Основные свойства атомных ядер презентация

Государственный университет «Дубна» Факультет естественных и инженерных наук Кафедра ядерной физики Основные свойства атомных ядер Абакумов А.М.

АТОМНОЕ ЯДРО – общие сведения Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Атомное ядро – положительно заряженная центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома. Ядро атома состоит из нуклонов(протонов и нейтронов).

открытие ядра Первая попытка создания модели атома принадлежит Дж.Томсону (1903). Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом 10^(–10) м. Положительный заряд атома равномерно распределён по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него. Через несколько лет в опытах Э.Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.

опыт Резерфорда Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э.Резерфордом и его сотрудниками Э.Марсденом и Х.Гейгером в 1909–1911 годах. Схема опыта Резерфорда по рассеянию α-частиц. K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком, Ф – золотая фольга, M – микроскоп.

опыт Резерфорда Рассеяние альфа-частиц в модели : Томсона (а), Резерфорда (b) Таким образом, оказалось, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро. Это ядро содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % его массы. Вещество, составляющее ядро атома, имеет колоссальную плотность ρ≈10^15 г/см3. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Впоследствии удалось установить, что если заряд электрона принять за единицу, то заряд ядра в точности равен номеру данного элемента в таблице Менделеева.

размер ядра На основании закона Кулона для точечных зарядов можно вычислить наименьшее расстояние rmin, на которое может подойти к центру ядра α-частица, летящая точно по направлению к ядру (прицельный параметр b = 0). Для этого следует приравнять ее начальную кинетическую энергию к потенциальной энергии взаимодействия α-частицы с Рассеяние α-частицы на атомном ядрe (Au). ядром в момент ее полной остановки (в точке поворота): с энергией 5 Мэв налетала на атомное ядро золота . На этих данных было рассчитано, что минимальное расстояние , на которое может приблизиться составляет rmin = 4,5·10^(-12) см. Естественным было принять эту величину за верхнюю оценку радиуса ядра золота.

Заряд атомного ядра Величина положительного электрического заряда атомного ядра Z определяется количеством протонов в ядре (и, следовательно, количеством электронов в атомных оболочках), которое совпадает с порядковым номером элемента в Периодической таблице. Заряд равен Z*е, где е=1,602хКл – абсолютная величина элементарного электрического заряда. Прямые опыты по измерению заряда ядер на основе закона Кулона были выполнены Чедвиком в 1920. В 1911 Резерфорд, используя закон Кулона, получил формулу : где N – количество α-частиц, падающих в единицу времени на рассеиватель; dN – количество рассеянных в единицу времени α-частиц в телесный угол dΩ под углом θ; Ze и n – заряд ядер рассеивателя и их концентрация; v и m–скорость и масса α-частиц Схема опыта Чедвика по прямому измерению заряда ядра

Упругое рассеяние электронов Всякое дифференциальное эффективное сечение рассеяния можно записать в виде: = , где )- амплитуда рассеяния, q=передаваемый при рассеянии импульс. Амплитуду рассеяния в таком случае можно записать в виде: f(q)=- , V(x)- потенциал, на котором происходит рассеяние f()=- V(x)=exp(-x/a), a - длина порядка атомных размеров f()=- , если q>> h/a , то =

Упругое рассеяние электронов Пример расчетов в MathCAD: Классическая картина столкновения ядер 4He+ 197Au для энергии Eц.м.=5 МэВ,

Формула Мотта Формула Мотта: =4(1-) , где E-энергия падающего электрона , = , где F(= - формфактор

Плотность распределения в атомном ядре

Пример (теоретическое вычисление размера ядра ) в maple , t=(4ln3)a , c=1,18 =1.25 fm* = 4.275 fm

задача Широков Ю.М. ,Юдин М.П. «ядерная физика» (изд.2е)-1980 ,стр. 58 , рис.2.14 = ? fm , E=153 Mev

Список литературы: Б.С.Ишханов ,И.М.Капитонов, Н.П.Юдин «Частицы и атомные ядра» ,с.197-203. И.Н.Бекман «Ядерная физика, лекция 4, атомное ядро» ,с. 1-24. Г.Фраунфельдер, Э.Хенли «Субатомная физика» , с 162-180. Широков Ю.М. ,Юдин М.П. «ядерная физика» (изд.2е)-1980