Budowa jadra atomowego, siły jądrowe, defekt masy. Każdy atom składa się z jądra i elektronów
przebywających w przestrzeni pozajądrowej. Jądro składa się z protonów i neutronów, tzw. nukleonów
(wyjątkiem jest izotop wodoru
1
1
w jądrze którego jest tylko proton). Liczbę protonów w jądrze podaje tzw.
liczba atomowa Z, natomiast liczbę nukleonów – tzw. liczba masowa A:
. Proton ma ładunek +1 i masę około
1 u. Neutron jest obojętny elektrycznie i ma masę również około 1 u. Elektron ma ładunek -1 i masę 0,00055 u.
Bardziej szczegółowo budową jądra zajmuje się fizyka. Jądro ma zawsze mniejszą masę, niż wynikałoby to z
sumowania mas składników tego jądra. Różnica pomiędzy sumą mas nukleonów tworzących jądro danego
atomu a rzeczywistą masą tego jądra to tzw. defekt masy. Różnica ta odniesiona do jednostki masy atomowej
stanowi tzw. względny defekt masy i jest miarą energii wiązania elementów składowych jądra. Nuklid jest to
zbiór atomów o tej samej liczbie atomowej i tej samej liczbie masowej, np.
16
30
;
Izotopy – atomy tego samego pierwiastka o różnej liczbie masowej, np.
20
38
,
20
39
,
20
40
Izotony – atomy różnych pierwiastków o takiej samej liczbie neutronów, lecz różnej liczbie masowej,
np.
,
50
119
,
51
120
52
121
Izobary – atomy różnych pierwiastków o tej samej liczbie masowej, np.
23
53
,
25
53
,
26
53
,
Masa jądra atomowego: Rzeczywista masa jądra atomowego nie jest równa sumie mas jego składników. Do
wyznaczania rzeczywistych mas jądra atomowego służy spektrometr masowym=
Gęstość jądra atomowego: Gęstość każdego jądra atomowego jest taka sama,
;
, ! · #$
#% &'
!
Defekt masy. Ubytkiem masy (niedoborem) nazywamy różnicę między sumą mas składników, a rzeczywistą
masą jądra atomowego:
∆) *+ ·
,
- ./ 0 +1
2
3 0 ;A - liczba masowa; Z - liczba atomowa; 4
5
- masa
protonu;
4
- masa neutronu; Masę protonu i neutronu wyrażamy w atomowych jednostkach masy u:1u=1,66
·
10
678
9:
Podczas łączenia nukleonów w jądro (lub lżejszych jąder w cięższe) pewna część masy zamienia się na energię:
E
w
=
∆Mc
2
;Proces ten nazywamy syntezą termojądrową, a energia, na którą zamienia się część masy - energią
wiązania.
Siły jądrowe: Między dodatnio naładowanymi protonami występuje odpychanie elektryczne, którego efekty są
równoważone przez oddziaływanie silne między nukleonami. Oddziaływania silne działają jednak tylko na
bardzo krótkich dystansach, zbliżonych do rozmiarów samych jąder. Przy większych odległościach przeważają
siły odpychania elektrycznego; Ich właściwości:-krótki zasięg (rzędu femtometrów); -są siłami przyciągającymi,
dla bardzo małych odległości między nukleonami stają się siłami odpychającymi; -w przybliżeniu siły p-p, n-p i n-
n są równe; -występują tylko w jądrach atomowych, bo są krótkozasięgowe; -siła tych oddziaływań jest ok.
