Реферати

Реферат: Атомне ядро

Екологічні основи природокористування. Природа як об'єкт впливу і середовище обитания; її елементи: змінені людиною, штучні, соціальні. Основні положення навчання В. И. Вернадского про біосферу. Прийоми збереження родючості ґрунтів; рекультивація земель. Поняття харчових ланцюгів.

Приватизація державної власності. Сутність, форми, способи і порядок роздержавлення і приватизації державної власності в РБ; аналіз нормативно-правових актів. Особливості придбання державного майна, суспільного житла громадянами РБ, РФ, іноземними обличчями.

Виробництво тортів "Казка" і "Абрикотин". Чисельність споживачів кондитерських виробів. Продуктивність кондитерської фабрики. Процес готування напівфабрикату. Обробка випечених напівфабрикатів. Рецептура піскового торта "Абрикотин". Розрахунок площі складів. Витрата бісквітної крихти.

Електропривод мікрохвильової печі. Функціональні задачі, розв'язувані електроприводом мікрохвильової печі. Морфологічний опис системи на основі узагальненої схеми ЕМС. Обґрунтування доцільності використання модулів і застосування інтегральної технології для виготовлення комутатора.

Особливості формування президентської влади в Україні в 2004 році. Становлення інституту президентства. Інститут президентства в сучасній політичній системі України. Особливості проведення виборів 2004 року. Зміна уряду, що відбулася в результаті Жовтогарячої революції. Віктор Ющенко - Президент України.

Реферат по фізиці

на тему:

"Атомне ядро"

Москва 1996

Зміст

1 Історія відкриттів в області будови атомного ядра...

1.1 Моделі атома до Бора...

1.2 Відкриття атомного ядра...

1.3 Атом Бора...

1.4 Розщеплення ядра...

1.5 Протонно-нейтронна модель ядра...

1.6 Штучна радіоактивність...

2 Будова і найважливіші властивості атомних ядер...

2.1 Основні властивості і будова ядра...

2.2 Енергія зв'язку ядер. Дефект маси...

2.3 Ядерні сили...

2.4 Радіоактивність, g-випромінювання, а і b-розпад...

Література...

1 Історія відкриттів в області будови атомного ядра

Вивчення атомного ядра вимушує займатися елементарними частинками. Причина цього ясна: в ядрах атомів частинок так мало, що властивості кожної з них окремо не усереднюються, а, навпаки, грають визначальну роль.

1.1 Моделі атома до Бора

Розвиток досліджень радіоактивного випромінювання, з одного боку, і квантової теорії - з іншою, привели до створення квантової моделі атома Резерфорда - Бора. Але створенню цієї моделі передували спроби побудувати модель атома на основі представлень класичної електродинаміки і механіки. У 1904 році з'явилися публікації про будову атома, одні з яких належали японському фізику Хантаро Нагаока, інші - англійському фізику Д. Д. Томсону.

Нагаока представив будову атома аналогічним будові сонячної системи: роль Сонця грає позитивно заряджена центральна частина атома, навколо якою по встановлених кільцеподібних орбітах рухаються "планети" - електрони. При незначних зміщеннях електрони збуджують електромагнітні хвилі.

У атомі Томсона позитивна електрика "розподілена" по сфері, в яку украплені електрони. У найпростішому атомі водня електрон знаходиться в центрі позитивно зарядженої сфери. У многоелектронних атомах електрони розташовуються по стійких конфігураціях, розрахованих Томсоном. Томсон вважав кожну таку конфігурацію такою, що визначає хімічні властивості атомів. Він зробив спробу теоретично пояснити періодичну систему елементів Д. І. Менделеєва. Пізнє Бор указав, що з часу цієї спроби ідея про розділення електронів в атомі на групи зробилася початковим пунктом.

Але невдовзі виявилося, що нові досвідчені факти спростовують модель Томсона і, навпаки, свідчать на користь планетарної моделі. Ці факти були відкриті Резерфордом. Насамперед потрібно відмітити відкриття ядерної будови атома.

