Bir atomun kütle kusuru nasıl belirlenir. Çekirdek kütle kusuru. Bir kütle kusurunun ortaya çıkışı, bağlanma enerjisi, nükleer kuvvetler. Güneş nötrinoları. Nükleer kuvvetler. Çekirdek Modelleri

RUSYA FEDERASYONU EĞİTİM BAKANLIĞI

BLAGOVESCHENSKY DEVLETİ

PEDAGOJİ ÜNİVERSİTESİ

Genel Fizik Bölümü

Bağlanma enerjisi ve kütle hatası

ders çalışmak

Tamamlayan: FMF 3. sınıf öğrencisi, "E" grubu, Undermined by A.N.

Kontrol eden: Doçent Karatsuba L.P.

Blagoveşçensk 2000
İçerik

§1. Kütle Hatası - Karakteristik

atom çekirdeği, bağlanma enerjisi ................................................ ................. 3

§ 2 Kütle spektroskopik yöntemler

kütle ölçümleri ve ekipman ................................................ ................ ................ 7

§ 3 . İçin yarı ampirik formüller

çekirdek kütlelerinin ve çekirdeklerin bağlanma enerjilerinin hesaplanması ................................. 12

madde 3.1. Eski yarı ampirik formüller ................................ 12

madde 3.2. Yeni yarı ampirik formüller

mermilerin etkisinin dikkate alınması ...................................... ... ..... 16

Edebiyat................................................. ................................................ . 24

§1. Kütle kusuru, atom çekirdeğinin, bağlanma enerjisinin bir özelliğidir.

İzotopların tamsayı olmayan atom ağırlığı sorunu, bilim adamlarını uzun süre endişelendirdi, ancak bir vücudun kütlesi ve enerjisi arasında bir bağlantı kuran görelilik teorisi ( E=mc 2), bu sorunu çözmenin anahtarını verdi ve atom çekirdeğinin proton-nötron modelinin, bu anahtarın uyduğu kilit olduğu ortaya çıktı. Bu sorunu çözmek için, temel parçacıkların kütleleri ve atom çekirdeği hakkında bazı bilgilere ihtiyaç duyulacaktır (Tablo 1.1).

Tablo 1.1

Bazı parçacıkların kütlesi ve atom ağırlığı

(Nüklidlerin kütleleri ve farklılıkları ampirik olarak aşağıdakiler kullanılarak belirlenir: kütle spektroskopik ölçümleri; çeşitli nükleer reaksiyonların enerjilerinin ölçümleri; β- ve α-bozunmalarının enerjilerinin ölçümleri; kütlelerin oranını veya farklarını veren mikrodalga ölçümleri. )

Bir a parçacığının kütlesini karşılaştıralım, yani kütlesi iki proton ve iki nötrondan oluşan helyum çekirdeği. Bunu yapmak için, protonun iki katına çıkan kütlesi ile nötronun iki katına çıkan kütlesinin toplamından a parçacığının kütlesini çıkarırız ve bu şekilde elde edilen değeri çağırırız. kütle kusuru

D m=2M p +2M n -M A =0,03037 a.u.m. (1.1)

Atomik kütle birimi

M a.u.m. = ( 1,6597 ± 0,0004 ) ´ 10 -27 kg. (1.2)

İzafiyet teorisinin kütle ve enerji arasındaki ilişki formülü kullanılarak, bu kütleye karşılık gelen enerji miktarı belirlenebilir ve joule veya daha uygun bir şekilde megaelektronvolt cinsinden ifade edilebilir ( 1 MeV=10 6 eV). 1 MeV, bir milyon voltluk potansiyel farkından geçen bir elektronun kazandığı enerjiye karşılık gelir.

Bir atomik kütle birimine karşılık gelen enerji,

E=m a.u.m. × c2 \u003d 1.6597 × 10 -27 × 8,99 × 10 16 =1,49 × 10-10 J = 931 MeV. (1.3)

Helyum atomunun bir kütle kusuru vardır ( D M = 0,03037 saat), oluşumu sırasında enerji yayıldığı anlamına gelir ( e= D MS 2 = 0,03037 × 931=28 MeV). Bir helyum atomunu ayrı ayrı parçacıklara ayırmak için çekirdeğine uygulanması gereken bu enerjidir. Buna göre, bir parçacık dört kat daha az enerjiye sahiptir. Bu enerji, çekirdeğin gücünü karakterize eder ve onun önemli özelliğidir. Parçacık veya nükleon başına bağlanma enerjisi olarak adlandırılır ( R). Bir helyum atomunun çekirdeği için p=28/4=7 MeV, diğer çekirdekler için farklı bir değere sahiptir.

Bu eğrinin analizi ilginç ve önemlidir, çünkü ondan ve çok net bir şekilde, hangi nükleer süreçlerin büyük bir enerji verimi sağladığı açıktır. Özünde, Güneş ve yıldızların nükleer enerjisi, nükleer santraller ve nükleer silahlar bu eğrinin gösterdiği oranların doğasında var olan olasılıkların gerçekleşmesidir. Birkaç karakteristik alana sahiptir. Hafif hidrojen için bağlanma enerjisi sıfırdır, çünkü çekirdeğinde tek parçacık vardır. Helyum için parçacık başına bağlanma enerjisi 7 MeV'dir. Bu nedenle, hidrojenden helyuma geçiş, büyük bir enerji sıçramasıyla ilişkilidir. Ortalama atom ağırlığına sahip izotoplar: demir, nikel vb., çekirdekte en yüksek parçacık bağlama enerjisine (8.6 MeV) sahiptir ve buna göre bu elementlerin çekirdekleri en dayanıklıdır. Daha ağır elementler için çekirdekteki parçacığın bağlanma enerjisi daha azdır ve bu nedenle çekirdekleri nispeten daha az güçlüdür. Uranyum-235 atomunun çekirdeği de bu tür çekirdeklere aittir.

Çekirdeğin kütle kusuru ne kadar büyükse, oluşumu sırasında yayılan enerji de o kadar büyük olur. Sonuç olarak, kütle kusurunun arttığı bir nükleer dönüşüme ek bir enerji emisyonu eşlik eder. Şekil 1.1, bu koşulların karşılandığı iki alan olduğunu göstermektedir: en hafif izotoplardan hidrojenden helyuma geçiş gibi daha ağır izotoplara geçiş ve uranyum gibi en ağır izotoplardan ortalama ağırlıktaki atomların çekirdeklerine geçiş .

Kütle kusuru ile aynı bilgiyi taşıyan, sık kullanılan bir nicelik de vardır - paketleme faktörü (veya çarpan). Paketleme faktörü, çekirdeğin stabilitesini karakterize eder, grafiği Şekil 1.2'de gösterilmektedir.

§ 2. Kütle spektroskopik ölçüm yöntemleri

kütleler ve ekipman.

