Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
магнетон в —- = 1836,5 раз меньше магнетона Бора
л. Vні. i. oiruisniiis и иьоИСТВА А МНЫХ ЯДЕР
(111.12.1.4°), откуда следует, что магнитные свойства атомов определяются магнитными свойствами его электронов.
Между спином ядра 1>яд и его магнитным моментом имеется соотношение
Pfn яд — Уяд ^яд>
где Уяд — ядерное гиромагнитное отношение (ср. 111.12.1.4°). Нейтрон имеет отрицательный магнитный момент цп » -1,913цяд, так как направление спина нейтрона и его магнитного момента противоположны. Магнитный момент протона положителен и равен цр w 2,793цяд. Его направление совпадает с направлением спина протона.
7°. Распределение электрического заряда протонов по ядру в общем случае несимметрично. Мерой отклонения этого распределения от сферически симметричного является квадру-полъньш электрический момент ядра Q. Если плотность заряда считается везде одинаковой, то Q определяется только формой ядра. Так, для эллипсоида вращения
Q = \ze(b2-a\
где Ь — полуось эллипсоида вдоль направления спина, а — полуось в перпендикулярном направлении. Для ядра, вытянутого вдоль направления спина, b > а и Q >0. Для ядра, сплющенного в этом направлении, Ь < а и Q < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = а и Q = 0. Это справедливо для ядер со спином, равным 0 или h/2.
§ VIII. 1.2. Энергия связи ядер.
Дефект массы
1°. Нуклоны в ядрах находятся в состояниях, существенно отличающихся от их свободных состояний. За исключением ядра обычного водорода во всех ядрах имеется не менее двух нуклонов, между которыми существует особое ядерное сильное взаимодействие — притяжение, обеспечивающее устойчивость ядер несмотря на отталкивание одноименно заряженных протонов.
§ VIII. 1.2. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДЕР. ДЕФЕКТ МАССЫ
627
2°. Энергией связи нуклона в ядре называется физическая величина, равная той работе, которую нужно совершить для удаления нуклона из ядра без сообщения ему кинетической энергии.
Энергия связи ядра определяется величиной той работы, которую нужно совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии. Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделяться такая же энергия, которую нужно затратить при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех свободных нуклонов, составляющих ядро, и их энергией в ядре.
3°. При образовании ядра происходит уменьшение его массы: масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. Уменьшение массы ядра при его образовании объясняется выделением энергии связи. Если Wcb — величина энергии, выделяющейся при образовании ядра, то соответствующая ей масса Am, равная (1.5.7.6°)
называется дефектом массы и характеризует уменьшение суммарной массы при образовании ядра из составляющих его нуклонов. Если ядро с массой Мяд образовано из Z протонов с массой /Лр и из (А - Z) нейтронов с массой тп, то
Am = Zmp + (А - Z)mn — Мяд.
Вместо массы ядра Мяд величину Am можно выразить через атомную массу Мат:
Am = Zmn + (A- Z )тп - Max,
где тд — масса водородного атома.
При практическом вычислении Am массы всех частиц и атомов выражаются в атомных единицах массы (IX).
Дефект массы служит мерой энергии связи ядра:
Wcb = Amc2 = [Zmp + (А - Z)mn - Мяд]с2.
Одной атомной единице массы соответствует атомная единица энергии (а. е. э.): 1 а. е. э. = 931,5016 МэВ.
?28
ГЛ. VIILl. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
4°. Удельной энергией связи ядра wCB называется энергия
Wcb
связи, приходящаяся на один нуклон: wCB = . Величина
Wcb составляет в среднем 8 МэВ/нуклон. На рис. VIII. 1.1 приведена кривая зависимости удельной энергии связи от массового числа А, характеризующая различную прочность связей нуклонов в ядрах химических элементов. Ядра элементов в средней части периодической системы (VI.2.3.5°) (28 < А <
28 138
< 138), т. е. от 14Si до 50Ва, наиболее прочны. В этих ядрах
Wcb близка к 8,7
МэВ
нуклон
. По мере увеличения числа нуклонов
в ядре удельная энергия связи убывает. Ядра атомов химических элементов, расположенных в конце периодической систе-
мы (например, ядро урана), имеют wCB ~ 7,6
МэВ
нуклон
. Это объ-
ясняет возможность выделения энергии при делении тяжелых
S
о
CQ
л
S
S
S
«
и
14
є
а
U
X
т
§
S
л
ч
U
?
о
40 80 120 160 200 240
Массовое число
Рис. VIII. 1.1
§ VIII.1.2. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДЕР. ДЕФЕКТ МАССЫ
629
ядер (VIII.l.9.10°). В области малых массовых чисел имеются острые «пики» удельной энергии связи. Максимумы характерны ДЛЯ ядер С четными числами протонов И нейтронов (gHe ,
12 _ 16_.
6С , 80), минимумы — для ядер с нечетными количествами
. 6, . 10— 14.. т ч
протонов и нейтронов (3Li, 5В, 7N).
Если ядро имеет наименьшую возможную энергию Wmhh = = -Wcb, то оно находится в основном энергетическом состоянии. Если ядро имеет энергию W > Wmhh, то оно находится в возбужденном энергетическом состоянии. Случай W = O соответствует расщеплению ядра на составляющие его нуклоны. В отличие от энергетических уровней атома, раздвинутых на единицы электрон-вольт (см. рис. VI.2.1, левая шкала), энергетические уровни ядра отстоят друг от друга на мегаэлектронвольты (МэВ). Этим объясняются происхождение и свойства гамма-излучения (VIII. 1.7.1°).
