Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №38 "Строение атомного ядра. Ядерные реакции."

Конспект 38. Строение атомного ядра. Ядерные реакции.

3. Строение атомного ядра

Строение ядра атома (нуклоны):
1) Протоны – положительно заряженные частицы (их заряд равен элементарному заряду, т.е. модулю заряда электрона), их количество равно порядковому номеру элемента в таблице Менделеева (обозначается Z – зарядовое число);
2) Нейтроны – незаряженные частицы, их количество определяется по формуле N=A-Z, где A – округленное до целых значение атомной массы (нуклонное число).
Замечания:
1) Общее обозначение ядра данного элемента: , где X – обозначение элемента в таблице Менделеева;
2) Обозначения элементарных частиц:  – протон,  – нейтрон,   электрон;
3) Массы микрочастиц удобно вычислять в а.е.м., ;
4) Массы протона и нейтрона примерно равны 1 а.е.м., их приблизительные значения являются мировыми константами;
5) Массой электрона часто принято пренебрегать по сравнению с массами протона и нейтрона.
Определение. Изотопы – элементы с одинаковым количеством протонов Z и различным количеством нейтронов N в ядре. Свойства различных изотопов одного и того же элемента могут сильно отличатся.
Примеры изотопов водорода:  – протий,  – дейтерий,  – тритий.
Определение. Дефект масс ядра () – разница между суммой масс нуклонов ядра в свободном состоянии и массой покоя самого ядра. Масса ядра всегда меньше суммы масс его нуклонов.
 – дефект масс ядра, кг или а.е.м.
Где  – масса покоя протона
 – масса покоя нейтрона
 – масса покоя ядра (табл.), кг или а.е.м.
Определение. Энергия связи ядра () – энергия, которая необходима для расщепления ядра на входящие в него нуклоны.
Энергия связи ядра:
 – Дж (∆m в кг)
 – МэВ (∆m в а.е.м.)
Замечание. Часто для измерения энергий в микромире используется единица измерения электронвольт: , соответственно .
Определение. Удельная энергия связи атомных ядер () – энергия связи, приходящаяся на один нуклон.
Замечание. Это средняя характеристика стойкости ядра к самопроизвольному распаду, чем эта энергия меньше, тем ядро менее стабильно. Последним стабильным ядром в таблице Менделеева является свинец.
– удельная энергия связи ядра, 
Определение. Ядерные реакции – искусственные превращения атомных ядер, обусловленные взаимодействием с различными частицами или с другими ядрами.
Пример записи ядерной реакции: .
Правила составления ядерных реакций:
1) Сумма нуклонных чисел A у элементов, вступающих в реакцию, и у ее продуктов равна;
2) Сумма протонных (зарядовых) чисел Z у элементов, вступающих в реакцию, и у ее продуктов равна (закон сохранения заряда);
3) Неизвестный элемент определяется зарядовым числом по таблице Менделеева, проверяется соответствие порядкового номера и названия элемента.
Замечание. В результате протекания ядерных реакций наблюдается дефект масс ядерной реакции и выделение либо поглощение энергии.
 – дефект масс ядерной реакции, кг или а.е.м.
Варианты результатов ядерных реакций:
1) Энергия выделяется, если ∆M>0 – реакция экзоэнергетическая;
2) Энергия поглощается, если ∆M<0 – реакция эндоэнергетическая.
Энергетический выход ядерной реакции:
 – Дж (∆M в кг)
 – МэВ (∆M в а.е.м.)
Определение. Радиоактивность – способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.
Замечание. Э. Резерфорд обнаружил, что радиоактивное излучение состоит из α-частиц и β-частиц, позже было еще обнаружено γ-излучение, Ф. Содди сформулировал правила смещения.
Правила смещения для радиоактивного распада:
1) Во время α-распада нуклонное число ядра атома уменьшается на 4, а протонное – на 2, в результате образуется ядро элемента, порядковый номер которого в периодической таблице на 2 единицы меньше, чем порядковый номер исходного элемента.

2) Во время β-распада нуклонное число ядра атома остается неизменным, а протонное увеличивается на 1, в результате образуется ядро элемента, порядковый номер которого в периодической таблице на 1 единицу больше, чем порядковый номер исходного элемента.

Замечание. Проникающие способности излучения: α-частицы задерживаются листом бумаги, β-частицы – пластиной алюминия толщиной несколько миллиметров, γ-излучение ослабляется свинцовой пластинкой толщиной 1 см примерно в два раза.
Счетчик Гейгера – прибор для регистрации ионизирующих частиц, в основе принципа работы которого лежит газовый разряд, возникающий из-за ионизации электронным ударом.
Определение. Период полураспада () – время, за которое распадается половина радиоактивных ядер.
Закон радиоактивного полураспада:


Где N – количество оставшихся ядер, ед.
 – начальное количество ядер, ед.
m – оставшаяся масса вещества, кг
 – начальная масса вещества, кг
t – время распада, ед. измерения времени
T – период полураспада, ед. измерения времени
Замечание. Количество распавшихся ядер .