Çiftler yöntemiyle yapılan ve kütleleri hesaplamak için kullanılan nüklid kütlelerinin en doğru ölçümleri, çift odaklı kütle spektroskoplarında ve dinamik bir cihaz olan bir senkrometre üzerinde gerçekleştirildi.

Bainbridge-Jordan tipi çift odaklamalı Sovyet kütle spektrograflarından biri M. Ardenne, G. Eger, R. A. Demirkhanov, T. I. Gutkin ve V. V. Dorokhov tarafından yapıldı. Tüm çift odaklamalı kütle spektroskoplarının üç ana bölümü vardır: bir iyon kaynağı, bir elektrostatik analizör ve bir manyetik analizör. Bir elektrostatik analizör, enerjideki bir iyon demetini, bir yarığın belirli bir merkezi kısmı kestiği bir spektruma ayrıştırır. Bir manyetik analizör, farklı enerjilere sahip iyonları bir noktada odaklar, çünkü farklı enerjilere sahip iyonlar sektörel bir manyetik alanda farklı yollar izler.

Kütle spektrumları, kamerada bulunan fotoğraf plakalarına kaydedilir. Aletin ölçeği neredeyse tam olarak doğrusaldır ve plakanın merkezindeki dağılımı belirlerken, ikinci dereceden bir düzeltme terimiyle formülü uygulamaya gerek yoktur. Ortalama çözünürlük yaklaşık 70.000'dir.

Bir başka yerli kütle spektrografı, R. A. Demirkhanov, T. I. Gutkin, O. A. Samadashvili ve I. K. Karpenko'nun katılımıyla V. Schütze tarafından tasarlandı. Sonuçları kütle tablolarında kullanılan kalay ve antimon nüklidlerinin kütlelerini ölçmek için kullanıldı. Bu enstrüman ikinci dereceden bir ölçeğe sahiptir ve tüm kütle ölçeği için çift odaklama sağlar. Cihazın ortalama çözünürlüğü yaklaşık 70.000'dir.

Çift odaklamalı yabancı kütle spektroskoplarından en doğru olanı, çift odaklamalı ve iyonları saptamak için yeni bir yönteme sahip yeni Nir-Roberts kütle spektrometresidir (Şekil 2.1). Eğrilik yarıçapına sahip 90 derecelik bir elektrostatik analiz cihazına sahiptir. Ka=50.8 santimetre ve iyon ışını ekseninin eğrilik yarıçapına sahip 60 derecelik bir manyetik analizör

Pirinç. 2.1. Minnese Üniversitesi'ndeki büyük çift odaklı Nier-Roberts kütle spektrometresi:

1 – iyon kaynağı; 2 – elektrostatik analizör; 3 – manyetik analizör; 4 – mevcut kayıt için elektronik çarpan; S 1 - giriş yuvası; Ö2 – açıklık yuvası; S 3 - elektrostatik analizörün görüntü düzlemindeki yuva; S 4, manyetik analizörün görüntü düzlemindeki bir yarıktır.

Kaynakta üretilen iyonlar potansiyel fark ile hızlandırılır. sen =40 metrekare ve giriş yarığına odaklan S1 yaklaşık 13 geniş um; aynı yuva genişliği S4 , üzerine yarık görüntüsünün yansıtıldığı S1 . açıklık yarığı Ö2 yaklaşık 200 genişliğe sahiptir mikron, açıklık S3 , yuva görüntüsünün elektrostatik analizör tarafından yansıtıldığı S1 , yaklaşık 400 genişliğe sahiptir mikron boşluğun arkasında S3 ilişkilerin seçimini kolaylaştırmak için bir araştırma yerleştirilir U bir / U d , yani hızlandırma potansiyeli sen iyon kaynağı ve analizör potansiyelleri Ü d .

boşlukta S4 bir manyetik analizör, iyon kaynağının bir görüntüsünü yansıtır. 10 - 12 - 10 - 9 gücünde iyonik akım A bir elektron çarpanı tarafından kaydedilir. Tüm yuvaların genişliğini ayarlayabilir ve vakumu bozmadan dışarıdan hareket ettirebilirsiniz, bu da aletin hizalanmasını kolaylaştırır.

Bu cihaz ile öncekiler arasındaki temel fark, bir osiloskopun kullanılması ve ilk olarak Smith tarafından bir senkrometre için kullanılan kütle spektrumunun bir bölümünün açılmasıdır. Bu durumda, osiloskop tüpündeki ışını hareket ettirmek ve analizördeki manyetik alanı modüle etmek için eş zamanlı olarak testere dişi voltaj darbeleri kullanılır. Modülasyon derinliği, kütle spektrumu yarıkta bir ikili çizginin genişliğinin yaklaşık iki katı genişliğinde açılacak şekilde seçilir. Kütle zirvesinin bu anlık konuşlandırılması, odaklanmayı büyük ölçüde kolaylaştırır.

Bilindiği gibi bir iyonun kütlesi M olarak değiştirildi Δ M , o zaman belirli bir elektromanyetik alandaki iyon yörüngesinin aynı kalması için, tüm elektrik potansiyelleri şu şekilde değiştirilmelidir: Δ AA bir kere. Böylece, ikilinin bir hafif bileşeninden kütleye geçiş için M kütlesine sahip başka bir bileşene Δ M büyükse, analizöre uygulanan ilk potansiyel farka ihtiyacınız vardır u d , ve iyon kaynağına sen , buna göre değiştirmek Δ u d Ve Δ sen böylece

(2.1)

Bu nedenle kütle farkı Δ M ikili potansiyel farkla ölçülebilir Δ u d , ikilinin bir bileşeni yerine diğerine odaklanmak gerekli.

Potansiyel fark, şekil 2'de gösterilen devreye göre uygulanır ve ölçülür. 2.2. hariç tüm dirençler R*, manganin, referans, bir termostat içine alınır. R=R" =3 371 630 ± 65 ohm. Δ R 0 ila 100000 arasında değişebilir Om, yani tutum Δ R/R 1/50000 içinde bilinir. Direnç ∆ R böylece röle temas halindeyken A , çatlakta S4 , ikilinin bir satırının odaklandığı ve röle kontaktayken ortaya çıktı İÇİNDE - başka bir ikili hat. Röle hızlı hareket eder, osiloskoptaki her tarama döngüsünden sonra geçiş yapar, böylece ekranda her iki taramayı aynı anda görebilirsiniz. çift ​​hatlar. Potansiyel değişiklik Δ u d , eklenen direncin neden olduğu Δ R , her iki tarama eşleşirse eşleşmiş olarak kabul edilebilir. Bu durumda, senkronize röleli başka bir benzer devre, hızlanma geriliminde bir değişiklik sağlamalıdır. sen Açık Δ sen böylece

(2.2)

O zaman ikilinin kütle farkı Δ M dispersiyon formülü ile belirlenebilir

Tarama frekansı genellikle oldukça büyüktür (örneğin, 30 saniye -1), bu nedenle voltaj kaynağı gürültüsü minimumda tutulmalıdır, ancak uzun süreli kararlılık gerekli değildir. Bu koşullar altında piller ideal kaynaktır.

