yavor2 (553175), страница 84
Текст из файла (страница 84)
(8ОА3) Первый член 8, представляет собой энергию покоя ядра, связанную с массой покоя входящих в ядро нуклонов (Я 80.3, 80.4): 8, = [Угвр+ (А — 2) гпн] сз. Второй член учитывает выделение энергии при образовании ядра из нуклонов, т. е, энергию связи ядра. Он отрицателен, так как энергия связи аыделлегпсл при синтезе ядра. Как выяснено в й 80.4, удельная энергия связи на нуклон может считаться в первом приближении одинаковой для всех ядер, следовательно, полная энергия связи в ядре пропорциональна числу А нуклонов в ядре: 8,= — а,А, причем коэффициент а, должен быть найден на основе экспериментальных данных. Третай член 8, учитывает так называемую лозеркносглную «и«раню ядра, подобную поверхностной энергии жидкости (см. 8 34.7).
Подобно молекулам, находящимся в поверхностном слое жидкости, внешние нуклоны, находящиеся на границе ядра, испытывают одностороннее притяжение со стороны внутренних нуилонов, направленное внутрь ядра. Зто обусловливает дополнительную потенциальную энергию внешних нуклонов, а следовательно и всего ядра. Как и в случае жидкос1н, поверхностная энергия ядра пропорциональна площади его поверхности: 8,=а 4н)7», где о — козффнпиент поверхностного натяжения ядра (см. 8 34.7).
Поскольку согласно (80. и) радиус ндра пропорционален А 7', выражение для 8» можно записать в следующем аиде: 8, =- аз. А ль где ໠— новый коэффициент пропорциональности, который такясе должен быть получен нз эксперимента. 370 Четвертый член учитывает гюложительную потенциальную энергию кулонов- ского оттзлнивания протонов в ядре: чз (хе)з 84 4леч;Ч 4леч)с где еч — электрическая постоаяная в системе СИ. Заменив й согласно [80.11), получим 8,=-, геА-У, где коэффициент а, может быть рассчитав теоретически. Величина 8з унитывает различную устойчивость ядер, содерзкащих различ- ные числа протонов и нейтронов. Устойчивость ядра непосредственно свюана с его энергией, причем, как всегда, состояние системы частиц тем более устойчяво, чем меньше ее энергия.
Наиболее устойчивы, а следовательно обладают н шбольшей удельной энергией связи, ядра, содержащие равные числа протонов и нейтронов: Х.=- А — Х, т. е. А = 22; А — 2д —" О. Относительное отнлонение от равенства чисел протонов и нейтронов равно (А — 22)/А, Следовательно, добавочная энергия, при- ходящаяся иа один нуклон, обусловленная неравенством чисел протонов и нейтро- нов в ядре, будет функцией этого отношения. точный внд ее неизвестен. Полагая, что она не зависит от знака аргумента (А — 25))А, т. е.
от того, каких именно ~астап больше в ядре — протонов или нейтронов, эту функцию полагают квадра- тичной: ГА — 2к'тз (А — 22) з — '=а ~ — у! или 8з=а, А ~ А 7' А где коэффициент аз находится нз экспериментальных данных. Наконец, последний член в (80.!3) учитывает то обстоятельство, что взаимо- действие нуклонов зависит от ориентации их свинов. Это нриводит к тому, что у ядер с четным числом протонов и нейтронов энергия связи ндер мансимальна, а у ндер с нечетным числом протонов и нейтронов — минимальна.
Это различие в энергии связи ядер и учитываетвеличина 8м Вниду трудности однозначного вы- бора ее зависимости от А часто используется следующая: 8з — — шаз А где а, — эмпирически подбнраемый коэффициент. Знаки плюс и минус относятсн к ядрам с четным числом протонов и нейтронов или, наоборот, к нечетным числам тех и других частиц. Лля других ядер член 8а не вводится. Энергия связи ядра представляет собой согласно ее определению по формуле (80.5) разность между энергией покоя составляющих его нуклонов и полной энергией ядра: 58ш=8з — 8.
