наявності в його складі різних елементарних частинок. Атомне ядро являє собою центральну масивну частину атома. До його складу входять протони і нейтрони, які отримали загальну назву - нуклони. Основна маса атома (99,95%) зосереджена в його ядрі. Розмір його мізерно малий, а електричний заряд позитивний і кратний абсолютного заряду одного електрона.

За кількістю електронів, або заряду атомного ядра, можна судити про індивідуальні властивості елемента. Це число відповідає його порядковому номеру в періодичній системі.

Відкриття атомного ядра є заслугою Е. Резерфорда (Е. Rutherford), його досліди в 1911 році з розсіюванням a-частинок при проходженні їх через речовину дозволили з високою часткою ймовірності описати конструкцію атома.

За основу було взято атомне ядро водню, а елементарна частинка, складова основу ядер інших хімічних елементів, отримала з 1920 року ім`я протон. Але протон-електронна структура атома мала цілий ряд недоліків і не пояснювала багато фізичні явища.

До опису складу ядра наука про елементарні частинки підійшла впритул після відкриття нейтрона. У 1932 році Дж.Чедвік (J. Chadwick), В. Гёйзенберг (W. Heisenberg) і Д. Д. Іваненко зробили припущення про наявність в ядрі частинки з нейтральним зарядом. А будівельним матеріалом, з якого складається атомне ядро, є протони і нейтрони. Кількість нуклонів визначає масове число елемента.

Речовини, що мають однакову кількість протонів в ядрі (заряд ядра), іменуються ізотопами. Ізотон - речовини, що мають однакову кількість нейтронів. Речовини з однаковою кількістю нуклонів - ізобари.

Фізика атомного ядра припускає наявність більш дрібних складових "цеглинок" для нейтронів і протонів. Кварки, глюони, мезонні поля складають складну систему - атомне ядро. Подальший опис складних взаємозв`язків елементарних частинок бере на себе квантова хромодинаміка.

Переймаючись проблемою стабільності ядра, до складу якого входять як частинки, що не мають електричного заряду (нейтрони), так і позитивно заряджені протони, вчені прийшли до висновку, що в ядрі існують особливо діючі ядерні сили, які відрізняються і від електромагнітних, і від гравітаційних.

Вплив цих сил суворо обмежена відстанню, вони відносяться до короткодействующим і обмежені незначним радіусом дії.

До заряду нуклонів ядерні сили проявляють неабияку незалежність. Однаково притягуються абсолютно різні частинки. Це явище яскраво проявляється при порівнянні енергій зв`язку дзеркальних ядер. Таку назву отримали ядра з однаковою кількістю нуклонів, от тільки кількість протонів в одному відповідає кількості нейтронів в іншому і навпаки. Прикладом можуть бути ядра гелію і тритію (важкого водню).

Також незвичайні явища відбуваються в процесі утворення ядер. Якщо підрахувати масу ядра і окремо маси елементів, що входять до його складу, то маса ядра виявиться менше. Подібний ефект пояснюється виділенням в процесі синтезу ядра енергії, яка отримала назву енергія зв`язку атомних ядер. Чисельно її можна визначити, підрахувавши величину роботи, яку потрібно зробити для розщеплення ядра на складові елементи (нуклони) без повідомлення ним певної кінетичної енергії.

У зв`язку з цим було введено поняття питомої енергії зв`язку ядра. Її розраховують в чисельному еквіваленті, припадає на один нуклон, що в середньому становить 8 МеВ / нуклон. Зі збільшенням кількості нуклонів в ядрі відбувається спадання енергії зв`язку.

В якості критерію стійкості атомних ядер використовують співвідношення числа протонів і нейтронів.