Tarama frekansı yüksek olduğundan, senkrometrenin çözme gücü, nispeten büyük iyon akımlarının gerekliliği ile sınırlıdır. Bu cihazda, çözme gücünün en büyük değeri 75000'dir, ancak kural olarak daha azdır; en küçük değer 30000'dir. Böyle bir çözme gücü, hemen hemen her durumda ana iyonları saf olmayan iyonlardan ayırmayı mümkün kılar.

Ölçümler sırasında, hatanın istatistiksel bir hatadan ve direnç kalibrasyonunun yanlışlığından kaynaklanan bir hatadan oluştuğu varsayılmıştır.

Spektrometrenin çalışmasına başlamadan önce ve çeşitli kütle farklılıkları belirlenirken bir dizi kontrol ölçümü yapılmıştır. Böylece, kontrol çiftleri, alet çalışmasının belirli aralıklarında ölçülmüştür. O2- S Ve C2H4 - BU YÜZDEN, bunun sonucunda birkaç aydır hiçbir değişikliğin olmadığı tespit edildi.

Ölçeğin doğrusallığını kontrol etmek için, farklı kütle sayılarında, örneğin ikililerle aynı kütle farkı belirlendi. CH 4 - Ç , C 2 H 4 - CO Ve ½ (C3H8 - C02). Bu kontrol ölçümleri sonucunda sadece hata sınırları dahilinde birbirinden farklılık gösteren değerler elde edilmiştir. Bu kontrol dört kütle farkı için yapıldı ve anlaşma çok iyiydi.

Üçüzlerin kütlelerindeki üç fark ölçülerek de ölçüm sonuçlarının doğruluğu teyit edildi. Üçlüdeki üç kütle farkının cebirsel toplamı sıfır olmalıdır. Farklı kütle sayılarında, yani ölçeğin farklı bölümlerinde üç üçlü için bu tür ölçümlerin sonuçları tatmin edici çıktı.

Dağılım formülünün (2.3) doğruluğunu kontrol etmek için son ve çok önemli kontrol ölçümü, büyük kütle sayılarında hidrojen atomunun kütlesinin ölçülmesiydi. Bu ölçüm için bir kez yapıldı A =87, ikilinin kütleleri arasındaki fark olarak C4H8O 2 – C4H7 O2. Sonuçlar 1,00816±2 A. yemek yemek. 1/50000'e kadar bir hata ile ölçülen kütle ile tutarlıdır H, 1,0081442±2'ye eşittir A. yemek yemek., direnç ölçümü hatası dahilinde Δ R ve terazinin bu kısmı için direnç kalibrasyon hataları.

Tüm bu beş seri kontrol ölçümü, dispersiyon formülünün bu cihaz için uygun olduğunu ve ölçüm sonuçlarının oldukça güvenilir olduğunu gösterdi. Bu cihazda yapılan ölçümlerden elde edilen veriler tabloları derlemek için kullanıldı.

§ 3 . Çekirdeklerin kütlelerini ve çekirdeklerin bağlanma enerjilerini hesaplamak için yarı ampirik formüller .

madde 3.1. Eski yarı ampirik formüller.

Çekirdeğin yapısı teorisinin gelişmesi ve çekirdeğin çeşitli modellerinin ortaya çıkmasıyla, çekirdek kütlelerini ve çekirdeklerin bağlanma enerjilerini hesaplamak için formüller oluşturma girişimleri ortaya çıktı. Bu formüller, çekirdeğin yapısı hakkındaki mevcut teorik fikirlere dayanmaktadır, ancak içlerindeki katsayılar, çekirdeğin bulunan deneysel kütlelerinden hesaplanır. Kısmen teoriye dayanan ve kısmen deneysel verilerden türetilen bu tür formüllere denir. yarı ampirik formüller .

Yarı ampirik kütle formülü:

M(Z, N)=Zm H + Nm n -E B (Z, N), (3.1.1)

Nerede M(Z,N) çekirdeğin kütlesidir Z protonlar ve N – nötronlar; M Hçekirdeğin kütlesidir H 1 ; m n nötron kütlesidir; EB (Z, K) çekirdeğin bağlanma enerjisidir.

Çekirdeğin istatistiksel ve damlacık modellerine dayanan bu formül Weizsäcker tarafından önerildi. Weizsäcker, deneyimlerden bilinen kitlesel değişim yasalarını şöyle sıraladı:

1. En hafif çekirdeklerin bağlanma enerjileri, kütle sayıları ile çok hızlı bir şekilde artar.

2. bağ enerjileri EB tüm orta ve ağır çekirdeklerin yüzdesi, kütle sayılarıyla yaklaşık olarak doğrusal olarak artar A .

3. EB /A hafif çekirdekler artar A ≈60.

4. Nükleon başına ortalama bağlanma enerjileri EB /A sonra daha ağır çekirdekler A ≈60 yavaşça azalır.

5. Çift sayıda proton ve çift sayıda nötron içeren çekirdekler, tek sayıda nükleon içeren çekirdeklerden biraz daha yüksek bağlanma enerjilerine sahiptir.

6. Bağlanma enerjisi, çekirdekteki proton ve nötron sayılarının eşit olduğu durum için maksimum olma eğilimindedir.

Weizsacker, bağlanma enerjisi için yarı ampirik bir formül oluştururken bu düzenlilikleri hesaba kattı. Bethe ve Becher bu formülü biraz basitleştirdiler:

E B (Z, N)=E 0 +E I +E S +E C +E P . (3.1.2)

ve genellikle Bethe-Weizsacker formülü olarak adlandırılır. İlk Üye E 0 enerjinin nükleon sayısıyla orantılı kısmıdır; e BEN en kararlı çekirdeklerin çizgisinden saparken çekirdeklerin enerjisinin nasıl değiştiğini gösteren, bağlanma enerjisinin izotopik veya izobarik terimidir; e S nükleon sıvı damlasının yüzeyi veya serbest enerjisidir; EC çekirdeğin Coulomb enerjisidir; ER - buhar gücü.