(80.14) В настоящее время принимаются такие числовые значения коэффициентов в формуле Взйцзеккера; а,= 15,75 МэВ; аз= 17,8 МэВ; аз=-0,71 МэВ; аз= 23,7 МэВ; сгз .= 34 МэВ. Подставив эти коэффициенты в (80 13), получим следующую формулу для энергии связи ядра: 58„.= 15,75А — П,ЕА ~ — 0,7!г А-Ч вЂ” 2З,7 (А в 22)з А- ~ З4А-Ч . (Ео. ге) 4. До сих пор мы не вводили никакого критерия в определении устойчивости атомного ядра.
Назовем устойчивыми (стабильными) такие атомные ядра, состав которых не изменяется с течением времени. Полуэмпирическая формула (80А8) для энергии связи ядра позволяет установить соотношение между зарядом ядра Я и его массовым числом А, при которых ядра оказываются наиболее устойчивыми. Рассмотрим ядра, обладающие данным А (А = сопз(), т. е. изо- 371 бары, отличающиеся зарядом ядра 2. Для таких ядер энергия связи ьаф.„, определяемая формулой (80.15), будет функцией только 2.
Из общих соображений можно установить критерий устойчивости (стабильности) ядер. Очевидно, что при данном А наиболее )стойчивы ядра с такими значениями Е, которые будут соответствсвать наименьшему значению полной энергии 4' ядра. Можно найти этн значения л,ус, из условии, выражающего минимум энергии ядра.
Расчет, который мы опускаем '), приводит к формуле г,,= А 1,98+0,0)8А Л Б качестве Е„„нужно брать целое значение, ближайшее к тому, которое получается по формуле (80.16). Эта формула хорошо со. гласуется с опытнымн данными. Из нее, в частности, следует, что для не слишком чя.келых ядер х. „ж А/2, т.
е. число протонов в ядре равно числу нейтронов. ГЛАВА 81 ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ В 81.1. Общие сведения о радиоактивных излучениях 1. Естественной рчдиоактивностью называют самопроизвольно: превращение одних атганых ядер в другие. Оно сопровождается ис. пусканием определенны ч частиц (сс-, ()-лучи, антинейтрнно, нейтрино) и электромагнитного излучения (Т-лучи). Естественная радиоактивность наблюдается, как правило, у тяжелых ядер, располагающихся в конце периодической системы Менделеева, за свинцом.
Однако имеются и легкис есгественно-радиоактивные ядра: изотопа калия „К", изотопа углерода,С", рубндпя „ч)с)э" и др. Явление это было открыто в 1896 г. Анри Беккерелем. Он занимался изучением вопроса о том, не сопровождается ли флуоресценция любой природы испусканием рентгеновских лучей. Беккерель производил опыты с солями урана, некоторые из них обладают свойством флуоресцировать и действуют на фотопластинку.
Беккерель обнаружил, что соединения урана, в течение нескольких лет находившиеся в полной темноте, продолжают действовать на фотопластинку, причем наиболее сильное действие оказывает металлический уран. Из этого он заключил, что уран испускает особые лучи. Исследования показали, что эти лучи проникают сквозь тонкие металлические экраны и ионизируют газ, через который проходят. Замечательной особенностью обнаруженного излучения оказалась егосанопроизнольность и постоянство, полная независимость от изменения внешних условии: освещения, давления и температуры. *) Дли выводе формулы (80.18) необходимо использовать условие минимума функции в дифференциальном исчислении, 372 Пьер и Мария Кюри обнаружили, что урановая смоляная руда обладает способностью давать излучение, в четыре раза превосходящее по интенсивности излучение урана.
