БИЛЕТ 5. 1. Строение атомных ядер

1. Строение атомных ядер. Феноменологические модели ядер.

Атом состоит из ядра и окружающего его электронного " облака". Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательный электрический заряд. Протоны, входящие в состав ядра, несут положительный заряд.

В любом атоме число протонов в ядре в точности равно числу электронов в электронном облаке, поэтому атом в целом – нейтральная частица, не несущая заряда.

Атом может потерять один или несколько электронов или наоборот – захватить чужие электроны. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом.

Практически вся масса атома сосредоточена в его ядре, так как масса электрона составляет всего лишь 1/1836 часть массы протона. Плотность вещества в ядре фантастически велика – порядка 10¹³ - 10¹⁴ г/см³. Спичечный коробок, наполненный веществом такой плотности, весил бы 2, 5 миллиарда тонн!

Внешние размеры атома – это размеры гораздо менее плотного электронного облака, которое примерно в 100000 раз больше диаметра ядра.

Кроме протонов, в состав ядра большинства атомов входят нейтроны, не несущие никакого заряда. Масса нейтрона практически не отличается от массы протона. Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами (от латинского nucleus – ядро).

Электроны, протоны и нейтроны являются главными " строительными деталями" атомов и называются субатомными частицами.

Одним из методов изучения свойств атомного ядра является метод моделей ядра. Метод моделей основан на внешней аналогии свойств атомного ядра со свойствами соответствующей модели. Их можно разделить на группы: капельная, оболочечная, коллективная, оптическая и т.д.Ни одна из существующих не может дать исчерпывающего ответа о всех свойствах атомного ядра и характеризует лишь определенные его свойства. Каждую модель используют при рассмотрении определенного круга ядерных процессов.

1. Капельная модель (Я.И. Френель, Н. Бор, 1939 г.). В этой модели ядро рассматривается как капля несжимаемой жидкости с очень большой плотностью. Эта модель основывается на том, что капля жидкости и ядро имеют ряд схожих характеристик.

● Ядерные силы между нуклонами и сила взаимодействия между молекулами жидкости имеют малый радиус действия, т.е. являются короткодействующими.

● Ядерные силы, так же как и силы молекулярного взаимодействия, обладают свойством насыщения. (Каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом нуклонов.)

● Плотность ядерного вещества приблизительно постоянна и не зависит от числа нуклонов, входящих в ядро. (Плотность жидкости при неизменном давлении и температуре тоже постоянна и не зависит от числа частиц.)

● Ядерные частицы, как и молекулы жидкости, обладают определенной подвижностью.

● Энергия притяжения нуклонов в ядре аналогичная энергии межмолекулярного взаимодействия в капле жидкости. (С увеличением числа протонов, входящих в ядро, энергия связи уменьшается за счет действия кулоновских сил, что соответствует снижению устойчивости капли жидкости с увеличением ее массы.

● Нуклоны, находящиеся на “поверхности” ядра, испытывают силы, аналогичные силам поверхностного притяжения, действующим на молекулу жидкости.

При возбуждении ядра энергия распределяется между нуклонами статистическим образом подобно тому, как распределяется энергия, передаваемая жидкости при ее нагревании.