İlk terim

E 0 \u003d αA . (3.1.3)

izotopik terim e BEN fark fonksiyonu N–Z . Çünkü protonların elektrik yükünün etkisi terim tarafından sağlanır. e İLE , e BEN yalnızca nükleer kuvvetlerin bir sonucudur. Özellikle hafif çekirdeklerde güçlü bir şekilde hissedilen nükleer kuvvetlerin yük bağımsızlığı, çekirdeklerin en kararlı olduğu gerçeğine yol açar. N=Z . Çekirdeğin kararlılığının azalması işarete bağlı olmadığından N–Z , bağımlılık e BEN itibaren N–Z en az ikinci dereceden olmalıdır. İstatistiksel teori aşağıdaki ifadeyi verir:

e BEN = –β( N–Z ) 2 A –1 . (3.1.4)

Yüzey gerilimi katsayılı bir damlanın yüzey enerjisi σ eşittir

e S =4π R 2 σ. (3.1.5)

Coulomb terimi, bir yük ile tüm hacmi boyunca eşit olarak yüklenmiş bir topun potansiyel enerjisidir. Ze :

(3.1.6)

Çekirdek yarıçapını (3.1.5) ve (3.1.6) denklemlerinde yerine koymak r=r 0 Bir 1/3 , alırız

(3 .1.7 )

(3.1.8)

ve (3.1.7) ve (3.1.8)'i (3.1.2)'ye koyarak, şunu elde ederiz:

. (3.1.9)

α, β ve γ sabitleri, formül (3.1.9) deneysel verilerden hesaplanan bağlanma enerjilerinin tüm değerlerini en iyi şekilde karşılayacak şekilde seçilir.

Çift enerjiyi temsil eden beşinci terim, nükleon sayısının paritesine bağlıdır:

(3 .1.11 )

A

Ne yazık ki, bu formül oldukça eskidir: kütlelerin gerçek değerleri ile tutarsızlık 20 MeV'ye bile ulaşabilir ve ortalama değeri yaklaşık 10 MeV'dir.

Sonraki birçok makalede, başlangıçta yalnızca katsayılar rafine edildi veya çok önemli olmayan bazı ek terimler tanıtıldı. Metropolis ve Reitwiesner, Bethe-Weizsäcker formülünü daha da geliştirdi:

(3.1.12)

Çift nüklidler için π = –1; tekli nüklidler için A pi = 0; tek nüklidler için π = +1.

Wapstra, bu formun bir terimini kullanarak kabukların etkisini hesaba katmayı önerdi:

(3.1.13)

Nerede A ben , Z ben Ve Wi her kabuk için deneysel verilere göre seçilen ampirik sabitlerdir.

Green ve Edwards, mermilerin etkisini karakterize eden kütle formülüne aşağıdaki terimi ekledi:

(3.1.14)

Nerede α Ben , α J Ve Kij - deneyimden elde edilen sabitler; ve - ortalama değerler N Ve Z dolu mermiler arasında belirli bir aralıkta.

madde 3.2. Kabukların etkisini hesaba katan yeni yarı ampirik formüller

Cameron, Bethe-Weizsäcker formülünden devam etti ve formülün (3.1.9) ilk iki terimini korudu. Yüzey enerjisi terimi E S (3.1.7) değiştirildi.

Pirinç. 3.2.1. Nükleer madde yoğunluk dağılımı ρ Cameron'a göre çekirdeğin merkezine olan uzaklığa bağlı olarak. A -ortalama çekirdek yarıçapı; Z - çekirdeğin yüzey tabakasının kalınlığının yarısı.

Elektronların çekirdekler üzerinde saçılması göz önüne alındığında, çekirdekteki nükleer maddenin yoğunluğunun dağılımının olduğu sonucuna varabiliriz. ρ N yamuk (Şek. 16). Ortalama çekirdek yarıçapı için T merkezden yoğunluğun yarıya düştüğü noktaya kadar olan mesafeyi alabilirsiniz (bkz. Şekil 3.2.1). Hofstadter'in deneylerinin işlenmesi sonucunda. Cameron, çekirdeklerin ortalama yarıçapı için aşağıdaki formülü önerdi:

Çekirdeğin yüzey enerjisinin ortalama yarıçapın karesiyle orantılı olduğuna inanıyor. r2 , ve çekirdeğin simetrisini hesaba katan Finberg tarafından önerilen bir düzeltme sunar. Cameron'a göre yüzey enerjisi şu şekilde ifade edilebilir:

Böylece, Cameron'a göre kitlelerin fazlalığı şu şekilde ifade edilecektir:

M - A \u003d 8.367A - 0.783Z + αА +β +

+ E S + EC + E α = P (Z, N). ( 3 .2.5)

Deneysel değerlerin değiştirilmesi MA en küçük kareler yöntemini kullanarak ampirik katsayıların aşağıdaki en güvenilir değerlerini elde ettik ( Orta):

a=-17.0354; β=-31.4506; y=25.8357; φ=44.2355. (3.2.5a)

Bu katsayılar kütleleri hesaplamak için kullanıldı. Hesaplanan ve deneysel kütleler arasındaki tutarsızlıklar, Şekiller 2'de gösterilmiştir. 3.2.2. Gördüğünüz gibi, bazı durumlarda tutarsızlıklar 8'e ulaşıyor Mev. Kapalı kabuklu nüklidlerde özellikle büyüktürler.

Cameron ek terimler getirdi: nükleer mermilerin etkisini hesaba katan bir terim S(Z, K), ve üye P(Z, N) , çift ​​enerjiyi karakterize etmek ve pariteye bağlı olarak kütledeki değişikliği hesaba katmak N Ve Z :

MA=P( Z , N)+S(Z, N)+P(Z, N). (3.2.6)

Pirinç. 3.2.2. Temel Cameron formülü (3.2.5) kullanılarak hesaplanan kütle değerleri ile kütle numarasına bağlı olarak aynı kütlelerin deneysel değerleri arasındaki farklar A .

Aynı zamanda, beri teori, kitlelerdeki bazı spazmodik değişiklikleri yansıtacak bir tür terim sunamaz, bunları tek bir ifadede birleştirdi.

T(Z, N)=S(Z, N)+P(Z.N). (3.2.7)

T(Z, N)=T(Z) +T(N). (3.2.8)

Bu makul bir öneridir, çünkü deneysel veriler proton kabuklarının nötron kabuklarından bağımsız olarak doldurulduğunu ve ilk yaklaşımdaki proton ve nötron çift enerjilerinin bağımsız olarak kabul edilebileceğini doğrulamaktadır.

Cameron, Wapstra ve Huizeng'in kütle tablolarına dayanarak düzeltme tablolarını derledi. T(Z) ) Ve T(N) parite ve kabukların doldurulması üzerine.

G. F. Dranitsyna, Bano, R. A. Demirkhanov kütlelerinin yeni ölçümlerini ve çok sayıda yeni β- ve α-bozunma ölçümlerini kullanarak düzeltmelerin değerlerini iyileştirdi T(Z) Ve T(N) Ba'dan Pb'ye kadar nadir toprak elementleri alanında. Fazla kütleler için yeni tablolar yaptı. (M-A), Bu bölgede düzeltilmiş Cameron formülü ile hesaplanmıştır. Tablolar ayrıca aynı bölgedeki (56≤) nüklidlerin β-bozunmalarının yeni hesaplanan enerjilerini de göstermektedir. Z ≤82).

