Atomo branduolio sandara ir jo charakteristika

1. Atomo branduolio sandara ir jo charakteristika.

Branduoliai sudaryti iš nukleonų: protonų (teigiama dalelė) ir neutronų (neutrali dalelė, turi magnetinį momentą), surištų branduolinėmis jėgomis.

mp = 1,672648 * 10-27 kg = 1,00759 amv

mn = 1,674954 * 10-27 kg = 1,008665 amv

qp = -e = 1,6 *10-19 C

qn = 0;

Sp = Sn = ½

μp = 2,79 μbr

μn = -1,91 μbr

XAZ – Z – eilės numeris (protonų skaičius); A (masės skaičius); A = Np + Nn.

Izotopas – branduolys, kurio protonų skaičius tas pats, o nneutronų skiriasi. (H21, H31)

Stabilūs izotopai – tarp A – Z = 2Z ir A – Z = Z.

2. Branduolio masės ryšio energija. Branduolių stabilumas.

Branduolio masė yra visuomet mažesnė už jį sudarančių nukleonų masę, nes tarp nukleonų veikia stiprus ryšys:

– masės defektas.

– branduolio ryšio energija. Ji lygi darbui, kurį reiktų atlikti, norint suskaidyti atomą į atskirus nukleonus. Kuo ji didesnė, tuo branduoliai stabilesni.

– ryšio energija vienam nukleonui; lygi darbui ,kurį reikia atlikti, kad nuo branduolio atskirtume vieną nukleoną. PPriklauso nuo nukleonų skaičiaus branduolyje. Didžiausia vidutinio sunkumo branduoliuose.

Tai kad specifinė ryšio energija didžiausia vidutinio sunkumo branduoliuose rodo 2 procesai, kurių metu išsiskiria energija:

1) kai sunkus branduolys skyla į du vidutinio sunkumo branduolius (sunkiųjų branduolių skilimas – grandininės reakcijos pagrindas)

2) kai du llengvieji branduoliai jungiasi į vieną vidutinio sunkumo branduolį (lengvųjų branduolių sintezė – termobranduolinė reakcija).

3. Branduolinės jėgos – jėgos veikiančios tarp nukleonų. Jų sukelta sąveika – stiprioji sąveika (gravitacinė, elektromagnetinė).

Savybės:

1) branduolinės jėgos yra stipriausios;

2) Artaveikės – veikia labai mažuose atstumuose: ~10-15 m.

3) Jėgos nepriklauso nuo sąveikaujančių nukleonų krūvio.

4) Priklauso nuo sąveikaujančių nukleonų spinų orientacijos

5) Jėgos yra necentrinės

6) Pasižymi įsotinimu: tarpusavyje sąveikauja ne bet koks nukleonų skaičius

Branduolinė sąveika persiduoda branduolinio lauko kvanto pagalba. Branduolinio lauko kvantai π – mezonai (pijonai) – π+, π-, π0.

qπ± = 1,6 * 10-19 C; mπ = 300 me; S = 0;

4. Radioaktyvumas – savaiminis nestabilių branduolių skilimas, spinduliuojant radioaktyviąsias daleles:

α – He42 branduoliai, β – elektronai, γ – trumposios elektromagnetinės bangos.

Natūralusis radioaktyvumas – izotopų, kurie egzistuoja gamtoje. Dirbtinis radioaktyvumas gaunamas vykdant branduolines reakcijas.

Radioaktyvumas yyra branduolio savybė ir nepriklauso nuo jokių nei fizinių, nei cheminių sąlygų.

– radioaktyvaus skilimo dėsnis; N – suskilusių branduolių skaičius, λ – skilimo konstanta (skilimo tikimybė per laiko vienetą).

– pusamžis – laikas per kurį suskyla pusė radioaktyvaus elemento branduolių.

5. α skilimas – procesas, kai skylant branduoliui išspinduliuojamas Helio atomo branduolys He42.

α dalelės susidaro išlėkimo iš branduolio momentu, jų energijos spektrai yra diskretiniai (gali būti kelios spektrų grupės). Po skilimo branduolys gali likti sužadintame būvyje. Kai branduolys pereina įį normalią būseną, išspinduliuojami γ spinduliai.