1.2 Відкриття атомного ядра

Уподібнення атома планетній системі робилося ще на початку XX століття. Але цю модель було важко сумістити з моделями електродинаміки, і вона була залишена, поступившись місцем моделі Томсона. Однак в 1904 році почалися дослідження, що привели до затвердження планетарної моделі.

При вивченні а-частинок Резерфорд, виходячи з моделі Томсона, підрахував, що розсіювання а-частинок не може давати великих кутів відхилень навіть при багатьох зіткненнях з частинкою. І тут Резерфорд звернувся до планетарної моделі.

7 березня 1911 року Резерфорд зробив в філософському суспільстві в Манчестере доповідь "Розсіяння aиb-променів і будову атома". У доповіді він, зокрема, говорив: "Розсіяння заряджених частинок може бути пояснене, якщо передбачити такий атом, який складається з центрального електричного заряду, зосередженого в точці і оточеної однорідним сферичним розподілом протилежної електрики рівної величини. При такому пристрої aиb-частинки, коли вони проходять на близькій відстані від центра атома, випробовують великі відхилення, хоч імовірність такого відхилення мала".

Важливим слідством теорії Резерфорда була вказівка на заряд атомного центра, який Резерфорд поклав рівним ±Ne. Заряд виявився пропорційним атомній вазі. "Точне значення заряду центрального ядра не було визначене,- писав Резерфорд, - але для атома золота воно приблизно дорівнює 100 одиницям заряду".

З подальших досліджень і експериментів Гейгера і Мардсена, що зробили перевірку формул Резерфорда, виникло уявлення про ядро як стійку частину атома, несучу в собі майже всю масу атома і що володіє позитивним (Резерфорд вважав знак заряду невизначеним) зарядом. При цьому число елементарних зарядів виявилося пропорційним атомній вазі.

Заряд ядра виявився найважливішою характеристикою атома. У 1913 році було показано, що заряд ядра співпадає з номером елемента в таблиці Менделеєва. Бор писав: "З самого початку було ясно, що завдяки великій масі ядра і його малій протяжності в просторі порівняно з розмірами всього атома будова електронної системи повинно залежати майже виключно від повного електричного заряду ядра. Такі міркування відразу наводили на думку про те, що вся сукупність фізичних і хімічних властивостей кожного елемента може визначатися одним цілим числом..."

Після знайомства з Резерфордом Бор, відмовившись від вивчення електронної моделі, початків роботу в його групі. Звернувшись до планетарної моделі, Бор створив на її основі теорію атома Резерфорда-Бора. Резерфорд зрозумів революційний характер ідей Бора і обговорив з ним основи цієї теорії, висловив критичні зауваження, після чого статті Бора були опубліковані.

Під час Першої Світової війни Бор продовжує працювати в лабораторії Резерфорда. У 1915 році він опублікував роботи "Про сериальном спектр водня" і "Про квантову теорію випромінювання в структурі атома". У 1916 році була опублікована стаття Зоммерфельда, де він розглянув рух електрона по еліптичних орбітах і узагальнив правила квантування Бора. Бор із захопленням відгукнувся про цю статтю. Теорія атома після відкриттів Зоммерфельда стала називатися теорією Бора - Зоммерфельда.

У 1936 році Бор виступив зі статтею "Захват нейтрона і будова ядра", в якій запропонував краплинну модель ядра і механізм захвата нейтрона ядром. Дивно, але ні Бор, ні інші не могли відразу передбачити ділення ядра, що підказується краплинною моделлю, поки на початку 1939 р. не було відкрито ділення урану.