Tüm aralığı kapsayan eski yarı ampirik formüller A , çok yanlış olduğu ortaya çıktı ve ölçülen kütlelerle (10 mertebesinde) çok büyük tutarsızlıklar verdi. Mev). Cameron'un 300'den fazla değişiklik içeren tablolar oluşturması, tutarsızlığı 1'e indirdi mev, ancak tutarsızlıklar, kütlelerin ölçümlerindeki ve farklılıklarındaki hatalardan hala yüzlerce kat daha fazladır. Daha sonra, tüm nüklid alanını alt alanlara bölme ve her biri için sınırlı uygulamalı yarı ampirik formüller oluşturma fikri ortaya çıktı. Böyle bir yol, evrensel katsayılara sahip tek bir formül yerine herkes için uygun olan Levy tarafından seçildi. A Ve Z , çekirdek dizisinin bireysel bölümleri için bir formül önerdi.

İzobar nüklidlerinin bağlanma enerjisinin Z'ye parabolik bir bağımlılığının varlığı, formülün ikinci güce kadar olan terimleri içermesini gerektirir. Levy bu işlevi önerdi:

M(A, Z) \u003d α 0 + α 1 A+ α 2 Z+ α 3 AZ+ α 4 Z 2 + α 5 A 2 + δ; (3.2.9)

Nerede α 0 , α 1 , α 2 , α 3 , α 4 , α 5 bazı aralıklar için deneysel verilerden bulunan sayısal katsayılardır ve δ nükleonların eşleşmesini hesaba katan ve pariteye bağlı olan bir terimdir. N Ve Z .

Tüm nüklid kütleleri, nükleer kabuklar ve alt kabuklarla sınırlı dokuz alt bölgeye ayrıldı ve formül (3.2.9) 'un tüm katsayılarının değerleri, bu alt bölgelerin her biri için deneysel verilerden hesaplandı. Bulunan katsayıların değerleri ta ve terim δ , parite ile belirlenen, Tablo'da verilmiştir. 3.2.1 ve 3.2.2. Tablolardan da görülebileceği gibi, sadece 28, 50, 82 ve 126 proton veya nötron kabukları değil, aynı zamanda 40, 64 ve 140 proton veya nötron alt kabukları da dikkate alınmıştır.

Tablo 3.2.1

Levy formülündeki (3.2.9) katsayıları α, anne yemek yemek(16 Ç = 16)

Tablo 3.2.2

Parite ile tanımlanan Lévy formülündeki (3.2.9) δ terimi, anne yemek yemek. ( 16 O \u003d 16)

Riddell, bu katsayılarla Levy'nin formülünü kullanarak (bkz. Tablo 3.2.1 ve 3.2.2), elektronik bir hesap makinesinde yaklaşık 4000 nüklid için bir kütle tablosu hesapladı. 340 deneysel kütle değerinin formül (3.2.9) kullanılarak hesaplananlarla karşılaştırılması iyi bir uyum gösterdi: Vakaların %75'inde tutarsızlık ±0,5'i geçmez anne yemek yemek., vakaların %86'sında - artık yok ± 1,0hanımefendi ve vakaların %95'inde ±1,5'i geçmez anne yemek yemek.β bozunmalarının enerjisi için anlaşma daha da iyidir. Aynı zamanda, Levy'nin yalnızca 81 katsayıları ve sabit terimleri varken, Cameron'un 300'den fazlası vardır.

Düzeltme şartları T(Z) Ve T(K ) Levy formülünde, kabuklar arasındaki ayrı bölümlerde ikinci dereceden bir fonksiyonla değiştirilir. Z veya N . Bu şaşırtıcı değil, çünkü işlev sarmalayıcılar arasında T(Z) Ve T(N) pürüzsüz fonksiyonlar Z Ve N ve bu bölümlerde ikinci dereceden polinomlarla temsil edilmelerine izin vermeyen özelliklere sahip değildir.

Zeldes, nükleer mermi teorisini ele alıyor ve yeni bir kuantum sayısı s uyguluyor - sözde kıdem (kıdem) Kanser tarafından tanıtıldı. Kuantum sayısı " kıdem " kesin bir kuantum sayısı değildir; çekirdekteki eşleşmemiş nükleonların sayısı ile çakışır veya aksi halde çekirdekteki tüm nükleonların sayısı eksi momentumu sıfır olan eşleşmiş nükleonların sayısına eşittir. Tüm çift çekirdeklerde temel durumda s=0; tekli çekirdeklerde A s=1 ve tek çekirdeklerde s= 2 . Kuantum sayısını kullanarak “ kıdem ” ve son derece kısa menzilli delta kuvvetleri, Zeldes (3.2.9) gibi bir formülün teorik beklentilerle tutarlı olduğunu gösterdi. Levy formülünün tüm katsayıları Zeldes tarafından çekirdeğin çeşitli teorik parametreleri cinsinden ifade edildi. Bu nedenle, Levy'nin formülü tamamen ampirik görünse de, Zeldes'in araştırmasının sonuçları, önceki tüm formüller gibi onun da pekala yarı deneysel olarak kabul edilebileceğini gösterdi.

Levy'nin formülü, görünüşe göre, mevcut olanların en iyisidir, ancak önemli bir dezavantajı vardır: katsayıların etki alanlarının sınırında pek uygulanamaz. Hakkında Z Ve N , 28, 40, 50, 64, 82, 126 ve 140'a eşit olan Levy formülü, özellikle β-bozunma enerjileri ondan hesaplanırsa, en büyük tutarsızlıkları verir. Ek olarak, Levy formülünün katsayıları en son kütle değerleri dikkate alınmadan hesaplanmıştır ve görünüşe göre rafine edilmelidir. B. S. Dzhelepov ve G. F. Dranitsyna'ya göre, bu hesaplama farklı katsayı kümelerine sahip alt alan sayısını azaltmalıdır. α Ve δ , alt kabukları atarak Z =64 ve N =140.

Cameron'ın formülü birçok sabit içerir. Becker formülü de aynı eksiklikten muzdariptir. Becker formülünün ilk versiyonunda, nükleer kuvvetlerin kısa menzilli olması ve doyma özelliğine sahip olması gerçeğinden yola çıkarak, çekirdeğin dış nükleonlara ve içi dolu kabukları içeren bir iç kısma bölünmesi gerektiğini varsaydılar. Çiftlerin oluşumu sırasında açığa çıkan enerji dışında, dış nükleonların birbirleriyle etkileşime girmediğini kabul ettiler. Bu basit modelden, aynı pariteye sahip nükleonların, yalnızca nötronların fazlalığına bağlı olan çekirdeğe bağlanma nedeniyle bir bağlanma enerjisine sahip olduğu sonucu çıkar. ben=N -Z . Böylece, bağlanma enerjisi için formülün ilk versiyonu önerilmiştir.

e B = B "( BEN) A + A" ( BEN) + P " (A, I)[(-1) N +(-1) Z ]+S"(A, I)+R"(A, BEN) , (3. 2.1 0 )

Nerede R" - pariteye bağlı eşleştirme terimi N Ve Z ; S" - kabuk etkisi için düzeltme; R" - küçük kalan.