6. β skilimas – savaiminis radioaktyviųjų branduolių virsmas izobarais (kai skiriasi Z, o A toks pat: H32 ir H31), išspinduliuojant elektroną ar pozitroną arba pagaunant elektroną iš atomo elektroninio apvalkalo.

β skilimo tipai:

1) β- (β minus skilimas) – skylant branduoliams išspinduliuojamas elektronas ir antineutronas:

Šiuo atveju vienas neutronas virsta protonu.

2) β+ – skylant branduoliui išspinduliuojamas pozitronas (elektrono antidalelė) ir neutronas:

Dalelė ir antidalelė skiriasi krūvio ženklu ir magnetinio lauko orientacija. Joms susijungus gauname anihiliaciją ir įvyksta sprogimas.

3) K pagavimas – branduolys pagauna vieną atomo elektroną: ; Branduolyje vienas protonas virsta neutronu.

K – pirmas elektronų sluoksnis prie branduolio.

β dalelės pasižymi didesniu skvarbumu nei α. Po β skilimo atomas gali likti sužadintame būvyje, todėl kartu su β dalelėmis spinduliuojami ir γ spinduliai.

7. γ spinduliai ir vidinė elektronų konversija

Gama spinduliai spinduliuojami kai atomai pereina iš sužadintos į normalią būseną. ( )

Branduoliai sužadinti gali būti dėl smūgio su elektronais arba kitomis įelektrintomis dalelėmis. Taip pat absorbuojant fotonus arba po α ar β skilimų. Sužadintas branduolys energijos perteklių gali atiduoti vienam iš atomo elektronų. Tokie elektronai bus atplėšiami nuo branduolio. Tai vidinės konversijos elektronai. Kartu su jais spinduliuojami ir Rentgeno spinduliai.

γ spinduliams einant pro medžiagą jie yra absorbuojami. Absorbuoti spinduliai pasižymi ddideliu veiklumu. Apsaugai naudojamas švinas.

8. Branduolinės reakcijos – tai branduoliniai kitimai, jiems sąveikaujant vienas su kitu arba elementariosiomis dalelėmis.

– Rezerfordo reakcija.

– Čedvigo branduolinė reakcija

Su elektronais reakcijos nevykdomos, nes jis per lengvas.

9. Grandininė reakcija – pagrindą sudaro sunkiųjų branduolių skilimas veikiant juos neutronais. Skilimo metu išsiskiria didelė energija.

– grandininės reakcijos lygtis. – neutronų dauginimosi koeficientas (ni – i-tosios kartos neutronų skaičius; ni-1 – prieš tai buvusi karta)

Kai k = 1, reakcija vyksta pastoviu greičiu; kai k > 1 reakcija vyksta sprogimo keliu; kai k < 1 – reakciją galima nuslopinti.

10. Termobranduolinė reakcija – lengvųjų branduolių sintezės reakcija: ; ΔE = 17,6 MeV

T~(107 – 108) K; problematiška tokioj temperatūroj gauti medžiagą ir ją išlaikyti, nes tokios temperatūroje gaunama plazma.

11. Atominė energija. Atominiai reaktoriai

ΔE = 3,2 * 10-11 J – kai skyla 1 urano branduolys. 1g urano energija lygi 3kg akmens anglies.

U23592 ~ 0,7%; U23892 ~ 99,3% (gamtinis uranas).

12. Elementariosios dalelės – elektronas, meutronas, protonas, neutrinas, mezonas, fotonas.

13. Dalelė ir antidalelė

Jos turi tokius pat parametrus, tik skiriasi elektros krūvio ženklu ir magnetinio momento orientacija.

Elektrono antidalelė yra pozitronas.

14. Kosminiai spinduliai – didelės energijos branduolių srautas, kuris krinta iš kosmoso (90% – H11; 7% – He42; 3% – vvisi likę elementai; kuo elementas sunkesnis, tuo jo aptinkama mažiau). Spindulių energija ~1010 eV (max 1019 – 1020 eV)

Pasireiškia geomagnetinis efektas: dėl žemės magnetinio lauko poveikio, spindulių laukai išsikreivina.

Pirminių kosminių spindulių dalelės patekusios į žemės atmosferą, susiduria su ten esančiais branduoliais ir susidaro antriniai kosminiai spinduliai, kuriuose sutinkamos visos žinomos dalelės. Kosminius spindulius skleidžia žvaigždės.