1.3 Атом Бора

Бор, як і Томсон до нього, шукає таке розташування електронів в атомі, яке пояснило б його фізичні і хімічні властивості. Бор бере за основу модель Резерфорда. Йому також відомо, що заряд ядра і число електронів в ньому, рівне числу одиниць заряду, визначається місцем елемента в періодичній системі елементів Менделеєва. Таким чином, це важливий крок в розумінні фізико-хімічних властивостей елемента. Але залишаються незрозумілими дві речі: надзвичайна стійкість атомів, несумісна з уявленням про рух електронів по замкнених орбітах, і походження їх спектрів, що складаються з цілком певних ліній. Така визначеність спектра, його яскраво виражена хімічна індивідуальність, очевидно, якось пов'язана зі структурою атома. Все це важко пов'язати з універсальністю електрона, заряд і маса якого не залежать від природи атома, до складу якого вони входять. Стійкість атома загалом суперечить законам електродинаміки, згідно з якими електрони, здійснюючи періодичні рухи, повинні безперервно випромінювати енергію і, втрачаючи її, "падати" на ядро. До того ж і характер руху електрона, що пояснюється законами електродинаміки, не може приводити до таких характерних лінійчатих спектрів, які спостерігаються насправді. Лінії спектра групуються в серії, вони густішають в короткохвильовому "хвості" серії, частоти ліній відповідних серій підлеглі дивним арифметичним законам.

"Основним результатом ретельного аналізу видимої серії лінійчатих спектрів і їх взаємовідносин, - писав Бор, - було встановлення того факту, що частота uкаждой лінії спектра даного елемента може бути представлена з незвичайною точністю формулою u = Тґ - Тґґ, де Тґ і Тґґ - якісь два члени з безлічі спектральних елементів Т, що характеризують елемент".

Бору вдалося знайти пояснення цього основного закону спектроскопії. Але для цього йому довелося ввести в фізику атома уявлення про стаціонарні стани атомів, знаходячись в яких електрон не випромінює, хоч і здійснює періодичний рух по круговій орбіті.

1.4 Розщеплення ядра

В 1919 році Резерфордом було зроблено нове сенсаційне відкриття - розщеплення ядра.

Резерфорд вивчав зіткнення а-частинок з легкими атомами. Зіткнення а-частинки з ядрами таких атомів повинні їх прискорювати. Так, при ударі а-частинки об ядро водня воно збільшує свою швидкість в 1,6 рази, і ядро відбирає у а-частинки 64% її енергії.

Прилад, що застосовувався Резерфордом для випромінювання таких зіткнень, являв собою латунну камеру довжиною 18 см, висотою 6 см і шириною 2 див. Джерелом а-частинок служив металевий диск, покритий активною речовиною. Диск вміщувався всередині камери і міг встановлюватися на різних відстанях від екрана з сірчастого цинку. Камера могла заповнюватися різними газами. Зокрема, її заповнювали азотом.

За допомогою численних дослідів Резерфорд показав, що внаслідок таких зіткнень виходять частинки з максимальним пробігом, таким же, як у Н-атомів. "З отриманих досі результатів, - писав Резерфорд, - важко уникнути висновку, що атоми з великим пробігом, виникаючі при зіткненні а-частинок з азотом, є не атомами азоту, але, ймовірно, атомами водня або атомами з масою 2. Якщо це так, то ми повинні укласти, що атом азоту розпадається внаслідок величезних сил, що розвиваються при зіткненні з швидкою а-частинкою, і що водневий атом, що звільняється утворить складову частину атома".

Так було відкрите явище розщеплення ядер азоту при ударах швидких а-частинок і уперше висловлена думка, що ядра водня являють собою складову частину ядер атомів. Згодом Резерфорд запропонував термін "протон" для цієї складової частини ядра. Резерфорд закінчував свою статтю словами: "Результати загалом вказують на те, що якщо а-частинки або подібні ним швидко рухомі частинки зі значно більшою енергією могли б застосовуватися для дослідів, то можна було б виявити руйнування ядерних структур багатьох легких атомів".

