Електричний заряд ядра
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Ядро має позитивний електричний заряд, який утворюють протони. Число протонів Z називають зарядом ядра, маючи на увазі, що він дорівнює величині Ze Кл. де е = 1,602 × 10 -19 Кл (4,8 × 10 -10 CГCЕ од.) - абсолютна величина елементарного електричного заряду.
Заряд ядра був визначений в 1913 р Мозлі, який виміряв за допомогою дифракції на кристалах довжину # 955; хвилі характеристичного рентгенівського випромінювання для ряду хімічних елементів, що слідують один за одним у періодичній системі елементів. Вимірювання показали, що # 955; змінюється дискретним чином від деякої цілої величини Z, яка збігається з порядковим номером елемента і змінюється на одиницю при переході від елемента до сусіднього елементу в періодичній системі, а для водню дорівнює одиниці. Мозлі інтерпретував цю величину як заряд ядра і встановив, що (закон Мозлі):
де a і b - константи для даної серії рентгенівського випромінювання і не залежать від елемента.
Закон Мозлі визначає заряд ядер хімічного елемента непрямим чином. Прямі досліди з вимірювання заряду ядер на основі закону Кулона були виконані Чедвиком в 1920 р У 1911 р Резерфорд, використовуючи закон Кулона, отримав формулу
Маса ядра є однією з його найважливіших характеристик. Масу ядра нукліда даного складу (А, Z) будемобозначать М (А, Z) або М (А Х), а масу відповідного нуклида Мат.
У ядерній фізиці, так само як і в атомній фізиці, для вимірювання мас широко використовується атомна одиниця маси (а.е.м.):
1а.е.м. = = 1,6605 × 10 -24 м
У цих одиницях
маса спокою протона mp = 1,6726 × 10 -24 г = 1,0073 а.е.м.
маса спокою нейтрона mn = 1,6749 × 10 -24 г = 1,0087а.е.м.
Видно, що 1 а.е.м. близька до маси нуклона, що дуже зручно.
Маса електрона me багато менше маси протона, mp / me = тисяча вісімсот тридцять шість.
Маса нуклида, виражена в атомних одиницях маси, є відносною величиною і називається атомною масою. Атомна маса має спеціальне позначення Аr (не плутати з масовим числом А!).
називається надлишком маси нукліда і має велике значення в ядерній фізиці. Формула (1.3.3) виражає відмінність між поняттями атомної маси і масового числа. Однак величина # 916; (A, Z) <<1 для всех нуклидов и поэтому даже для самых легких ядер атомная масса примерно равна массовому числу. Это послужило одной из причин выбрать пару чисел (A,Z) для идентификации состава ядра нуклида.
Зв'язок між масою будь-якого тіла і його повною енергією дається формулою:
.
де з = 2,998 × 10 10 см / с - швидкість світла у вакуумі, - релятивістська маса. На цій підставі в ядерній фізиці для вимірювання маси, так само як і енергії, часто використовується одиниця енергії електронвольт (еВ) і похідні від неї:
1 кеВ (кілоелектронвольт) = 10 3 еВ
1 МеВ (мегаелектронвольт) = 10 6 еВ
1 ГеВ (гігаелектронвольт) = 10 9 еВ.
Нагадаємо, що 1еВ - енергія, що купується елементарним зарядом е при проходженні їм різниці потенціалів, яка дорівнює 1 В.
Встановимо відповідність між 1 а.е.м. і 1 еВ. З формули (1.3.4):
1а.е.м. = 1,6605 × 10 -27 × (2,998 × 10 8) 2 = 1,492 × 10 -10 Дж,
а з визначення електронвольт:
1еВ = 1,602 × 10 -19 × 1 = 1,602 × 10 -19 Дж.
Таким чином, з останніх двох співвідношень
1 а.е.м. = ≈ 931,5 МеВ,
У ядерній фізиці зазвичай користуються не масами ядер, а масами нуклідів. Це викликано тим, що неможливо виміряти безпосередньо масу ядер без пов'язаних з ними електронів, за винятком найлегших. Маса нуклида в межах точності сучасних методів вимірювання мас дорівнює сумі мас ядра і електронів, складових атом, хоча в принципі маса нукліда є
Маси нуклідів визначають за допомогою приладів, які називаються мас-спектрометрами. Схема пристрою мас-спектрометра зображена на рис. 1.3.1. В іонному джерелі ІІ створюються позитивні іони нуклідів, масу Мi яких необхідно виміряти. Іони, що мають електричний заряд qi. надходять через отвір в прискорює електричне поле, створюване прикладеної між ІІ і Д1 різницею потенціалів U. після проходження якої іони набувають кінетичну енергію
і зі швидкістю v надходять в просторово однорідне і постійне магнітне поле з індукцією В. вектор якої перпендикулярний площині креслення і спрямований на Новомосковсктеля. На іон в магнітному полі діє сила Лоренца
яка створює доцентрове прискорення v 2 / R. спрямоване до точки О. під дією якого іон буде рухатися по колу радіуса R. Таким чином,
Виключивши з (1.3.6) і (1.3.8) швидкість v. знаходимо, що абсолютна величина маси іона
Окружність потрібного радіуса R задається положенням діафрагм Д1. Д2 і Д3. Підбираючи величини U і В домагаються того, щоб пучок іонів потрапляв на колектор К. що фіксується по максимуму струму іонів на колекторі. Таким чином встановлюється, що іон рухається по колу радіуса R і обчислюється маса іона. Якщо відома кратність іонізації то, віднімаючи з маси іона відому сумарну масу електронної оболонки, отримують масу ядра.