stokrotnie większa od sił elektrostatycznych; -wykazują niezależność od ładunku elektrycznego; -występują
tylko pomiędzy nukleonami; -mają charakter dwuciałowy, tzn. obecność innych nukleonów ma niewielki wpływ
na oddziaływanie pary nukleonów; -wykazują tzw. wysycenie: za pomocą sił jądrowych oddziałują na siebie
tylko najbliżej leżące nukleony
34.Promieniowanie jądrowe:emisja cząstek lub promieniowania elektromagnetycznego (promieniowanie
gamma) przez jądra atomów. Promieniowanie zachodzi podczas przemiany promieniotwórczej lub w wyniku
przejścia wzbudzonego jądra do stanu o niższej energii. Rodzaj wysyłanego promieniowania oraz jego energia
zależy od rodzaju przemiany jądrowej. Do promieniowania jądrowego zalicza się m.in:
promieniowanie alfa
promieniowanie beta
promieniowanie gamma
Rozpady jądrowe:
-rozpad alfa: rozpad alfa polega na wysyłaniu przez atomy promieniotwórcze jąder helu. W rozpadzie tym jądro
traci dwa neutrony i dwa protony, dlatego w porównaniu z jądrem macierzystym jądro powstałe w wyniku
rozpadu ma liczbę masowa mniejszą o 4, a liczbę porządkową mniejszą o dwa. W wyniku promieniowania alfa
powstaje pierwiastek przesunięty w okresowym układzie pierwiastków o dwa miejsca w lewo względem
pierwiastka macierzystego. Rozpad alfa jest możliwy jeśli suma energii wiązania jądra otrzymanego po
rozpadzie i cząstki
; jest większa od energii wiązania jądra wyjściowego: znając
;
, wyzwoloną w procesie
rozpadu
;, możemy obliczyć E
m
cząstki
; i energię odrzutu jądra E
M
. Skorzystamy w tym celu z zasady
zachowania energii i zasady zachowania pędu:
;
E
m
+E
M
=
4<
α
2
2
-
4<
j
2
2
,
4<
?
<
@
; m, M- odpowiednio masa
cząstki
; i jądra powstającego po rozpadzie ; i jądra odrzutu. Z równań wynika, że stosunek E
m
cząsteczki
; do
energii E
M
odrzutu jądra jest odwrotnie proporcjonalny do stosunku ich mas:
Em
E
M
M
m
; energia cząstki
; jest
równa:
4
;
M
m-M
; energia odrzutu:
E
M
;
m
m-M
-rozpad beta: podczas rozpadu
D
0
jeden z neutronów przekształca się w proton, a z jądra jest wysyłana cząstka
D
0
(elektron) i antyneutrino. W wyniku rozpadu
D
0
liczba masowa jądra macierzystego nie ulega zmianie, a
liczba atomowa wzrasta o jeden, czyli pierwiastek pochodny jest przesunięty w układzie w prawo o jedno
miejsce; oznacza to, że następuje przekształcenie jednego izobaru w inny: n
E , - F
6
- G
F
H; n= neutron, p-
proton,
0
0 elektron, zwykle nazywany cząstką beta minus i oznaczany D
0
;
<
P
0 cząstka elementarna,
nosząca nazwę antyneutrina elektronowego.
Jeżeli jądro ma nadmiar protonów, to zachodzi proces przemiany protonu w neutron p
En+F
-
+v
e
;
F
-
- pozyton,
czyli dodatnio naładowana cząstka o masie elektronu i ładunku elementarnym, a v
e
- neutrino elektronowe.
podczas rozpadu
D
-
jeden z protonów zawartych w jądrze przekształca się w neutron i z jądra jest wysyłany
pozyton i neutrino. W wyniku rozpadu
D
-
liczba atomowa pierwiastka macierzystego maleje o jedność, więc
powstający pierwiastek jest przesunięty w układzie o jedno miejsce w lewo.
-promieniowanie gamma: rozpadom alfa i beta zazwyczaj towarzyszy elektromagnetyczne promieniowanie
gamma. Emisja promieniowania
R jest jednym ze sposobów pozbycia się przez jądro nadmiaru energii, zwanej
energią wzbudzenia. Promieniowanie
R, podobnie jak światło, ma naturę elektromagnetyczną, a różni się od
światła tym, że ma długość fal o kilka rzędów krótsze od długości fal światła. Zatem: emisja promieniowania
R
nie powoduje zmiany liczby protonów i neutronów w jądrze, w związku z tym nie zmienia się jego liczba
masowa. Położenie pierwiastka w układzie okresowym przy emisji promieniowania
R nie ulega zmianie.
Długość fali promieniowania
R: Z
[\
]
^
; jądro wysyłając kwanty
R zmniejsza swą masę o: m=
]
^
_
.
Promieniowaniu
R towarzyszy zmiana momentów elektrycznych jądra, polegająca na zmianie rozkładu
ładunków elektrycznych jądra, lub zmiana układu jego spinowych i orbitalnych momentów magnetycznych.