У 1920 році Резерфорд в лекції "Нуклеарноє будова атома" робить припущення про те, що існують ядра з масою 3 і 2 і ядрами з масою ядра водня, але з нульовим зарядом. При цьому він виходив з гіпотези, висловленої уперше М. Склодовської-Кюрі, що до складу ядра входять електрони.

Резерфорд пише, що йому "здається вельми правдоподібним, що один електрон може зв'язати два Н-ядра і, можливо, навіть і одне Н-ядро. Якщо справедливе перше припущення, то воно вказує на можливість існування атома з масою біля 2 і з одним зарядом. Таку речовину треба розглядати як ізотоп водня. Друге припущення містить в собі думку про можливість існування атома з масою 1 і нуклеарним зарядом, рівним нулю. Подібні освіти представляються цілком можливими". Так була висловлена гіпотеза про існування нейтрона і важкого ізотопу водня.

1.5 Протонно-нейтронна модель ядра

В 1932 році Д. Д. Іваненко опублікував нотатку, в якій висловив припущення, що нейтрон є нарівні з протоном структурним елементом ядра. Однак протонно-нейтронна модель ядра була така, що зустрілася більшістю фізиків скептично. Навіть Резерфорд вважав, що нейтрон - це лише складне утворення протона і електрона.

У 1933 році Іваненко на конференції в Ленінграде зробив доповідь про модель ядра, в якій він захищав протонно-нейтронну модель, сформулювавши основну тезу: в ядрі є тільки важкі частинки. Иваненко відкинув ідеї про складну структуру нейтрона і протона. На його думку, обидві частинки повинні володіти однаковою мірою елементарности, т. е. і нейтрон, і протон можуть перейти один в одну. Надалі протон і нейтрон стали розглядатися як два стани однієї частинки - нуклона, і ідея Іваненко стала загальноприйнятою, а в 1932 році в складі космічних променів була відкрита ще одна елементарна частинка - позитрон.

1.6 Штучна радіоактивність

В 1934 році Фредерік Жоліо і Ірен Кюрі повідомили про б відкритті ними нового вигляду радіоактивності. Їм вдалося довести методом камери Вільсона, що деякі легкі елементи (берилій, бор, алюміній) випускають позитивні електрони при бомбардуванні їх а-частинками полоній. Жолио і Кюрі, досліджуючи це явище, показали, що в цьому випадку виникає новий етап радіоактивності, що супроводиться випущенням позитивних електронів. Вони уперше штучно викликали радіоактивність, створивши нові радіоактивні ізотопи, що не спостерігаються до цього в природі і були нагороджені за це видатне відкриття Нобелівською премією.

На сьогоднішній день теорія атомного ядра отримала подальший розвиток, і в наступному розділі розглядається її актуальний стан.

2 Будова і найважливіші властивості атомних ядер

2.1 Основні властивості і будова ядра

1. Ядромназивается центральна частина атома, в якій зосереджена практично вся маса атома і його позитивний електричний заряд. Всі атомні ядра складаються з елементарних частинок: протоновинейтронов, які вважаються двома зарядовими станами однієї частинки - нуклона. Протон має позитивний електричний заряд, рівний по абсолютній величині заряду електрона. Нейтрон не має електричного заряду.

2. Зарядом ядраназивается величинаZe, гдее- величина заряду протона, Z- порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі Менделеєва, рівний числу протонів в ядрі. У цей час відомі ядра сZотZ=1доZ=107. Для всіх ядер, крім і деяких інших нейтронодефицитних ядерNіZ, гдеN- число нейтронів в ядрі. Для легких ядерN/Z»1; для ядер хімічних елементів, розташованих в кінці періодичної системи, N/Z»1,6.

3. Число нуклонів в ядреA=N+Zназиваетсямассовим числом. Нуклонам (протону і нейтрону) приписується масове число, рівне одиниці, електрону - нульове значениеА.

Ядра з одинаковимиZ, але различнимиАназиваютсяизотопами. Ядра, які при одинаковомАимеют различниеZ, називаютсяизобарами. Ядро хімічного елементаXобозначается, гдеХ- символ хімічного елемента.

