Тема 2 СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА (часть вторая) (в лекциях использованы материалы преподавателей химического факультета и факультета наук о материалах МГУ Ю.Д. Третьякова, А.В. Шевелькова, В.В. Еремина, А.Я. Борщевского, Е.А. Гудилина, В.В. Загорского)

ЯДРО СИЛЬНОЕ ЯДЕРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (глюоны) ПРОТОНЫ НЕЙТРОНЫ (р + ) uud (n 0 )udd (НУКЛОНЫ) СОСТАВЛЯЮЩИЕ АТОМА «Неразделяемость» протона Упрощенная схема структуры атома

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ ВООБЩЕ И СОСТАВЛЯЮЩИХ АТОМА В ЧАСТНОСТИ кваркилептоны обозначение электричес- кий заряд названиеобозначение электричес- кий заряд u (верхний) +2/3e электрон e–e c (очарованный) +2/3e мюон μ–e t (истинный) +2/3e таон τ–e d (нижний) –1/3e электронное нейтрино νeνe 0 s (странный) –1/3e мюонное нейтрино νμνμ 0 b (прелестный) –1/3e таонное нейтрино ντντ 0

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ ВООБЩЕ И СОСТАВЛЯЮЩИХ АТОМА В ЧАСТНОСТИ

ПОКОЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОБНАРУЖЕНИЮ НЕЙТРОНОВ 1930 г. В. Боте и Г. Бекер 1932 г. И. и Ф. Жолио-Кюри 1932 г. Дж. Чедвик, В. Гейзенберг и Д.Д. Иваненко (протон-нейтронная модель ядра) При рассеянии n на р (парафин) в пучке нейтронов после прохождения мишени появляются р с энергией и направлением начальных n. Часть n, пролетая мимо р, захватывает виртуальные π + - мезоны, превращаясь в р, а р в мишени (парафине), теряя π+- мезоны, превращаются в n. n + π + p p n + π + суммарно: p + n n + p

ИЗОТОПЫ ИЗОБАРЫ 10 4 Ве, 10 5 В, 10 6 С ИЗОТОНЫ 14 6 C, 15 7 N, 16 8 O Система обозначений: Z – зарядовое число атома; А – массовое число атома; N – число нейтронов в ядреN = А–Z. A Z X 19 9 F. ω% 1 ω% 2 ω% 3 ω% 1 ω% 2 ω% 3 A r = ·A ·A ·A

радиус: R = R 0 A 1/3, где R 0 = 1,3…1,5 фм. плотность: ρ = г/см 3 Е=mc 2 дефект массы -- сверхтонкая структура спектров B яд = Zm p c 2 + Nm n c 2 – M A c 2 = Δmc 2 ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯДЕР формы несферических ядер: а «дыни» и б «тыквы» N=f(Z)N=f(Z)

РАДИОАКТИВНОСТЬ –dN = λNdt N(t) = N 0 e –λt Активность: R = –dN/dt = λN 0 e –λt = R 0 e –λt Среднее время жизни ядра: τ = 1/λ Период полураспада: τ 1/2 = ln2/λ = (ln2)τ = = 0,693/λ = 0,693τ 1Бк = 1 распад/с 1 Ки = 3,7·10 10 распад/с = 3,7·10 10 Бк

Альфа-распад Радиоактивные семейства: с А, равным 4n, (4n+1), (4n+2), (4n+3), где n – целое число не существует! А = 4n A = A – 4, Z = Z – 2, N = N – 2.

Бета-распад β – -распад. A = const, Z = Z +1, N = N – 1. Q/c 2 = M P – M D. с – скорость света, м/с; M P – масса материнского ядра, а.е.м.; M D – масса дочернего ядра. n p + β – + ν e, Au Hg + β – + ν e. Двойной β-распад: Se Ar + β – + β – + ν e + ν e.

Бета-распад β + -распад. A = const, Z = Z –1, N = N N 13 6 C + β + + ν e K Ar + β + + ν e. Энергия распада: Q/c 2 = M P – (M D + 2m e ). β + -распад не может происходить, если Q < 2m e c 2 = 1,022 МэВ. Электронный захват. A = const, Z = Z –1, N = N + 1. Энергия процесса: Q/c 2 = M P – M D Cr V + ν e.

Схема возможных механизмов ядерной реакции X(x,y)Y по теории В. Вайскопфа и Г. Фешбаха упругое рассеяние x x X Y y поглощение составное ядро распад составного ядра прямое взаимодействие многократное рассеяние и коллективные эффекты независимая система частиц составная система конечная система x В общем виде: x + X y + Y + Q. Q = (m x + m X – m y –m Y )c 2 n + 1 H 2 H + γ + 2,22 МэВ, 2 H + γ n + 1 H – 2,22 МэВ. 10 B + α 14 N* d + 12 C. Х + x Y + y = X(x,y)Y Х + x С Y + y = = X(x,y)Y

Спонтанное деление тяжелых ядер A Z X A1 Z1 Y1 + A2 Z2 Y2. Деление тяжелых ядер 235 U + n 2n + 92 Kr Ba + 179,4 МэВ Схема: 235 U(n, 2n) 92 Kr, 142 Ba

Ядерный синтез 2 Н + 3 Н n + 4 Не + 17,6 МэВ. Протон-протонный синтез: 1 Н + 1 Н е Н + ν е + 0,42 МэВ. 2 Н + 1 Н γ + 3 Не + 5,49 МэВ 3 Не + 3 Не γ + 4 Не Не + 12,86 МэВ