Bu formülde, nükleon başına bağlanma enerjisinin şuna eşit olduğunu varsaymak önemlidir: B" , sadece nötronların fazlalığına bağlıdır BEN . Bu, çizgiler boyunca enerji yüzeyinin enine kesitlerinin olduğu anlamına gelir. ben=N- Z , 30-60 nüklid içeren en uzun kesitler aynı eğime sahip olmalıdır, yani düz bir çizgi olmalıdır. Deneysel veriler bu varsayımı oldukça iyi doğrulamaktadır. Daha sonra, Beckers bu formüle bir terim daha ekledi. :

e B = B ( BEN) A + A( BEN) + c(A)+P (A, I)[(-1) N +(-1) Z ]+S(A, I)+R(A, BEN). ( 3. 2.1 1 )

Bu formülle elde edilen değerleri Wapstra ve Huizeng kütlelerinin deneysel değerleri ile karşılaştıran ve en küçük kareler yöntemini kullanarak eşitleyen Beckers, bir dizi katsayı değeri elde etti. B Ve A 2≤ için BEN ≤58 ve 6≤ A ≤258, yani 400'den fazla dijital sabit. üyeler için R , parite N Ve Z , ayrıca bir dizi ampirik değer benimsediler.

Sabitlerin sayısını azaltmak için, katsayıların olduğu formüller önerildi. bir, b Ve İle fonksiyonlar olarak sunulur BEN Ve A . Ancak bu fonksiyonların şekli çok karmaşıktır, örneğin fonksiyon B( BEN) beşinci dereceden bir polinomdur BEN ve ayrıca sinüslü iki terim içerir.

Böylece, bu formülün Cameron'ın formülünden daha basit olmadığı ortaya çıktı. Bekers'e göre hafif çekirdekler için ölçülen kütlelerden ±400'den fazla olmayan farklı değerler verir. kev, ve ağır için A >180) ±200'den fazla değil kev. Mermilerde, bazı durumlarda tutarsızlık ± 1000'e ulaşabilir. kev. Beckers'ın çalışmasının dezavantajı, bu formüller kullanılarak hesaplanan kütle tablolarının olmamasıdır.

Sonuç olarak, özetlemek gerekirse, farklı kalitede çok sayıda yarı ampirik formül olduğu belirtilmelidir. Bunlardan ilki olan Bethe-Weizsacker formülü modası geçmiş gibi görünse de, Levi-Zeldes türündeki formüller dışında hemen hemen tüm yeni formüllerde ayrılmaz bir parça olarak yer almaya devam ediyor. Yeni formüller oldukça karmaşık ve bunlardan kütlelerin hesaplanması oldukça zahmetli.

Edebiyat

1. Zavelsky F.S. Dünyaların, atomların ve temel parçacıkların tartılması.–M.: Atomizdat, 1970.

2. G. Fraunfelder, E. Henley, Atom altı fizik.–M.: Mir, 1979.

3. Kravtsov V.A. Atomların kütlesi ve çekirdeklerin bağlanma enerjileri.–M.: Atomizdat, 1974.

Atom ağırlıklarının fiziksel ölçeğinde, bir oksijen izotopunun atom ağırlığı tam olarak 16.0000 olarak alınır.

Çekirdeklerin çoğu kararlı olduğundan, nükleonlar arasında özel bir nükleer (güçlü) etkileşim vardır - benzer yüklü protonların itilmesine rağmen çekirdeklerin kararlılığını sağlayan çekim.

Çekirdeğin bağlanma enerjisi, çekirdeği kinetik enerji vermeden onu oluşturan nükleonlara ayırmak için yapılması gereken işe eşit fiziksel bir niceliktir.

Enerjinin korunumu yasasından, çekirdeğin oluşumu sırasında aynı enerjinin salınması ve çekirdeğin onu oluşturan nükleonlara bölünmesinde harcanması gerektiği sonucu çıkar. Çekirdeğin bağlanma enerjisi, çekirdekteki tüm nükleonların enerjileri ile serbest haldeki enerjileri arasındaki farktır.

Bir atom çekirdeğindeki nükleonların bağlanma enerjisi:

burada, sırasıyla proton, nötron ve çekirdeğin kütleleridir; bir hidrojen atomunun kütlesidir; maddenin atomik kütlesidir.

Bağlanma enerjisine karşılık gelen kütle:

nükleer kütle kusuru denir. Tüm nükleonların kütlesi, onlardan bir çekirdek oluştuğunda bu miktarda azalır.

Spesifik bağlanma enerjisi, nükleon başına bağlanma enerjisidir: . Atom çekirdeğinin kararlılığını (kuvvetini), yani karakterize eder. ne kadar fazla olursa, çekirdek o kadar güçlü olur.

Spesifik bağlanma enerjisinin kütle numarasına bağımlılığı şekilde gösterilmiştir. Periyodik tablonun orta kısmının en kararlı çekirdeği (28<A<138). В этих ядрах составляет приблизительно 8,7 МэВ/нуклон (для сравнения, энергия связи валентных электронов в атоме порядка 10эВ, что в миллион раз меньше).

Daha ağır çekirdeklere geçişle birlikte, spesifik bağlanma enerjisi azalır, çünkü çekirdekteki proton sayısındaki artışla Coulomb itme enerjisi artar (örneğin, uranyum için 7.6 MeV'dir). Bu nedenle, nükleonlar arasındaki bağ daha az güçlü hale gelir, çekirdeklerin kendileri daha az güçlü hale gelir.

Enerji açısından elverişli: 1) ağır çekirdeklerin daha hafif olanlara bölünmesi; 2) hafif çekirdeklerin birbirleriyle füzyonu daha ağır olanlara. Her iki süreç de muazzam miktarda enerji açığa çıkarır; bu süreçler şu anda pratik olarak uygulanmaktadır; nükleer fisyon reaksiyonları ve nükleer füzyon reaksiyonları.

Çekirdekteki nükleonlar nükleer kuvvetler tarafından sıkıca tutulur. Çekirdekten bir nükleon çıkarmak için çok iş yapılmalıdır, yani çekirdeğe önemli miktarda enerji verilmelidir.