Усього відомо біля 300 стійких ізотопів хімічних елементів і більше за 2000 природних і штучно отриманих радіоактивних ізотопів.

4. Розмір ядра характеризуетсярадиусом ядра, що має умовне значення в зв'язку з размитости межею ядра. Емпірична формула для радіуса ядра м, може бути витлумачена як пропорційність об'єму ядра числу нуклонів в ньому.

Густина ядерної речовини складає по порядку величини 1017 кг/м3 і постійна для всіх ядер. Вона значно перевершує густині самих щільних звичайних речовин.

5. Ядерні частинки мають власні магнітні моменти, якими визначається магнітний момент ядра Рmяд загалом. Одиницею вимірювання магнітних моментів ядер служить ядерний магнетон mяд:

(в СІ)

(в СГС).

Здесье- абсолютна величина заряду електрона, mp - маса протона, з- електродинамічна постійна. Ядерний магнетон в раз менше магнетона Бора, звідки слідує, що магнітні властивості атомів визначаються магнітними властивостями його електронів.

6. Розподіл електричного заряду протонів по ядру в загальному випадку несиметричний. Мірою відхилення цього розподілу від сферично симетричного являетсяквадрупольний електричний момент ядра Q. Еслі густина заряду вважається скрізь однаковою, тоQопределяется тільки формою ядра.

2.2 Енергія зв'язку ядер. Дефект маси

1. Нуклони в ядрах знаходяться в станах, істотно відмінних від їх вільних станів. За винятком ядра звичайного водня у всіх ядрах є не менш двох нуклонів, між якими існує особлива ядерна сильна взаємодія - тяжіння - таке, що забезпечує стійкість ядер, незважаючи на відштовхування однойменно заряджених протонів.

2. Енергією зв'язку нуклонав ядрі називається фізична величина, рівна тій роботі, яку треба здійснити для видалення нуклона з ядра без повідомлення йому кінетичної енергії.

Енергія зв'язку ядраопределяется величиною тієї роботи, яку треба здійснити, щоб розщеплення ядро на становлячі його нуклони без придання ним кінетичної енергії. З закону збереження енергії слідує, що при утворенні ядра повинна виділятися така ж енергія, яку треба затратити при розщепленні ядра на становлячі його нуклони. Енергія зв'язку ядра є різницею між енергією всіх вільних нуклонів, що становлять ядро, і їх енергією в ядрі.

3. При утворенні ядра відбувається зменшення його маси: маса ядра менше, ніж сума маси становлячих його нуклонів. Зменшення маси ядра при його освіті пояснюється виділенням енергії зв'язку. ЕсліWсв - величина енергії, що виділяється при утворенні ядра, то відповідна їй маса Dm, рівна

називаетсядефектом массії характеризує зменшення сумарної маси при утворенні ядра з становлячих його нуклонів. Якщо ядро з массойMяд освічене изZпротонов з массойmp і з (A-Z) нейтронів з массойmn, то

Dm=Zmp+(A-Z)mn.

Замість маси ядраМяд величину Dmможно виразити через атомну массуМат:

Dm=ZmН+(A-Z)mn,

гдеmH - маса водневого атома.

При практичному обчисленні Dmмасси всіх частинок і атомів виражаються в атомних одиницях маси.

Дефект маси служить мірою енергії зв'язку ядра:

Wсв=Dmс2=[Zmp+(A-Z)mn]с2

Одній атомній одиниці маси соответствуетатомная одиниця енергії (а. е. е.): а. е. е.=931,5016 МеВ.

4. Питомою енергією зв'язку ядра wсв називається енергія зв'язку, що доводиться на один нуклон:wсв=. Велічинаwсв складає в середньому 8 МеВ/нуклон. По мірі збільшення числа нуклонів в ядрі питома енергія зв'язку убуває.