Это дало основание искать источник излучения более мощный, чем уран. В 1898 г. Пьер и Мария Кюри открыли два новых радиоактивных элемента: полоний „,Роом н радий „Камб. Вещества, испускаюшие новые излучения, были названы радиоактивными, а новое свойство вещества, связанное с наличием особых излучений, — радиоактивностью. 2. Вскоре после открытия полония и ',~1у радия была установлена неоднородность ,4~ излучения, которое оии испускают. Оказалось, что излучение состоит из трех видов Д лучей: а, р и у. Анализ состава излучения был произведен по отклонению радиоактинных излучений в магнитном поле.
На рис. 81.1 изображена схема разделения а-, р- и у-лучей в магнитном поле, направленном перпендикулярно к плоскости в рисунка сверху вниз; 1 — толстостенный -у сосуд из свинца, 2 — радиоактивный элемент йа. Характер отклонения лучей в магнитном поле показывает, что а-лучи несут положительный заряд, р-лучи р .. ег к — отрицательный, а у-лучи не заряжены. Дальнейшие исследования показали, что а-лучи представляют собой поток ядер гелия. Для выяснения природы а-лучей Резерфорд поставил следующий опыт.
Стеклянная ампула с радиоактивным газом радоном („Кп-"'-") помещалась в стеклянный сосуд, в котором создавался вйсокий вакуум. Альфа-частицы, испускаемые радоном, поглошались стенками сосуда и при этом превращались в атомы гелия, присоединяя к себе по два электрона каждая. Образовавшиеся атомы гелия выделялись из стенок сосуда при их нагревании. Анализ спектра газа в сосуде показал, что он действительно совпадает со спектром излучения гелия.
Тем самым подтвердилось, что а-частицы, испускаемые радоном, превращались в гелий. Изучение отклонения а-лучей в магнитном и электрическом полях позволило измерить удельный заряд а-частицы д!т„ (т„ — масса а-частицы) и подтвердило правильность представлении о ее природе.
Заряд а-частицы равен 2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия, Не'. 3. р-лучи являются потоком быстро летящих электронов, скорость которых превышает скорости обычных катодных (электронных) лучей. Энергия ()-частиц достигает 10 МэВ, Их скорость приближается к скорости света в вакууме. Измерения удельного заряда д!ть, где т — масса частицы, подтвердили выводы о природе р-лучей. 373 4. у-лучи представляют собой жесткое электромагнитное излучение, обладающее наибольшей из всех радиоактивных излучений проникающей способностью. у-лучи вызывают относительно слабую поннзацию вещества, через которое они проходят.
Э.тектромагнитная природа у-лучей н их свойства были изучены теми же методами, которые применялнсь при изучении природы и свойств рентгеновских лучей Я 62.5). Основные сведения о свойствах у-лучей были получены при изучении их поглошения и рассеяния в веществе. Гамма-лучи имеют ббльшяе частоты, чем рентгеновские лучи. Квантовые свойства у-лучей проявляются еще в большей степени, чем у рентгеновских лучей. 5. Опытами было установлено, что все радиоактивные излучения обладают химическими действиями, вызывают почернение фотопластинок. Радиоактивные излучения вызывают ионизацию газов, а иногда и конденсированных тел, сквозь которые они проходят, возбуждают флуоресцентное свечение ряда твердых тел и жидкостей, Эти свойства лежат в основе экспериментальных методов обнаружения и исследования свойств радиоактивных лучей (см.
2 81.8). $ 81.2. Правила смещения при радиоактивных превращениях 1. Опыты Резерфорда, посвященные выяснению природы а- лучей, показали, что убыль радиоактивного радона с течением времени происходит по закону е ", где Ь вЂ” некоторая постоянная величина. Оказалось, что постоянная величина Ь, характеризующая протекание радиоактивного процесса во времени, совершенно не зависит от внешних условий, а также от концентрации радиоактивных атомов. Оказалось, что распад радия в солях КаС1«и КаВг, зависит лишь от количества атомов радия в этих соединениях, т, е. скорость процесса не зависит от того, распадается ли вешество в виде химически чистого элемента или соединения. Все эти факты привели к выводу, что радиоактивные превршценил есть свойсгпао атомных ядер„которые могут самопроизвольно подвергаться таким превращениям. 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