Atom çekirdeği E st'nin bağlanma enerjisi, çekirdekteki nükleonların etkileşiminin yoğunluğunu karakterize eder ve çekirdeği onlara kinetik enerji vermeden ayrı, etkileşimsiz nükleonlara bölmek için harcanması gereken maksimum enerjiye eşittir. Her çekirdeğin kendi bağlanma enerjisi vardır. Bu enerji ne kadar büyükse, atom çekirdeği o kadar kararlıdır. Çekirdeğin kütlelerinin doğru ölçümleri, çekirdeğin kalan kütlesinin her zaman onu oluşturan proton ve nötronların durağan kütlelerinin toplamından daha az olduğunu gösterir. Bu kütle farkına kütle kusuru denir:

Bağlanma enerjisi serbest bırakıldığında kaybedilen kütle Dm'nin bu kısmıdır. Kütle ve enerji arasındaki ilişki yasasını uygulayarak şunu elde ederiz:

Böyle bir değiştirme, hesaplamalar için uygundur ve bu durumda ortaya çıkan hesaplama hatası önemsizdir. Bağlanma enerjisi formülünde a.m.u.'daki Dt'yi yerine koyarsak bundan dolayı Avustralya, Brezilya ve Kuzey Amerika ülkelerinin kullandığı saat uygulaması yazılabilir:

Çekirdeklerin özellikleri hakkında önemli bilgiler, spesifik bağlanma enerjisinin kütle numarası A'ya bağımlılığında bulunur.

Spesifik bağlanma enerjisi E atımları - 1 nükleon başına çekirdeğin bağlanma enerjisi:

Şek. Şekil 116, E vuruşlarının A'ya deneysel olarak kurulmuş bağımlılığının düzleştirilmiş bir grafiğini gösterir.

Şekildeki eğri, zayıf bir şekilde ifade edilen bir maksimuma sahiptir. Kütle numaraları 50'den 60'a kadar olan elementler (demir ve ona yakın elementler) en yüksek özgül bağlanma enerjisine sahiptir. Bu elementlerin çekirdekleri en kararlı olanlardır.

D. Mendeleev'in tablosunun orta kısmındaki ağır çekirdeklerin elementlerin çekirdeklerine bölünmesi reaksiyonunun yanı sıra hafif çekirdeklerin (hidrojen, helyum) daha ağır olanlara füzyon reaksiyonlarının enerjik olarak olduğu grafikten görülebilir. olumlu reaksiyonlar, çünkü bunlara daha kararlı çekirdeklerin oluşumu (büyük E sp ile) eşlik eder ve bu nedenle enerji salınımı ile devam eder (E > 0).

Daha önce belirtildiği gibi (bkz. § 138), nükleonlar bir atomun çekirdeğinde nükleer kuvvetler tarafından sıkıca bağlanır. Bu bağlantıyı kırmak, yani nükleonları tamamen ayırmak için (bir takım işler yapmak için) belli bir enerji harcamak gerekir.

Çekirdeği oluşturan nükleonları ayırmak için gereken enerjiye çekirdeğin bağlanma enerjisi denir.Bağlanma enerjisinin büyüklüğü, enerjinin korunumu yasası (bkz. § 18) ve orantılılık yasası temelinde belirlenebilir. kütle ve enerji (bkz. § 20).

Enerjinin korunumu yasasına göre, bir çekirdeğe bağlı nükleonların enerjisi, çekirdeğin 8 bağlanma enerjisinin değeri kadar ayrılmış nükleonların enerjisinden daha az olmalıdır. kütle ve enerji, bir sistemin enerjisindeki bir değişime, sistemin kütlesindeki orantılı bir değişim eşlik eder

c, ışığın boşluktaki hızıdır. Ele alınan durumda çekirdeğin bağlanma enerjisi olduğundan, atom çekirdeğinin kütlesi, çekirdeği oluşturan nükleonların kütlelerinin toplamından, çekirdeğin kütle kusuru denilen bir miktardan az olmalıdır. Formül (10) kullanılarak, bu çekirdeğin kütle kusuru biliniyorsa, bir çekirdeğin bağlanma enerjisi hesaplanabilir.

Şu anda, atom çekirdeği kütleleri, bir kütle spektrografı aracılığıyla yüksek bir doğruluk derecesi ile belirlenmiştir (bakınız § 102); nükleonların kütleleri de bilinmektedir (bkz. § 138). Bu, herhangi bir çekirdeğin kütle kusurunu belirlemeyi ve formülü (10) kullanarak çekirdeğin bağlanma enerjisini hesaplamayı mümkün kılar.

Örnek olarak helyum atomunun çekirdeğinin bağlanma enerjisini hesaplayalım. İki proton ve iki nötrondan oluşur. Protonun kütlesi, nötronun kütlesidir. Bu nedenle, çekirdeği oluşturan nükleonların kütlesi, helyum atomunun çekirdeğinin kütlesidir. Böylece, helyum atom çekirdeğinin kusuru,

Daha sonra helyum çekirdeğinin bağlanma enerjisi

Herhangi bir çekirdeğin bağlanma enerjisini joule cinsinden kütle kusurundan hesaplamak için genel formül açıkça şu şekilde olacaktır:

atom numarası nerede, A kütle numarasıdır. Nükleonların ve çekirdeğin kütlesini atomik kütle birimleri cinsinden ifade etmek ve bunu dikkate almak

çekirdeğin bağlanma enerjisi için megaelektronvolt cinsinden formül yazılabilir:

Çekirdeğin nükleon başına bağlanma enerjisine spesifik bağlanma enerjisi denir.Bu nedenle,

Helyum çekirdeğinde

Spesifik bağlanma enerjisi, atom çekirdeğinin kararlılığını (kuvvetini) karakterize eder: v ne kadar fazlaysa, çekirdek o kadar kararlıdır. (11) ve (12) formüllerine göre,

Formüllerde ve (13)'te nükleonların ve çekirdeklerin kütlelerinin atomik kütle birimleri cinsinden ifade edildiğini bir kez daha vurguluyoruz (bkz. § 138).

Formül (13), herhangi bir çekirdeğin spesifik bağlanma enerjisini hesaplamak için kullanılabilir. Bu hesaplamaların sonuçları Şekil 2'de grafiksel olarak sunulmuştur. 386; ordinat, apsisteki spesifik bağlanma enerjilerini gösterir, kütle sayıları A'dır. Grafikten, kütle numaraları 100 mertebesinde olan çekirdekler için spesifik bağlanma enerjisinin maksimum (8.65 MeV) olduğu sonucu çıkar; ağır ve hafif çekirdekler için biraz daha azdır (örneğin uranyum, helyum). Hidrojen atom çekirdeğinin özgül bağlanma enerjisi sıfırdır, bu oldukça anlaşılır bir durumdur çünkü bu çekirdekte ayrılacak hiçbir şey yoktur: yalnızca bir nükleondan (proton) oluşur.