5. Критерієм стійкості атомних ядерявляется співвідношення між числом протонів і нейтронів в стійкому ядрі для даних изобаров. (А=const).

2.3 Ядерні сили

1. Ядерна взаємодія свідчить про те, що в ядрах існують особиеядерние сили, що не зводяться ні до одного з типів сил, відомих в класичній фізиці (гравітаційних і електромагнітних).

2. Ядерні сили є короткодействующими силами. Вони виявляються лише на вельми малих відстанях між нуклонами в ядрі порядку 10-15 м. Довжина (1,5ј2,2)10-15 м називаетсярадиусом дії ядерних сил.

3. Ядерні сили обнаруживаютзарядовую незалежність: тяжіння між двома нуклонами однаково незалежне від зарядового стану нуклонів - протонного або нуклонного. Зарядова незалежність ядерних сил видно з порівняння енергій зв'язку взеркальних ядрах. Так називаються ядра, в яких однакове загальне число нуклонів, але число протонів в одному дорівнює числу нейтронів в іншому. Наприклад, ядра гелію важкого водня тритія -.

4. Ядерні сили володіють властивістю насичення, яка виявляється в тому, що нуклон в ядрі взаємодіє лише з обмеженим числом найближчих до нього сусідніх нуклонів. Саме тому спостерігається лінійна залежність енергій зв'язку ядер від їх масових чисел А. Практічеськи повне насичення ядерних сил досягається у а-частинки, яка є дуже стійкою освітою.

2.4 Радіоактивність, g-випромінювання, аи b-розпад

1. Радиоактивностьюназивается перетворення нестійких ізотопів одного хімічного елемента в ізотопи іншого елемента, що супроводиться випущенням деяких частинок.

Природної радиоактивностьюназивается радіоактивність, що спостерігається у існуючих в природі нестійких ізотопів.

Штучної радиоактивностьюназивается радіоактивність ізотопів, отриманих внаслідок ядерних реакцій.

2. Звичайно всі типи радіоактивності супроводяться випущенням гамма-випромінювання - жорсткого, короткохвильового електроволнового випромінювання. Гамма-випромінювання є основною формою зменшення енергії збуджених продуктів радіоактивних перетворень. Ядро, що випробовує радіоактивний розпад, називаетсяматеринским; возникающеедочернееядро, як правило, виявляється збудженим, і його перехід в основний стан супроводиться випущенням g-фотона.

3. Альфа-распадомназивается випущення ядрами деяких хімічних елементів а-частинок. Альфа-розпад є властивістю важких ядер з масовими числамиА > 200 і зарядами ядерZe > 82. Всередині таких ядер відбувається утворення відособлених а-частинок, що перебувають кожна з двох протонів і двох нейтронів.

4. Терміном бета-розпад означають три типи ядерних перетворень: електронний (b-) ипозитронний (b+) розпади, а такжеелектронний захват.)( Перші два типи перетворення складаються в тому, що ядро випускає електрон (позитрон) і електронне антинейтрино (електронне нейтрино).)( Ці процеси відбуваються шляхом перетворення одного вигляду нуклона в ядрі в іншій:)( нейтрона в протон або протона в нейтрон.)( У разі електронного захвата перетворення полягає в тому, що зникає один з електронів в найближчому до ядра шарі.)( Протон, перетворюючись в нейтрон, як би "захоплює" електрон;)( звідси стався термін "електронний захват".)( Електронний захват на відміну від b± - захвата супроводиться характеристичним рентгенівським випромінюванням.)(

5.)( b-розпад відбувається у природно-радіоактивних, а також штучно-радіоактивних ядер;)( b+-розпад характерний тільки для явища штучною радіоактивності.)(

Література

1.)( Григорьев В. И., Мякишев Г. Я. Сили в природі.)(

// М., Наука, 1983 р.

2.)( Кудрявцев П. С. Курс історії фізики.)(

// М., Освіта, 1982 р.

3.)( Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по фізиці.)(

// М., Наука, 1990 р.

)