Характеристики атомного ядра.
Э. Резерфорд, исследуя прохождение a-частиц с энергией в несколько мегаэлектрон-вольт через тонкие пленки золота, пришел к выводу о том, что атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Атомные ядра имеют размеры примерно 10-14 - 10-15 м.
Дефект массы и энергия связи ядра
Массу ядер определяют с помощью масс-спектрометров – измерительных приборов, разделяющих с помощью электрических и магнитных полей пучки заряженных частиц с разными удельными зарядами q/m. Macс-спектрометрические измерения показали, что масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. Всякому изменению массы должно соответствовать изменение энергии; следовательно, при образовании ядра должна выделяться определенная энергия согласно закону сохранения энергии. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра.
Э нергия связи нуклонов в ядре 
, где mр, mn, mя – соответственно массы протона, нейтрона и ядра. В таблицах обычно приводятся не массы m яядер, а массы m атомов. Поэтому для энергии связи ядра пользуются формулой 
, где mH – масса атома водорода. Так как mH больше mp на величину me, то первый член в квадратных скобках включает в себя массу Z электронов. Но так как масса атома т отличается от массы ядра mя как раз на массу Z электронов, то вычисления приводят к одинаковым результатам.
Величина D m = Z mp + (A- Z) mn – mя называется дефектом массы ядра. Для упрощения расчетов массу частиц удобно брать в а.е.м., а энергию связи рассчитать в Мэв: 
.
Описание установки
Ознакомиться с краткой теорией к данной лабораторной работе можно, если нажать ссылку в левом верхнем углу. Курсором можно устанавливать значения N, Z. Нажимая курсором «Старт», вы начинаете работу, тем самым по анимации в левом нижнем углу можно рассмотреть распад ядра. По светящейся красной точке по графику 
(А) можно определить удельную энергию связи устойчивого ядра или его изотопа. По светящейся красной точке по диаграмме Серге (N,Z) можно проследить зависимость между числом протонов и нейтронов в ядре для данного элемента.
|
|
Методика проведения эксперимента и обработка результатов
4.1 Исследование на устойчивость легких ядер
Удельная энергия связи нуклонов в разных атомных ядрах неодинакова. Зависимость от массового числа А исследована экспериментально для всех стабильных ядер. За исключением самых легких ядер, удельная энергия связи приблизительно постоянна и равна 8 (МэВ/нуклон). Это почти в миллион раз больше энергии ионизации атома водорода. В пределах данной виртуальной модели можно определить удельную энергию связи ядер для особо устойчивых ядер. По максимумам кривой зависимости, построенной по данным значения удельной энергии связи ядер и массового числа для легких ядер (А<20), определяется особо устойчивые ядра. Ядра стабильных изотопов образуются только при определенном соотношении чисел протонов и нейтронов. Точки, изображающие стабильные изотопы на плоскости (N,Z), группируются в пределах довольно узкой полосы (см. диаграмму Серге в левом верхнем углу). Для легких ядер число нейтронов приблизительно равно числу протонов, но с увеличением массового числа рост опережает рост числа нейтронов.