Her nükleer reaksiyona enerjinin salınması veya emilmesi eşlik eder. Buradaki bağımlılık grafiği A, çekirdek enerjisinin hangi dönüşümlerinde salındığını ve ne - emilimini belirlemenizi sağlar. Ağır bir çekirdeğin kütle sayıları A olan 100 (veya daha fazla) çekirdeklere bölünmesi sırasında enerji (nükleer enerji) açığa çıkar. Bunu aşağıdaki tartışma ile açıklayalım. Örneğin uranyum çekirdeğinin ikiye bölünmesi

kütle numaralarına sahip atom çekirdeği ("fragman") Uranyum çekirdeğinin spesifik bağlanma enerjisi yeni çekirdeklerin her birinin spesifik bağlanma enerjisi Uranyumun atom çekirdeğini oluşturan tüm nükleonları ayırmak için, bağlanmaya eşit enerji harcamak gerekir uranyum çekirdeğinin enerjisi:

Bu nükleonlar, kütle numaraları 119 olan iki yeni atom çekirdeği oluşturmak üzere birleştiğinde, yeni çekirdeklerin bağlanma enerjilerinin toplamına eşit bir enerji açığa çıkacaktır:

Sonuç olarak, uranyum çekirdeğinin fisyon reaksiyonu sonucunda, yeni çekirdeklerin bağlanma enerjisi ile uranyum çekirdeğinin bağlanma enerjisi arasındaki fark kadar nükleer enerji açığa çıkacaktır:

Nükleer enerjinin salınması, farklı türdeki nükleer reaksiyonlar sırasında da meydana gelir - birkaç hafif çekirdek bir çekirdekte birleştiğinde (sentez). Gerçekten de, örneğin, iki sodyum çekirdeğinin kütle numaralı bir çekirdeğe sentezi gerçekleşsin.

Bu nükleonlar yeni bir çekirdeğe (kütle numarası 46 ile) birleştiğinde, yeni çekirdeğin bağlanma enerjisine eşit bir enerji açığa çıkacaktır:

Sonuç olarak, sodyum çekirdeklerinin sentezinin reaksiyonuna, sentezlenen çekirdeğin bağlanma enerjisi ile sodyum çekirdeklerinin bağlanma enerjisi arasındaki farka eşit bir miktarda nükleer enerjinin salınması eşlik eder:

Böylece, şu sonuca varıyoruz:

nükleer enerjinin salınması hem ağır çekirdeklerin fisyon reaksiyonlarında hem de hafif çekirdeklerin füzyon reaksiyonlarında meydana gelir. Reaksiyona giren her çekirdek tarafından salınan nükleer enerji miktarı, reaksiyon ürününün bağlanma enerjisi 8 2 ile orijinal nükleer materyalin bağlanma enerjisi 81 arasındaki farka eşittir:

Bu hüküm son derece önemlidir, çünkü nükleer enerji elde etmeye yönelik endüstriyel yöntemler buna dayanmaktadır.

Enerji verimi açısından en uygun olanın, hidrojen veya döteryum çekirdeklerinin füzyon reaksiyonu olduğuna dikkat edin.

Grafikten aşağıdaki gibi (bkz. Şekil 386), bu durumda sentezlenen çekirdeğin ve ilk çekirdeklerin bağlanma enerjilerindeki fark en büyük olacaktır.

Atom çekirdeğinin bileşimi

1932'de bilim adamları tarafından proton ve nötronun keşfinden sonra D.D. Ivanenko (SSCB) ve W. Heisenberg (Almanya) önerdi proton-nötronmodeliatom çekirdeği.
Bu modele göre, çekirdek oluşur protonlar ve nötronlar. Toplam nükleon sayısı (yani protonlar ve nötronlar) denir. kütle Numarası A: A = Z + N . Kimyasal elementlerin çekirdekleri şu sembolle gösterilir:
X elementin kimyasal sembolüdür.

örneğin, hidrojen

Atom çekirdeğini karakterize etmek için bir dizi notasyon tanıtıldı. Atom çekirdeğini oluşturan protonların sayısı sembolü ile gösterilir. Z ve Çağrı yap Görev numarası (bu, Mendeleev'in periyodik tablosundaki seri numarasıdır). nükleer yük Ze , Nerede e temel yüktür. Nötron sayısı sembolü ile gösterilir. N .

nükleer kuvvetler

Atom çekirdeğinin kararlı olabilmesi için, protonların ve nötronların çekirdeklerin içinde, protonların Coulomb itici kuvvetlerinden çok daha büyük kuvvetler tarafından tutulması gerekir. Nükleonları çekirdekte tutan kuvvetlere denir. nükleer . Bunlar, fizikte bilinen tüm etkileşim türlerinin en yoğununun - sözde güçlü etkileşimin - bir tezahürüdür. Nükleer kuvvetler, elektrostatik kuvvetlerden yaklaşık 100 kat daha büyüktür ve nükleonların yerçekimi etkileşiminin kuvvetlerinden onlarca kat daha büyüktür.

Nükleer kuvvetler aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• çekici güçlere sahip olmak
• kuvvetler kısa mesafe(nükleonlar arasındaki küçük mesafelerde görünür);
• Nükleer kuvvetler, parçacıklar üzerinde bir elektrik yükünün varlığına veya yokluğuna bağlı değildir.

Atom Çekirdeğinin Kütle Kusuru ve Bağlanma Enerjisi

Nükleer fizikte en önemli rolü kavram oynar. nükleer bağlanma enerjisi .

Çekirdeğin bağlanma enerjisi, çekirdeğin tek tek parçacıklara tamamen bölünmesi için harcanması gereken minimum enerjiye eşittir. Enerjinin korunumu yasasından, bağlanma enerjisinin, tek tek parçacıklardan bir çekirdeğin oluşumu sırasında salınan enerjiye eşit olduğu sonucu çıkar.

Herhangi bir çekirdeğin bağlanma enerjisi, kütlesi doğru bir şekilde ölçülerek belirlenebilir. Şu anda fizikçiler, parçacıkların - elektronlar, protonlar, nötronlar, çekirdekler vb. - kütlelerini çok yüksek doğrulukla ölçmeyi öğrendiler. Bu ölçümler gösteriyor ki herhangi bir çekirdeğin kütlesi M i her zaman onu oluşturan proton ve nötronların kütlelerinin toplamından daha azdır:

Kütle farkı denir kütle kusuru. Einstein formülünü kullanan kütle kusuruna dayalı e = mc 2 belirli bir çekirdeğin oluşumu sırasında salınan enerjiyi, yani çekirdeğin bağlanma enerjisini belirlemek mümkündür. e Aziz:

Bu enerji, çekirdeğin oluşumu sırasında γ-kuantum radyasyonu şeklinde salınır.

Nükleer enerji

Ülkemizde dünyanın ilk nükleer santrali 1954 yılında SSCB'de Obninsk şehrinde inşa edilmiş ve hizmete açılmıştır. Güçlü nükleer santrallerin inşası geliştirilmektedir. Şu anda Rusya'da çalışan 10 nükleer santral var. Çernobil nükleer santralindeki kazanın ardından nükleer reaktörlerin güvenliğini sağlamak için ek önlemler alındı.