17.6 Состав и строение атомных ядер

В 1931 году И. Кюри и Ф. Жолио-Кюри при бомбардировке -частицами легких элементов Li, Be, B обнаружили интенсивное испускание сильного проникающего излучения, которое хорошо задерживается парафином и другими веществами, содержащими водород. Английский физик Чадвик выдвинул предположение, что это излучение представляет собой поток новых частиц – нейтронов, масса которых равна массе протона (m_n = m_p) и лишенных электрического заряда.

Открытие нейтрона Чадвиком (1932 год) послужило толчком к созданию модели атомного ядра, которая в том же году была предложена советскими физиками Д.Д. Иваненко и Е.Н. Гапоном. Согласно их гипотезы ядра атомов состоят только из протонов и нейтронов.

Представление о протонно-нейтронном составе атомных ядер подтверждено экспериментально и является общепризнанным. Согласно протонно-нейтронной модели атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Заряд ядра Z соответствует числу протонов, а число нейтронов находится по массовому числу М:

Таким образом M = N + Z – дает число нуклонов – частиц, входящих в состав ядра. Такое строение атомного ядра дает простое отличие изотопов – разное число нейтронов.

Изучение взаимодействия быстрых частиц () с атомными ядрами (по их отклонению при прохождении сквозь тонкие слои металлов) позволило оценить размеры ядер, величина которых зависит от порядкового номера элемента. Эмпирическая формула R_ядра:

,

т. е. объем ядра  числу нуклонов. Средняя плотность ядер равна: ρ ≈ 1,45·10¹⁷ кг/м³. Можно считать, что нуклоны практически плотно прижаты друг к другу.

Свойства ядерных сил: являются силами притяжения; наличие ядерных сил обусловлено существованием материального ядерного поля; источником ядерного поля являются нуклоны. Эти частицы обладают «ядерным зарядом», одинаковым по величине и знаку у всех нуклонов (независимо от электрического заряда). Ядерные силы короткодействующие (не более 10-13 см). Потенциальная энергия взаимодействия нуклонов; a и r₀ – const, r – расстояние между нуклонами. Ядерные силы обладают свойством насыщения (подобно химическим силам: если есть еще атом кислорода, то взаимодействия не будет) по другому: нуклоны могут взаимодействовать только со строго определенным количеством соседей. Не являются центральными силами: их нельзя представить в виде сил, действующих от одного центра сил. Это обусловлено наличием спина взаимодействующих частиц.

17.7. Методы регистрации элементарных частиц и радиоактивных излучений

Частицы больших энергий, возникающие при радиоактивных превращениях, наблюдаемые в космических лучах и создаваемые на специальных мощных ускорителях, могут воздействовать на фотопластину, ионизировать молекулы, вызывать свечение и т.д. По этим проявлениям можно наблюдать пролетающие частицы, считать их, отличать друг от друга и измерять их энергию. Остановимся на основных методах наблюдения этих частиц:

а) метод сцинтиляций

Самый простой. Он основан на том, что люминесцирующее вещество (сернистый цинк) испускает свет под ударами частиц. Этот свет можно воспринимать глазом, адаптированным в темноте, через лупу или микроскоп (вместо глаза можно использовать фотоэлемент)

б) метод конденсации паров вокруг заряженных частиц (камера Вильсона)

Этот метод позволяет визуально наблюдать и фотографировать следы, оставленные пролетающими частицами (используется в основном для -частиц). Действие метода основано на том, что ионы в воздухе, насыщенном парами, могут являться центрами конденсации этих паров.

-частица при движении в воздухе образует около 200000 пар ионов, каждый из которых служит центром конденсации паров. В камере возникает след частицы в виде траектории, состоящей из капелек (“нить тумана”).