Характеристики ядра

Характеристики ядра

Содержание:

Основными характеристиками атомных ядер являются электрический заряд, масса, спин, энергия связи и так далее.

Заряд ядра

Ядро каждого из атомов обладает положительным зарядом. В качестве носителя положительного заряда выступает протон. По той причине, что заряд протона численно эквивалентен заряду электрона e , можно записать, что заряд ядра элемента равен + Z e ( Z выражает собой целое число, которое указывает на порядковый номер химического элемента в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева). Значение Z также характеризует число протонов, входящих в состав ядра и количество электронов в атоме. Именно из-за этого его определяют как атомный номер ядра. Электрический заряд представляет собой одну из основных характеристик атомного ядра, от которой зависят оптические, химические и иные свойства атомов.

Масса ядра

Существует также другая значимая характеристика ядра, а именно масса. Массу атомов и ядер принято выражать в атомных единицах массы (а.е.м.), в качестве атомной единицы массы выступает 1 12 массы нуклида углерода C 6 12 :

где N A = 6 , 022 · 10 23 м о л ь — 1 обозначает число Авогадро.

Кроме того, есть другой способ выражения атомной массы: исходя из соотношения Эйнштейна E = m c 2 , ее выражают в единицах энергии. По той причине, что масса протона m p = 1 . 00728 а . е . м . = 938 , 28 М э В , масса нейтрона m n = 1 . 00866 а . е . м . = 939 , 57 М э В , а масса электрона m e = 5 , 49 ⋅ 10 — 4 а . е . м . = 0 , 511 М э В ,

Из приведенных выше значений видно, что масса электрона несущественно мала, если сравнивать ее с массой ядра, поэтому масса ядра практически эквивалентна массе всего атома и отлична от целых чисел.

Масса ядра, которая выражается в а . е . м . и округляется до целого числа носит название массового числа и обозначается с помощью буквы A . Она характеризует количество нуклонов, находящихся в составе ядра.

Количество нейтронов в ядре эквивалентно N = A − Z . В качестве обозначения ядер используют символ X Z A , в котором X определяется как химический символ этого элемента.

Атомные ядра, обладающие одинаковым числом протонов, однако при этом отличающимися друг от друга массовыми числами, носят название изотопов.

В некоторых элементах количество стабильных и нестабильных изотопов достигает десятков, в качестве примера, уран обладает 14 изотопами: от U 92 227 до U 92 240 . Большая часть химических элементов, которые существуют в природе, являются смесью нескольких изотопов. Как раз наличие изотопов объясняет следующее явление: некоторые природные элементы обладают массой, которая является отличной от целых чисел. В качестве примера рассмотрим природный хлор, который состоит из 75 % C 17 35 l и 24 % C 17 37 l , а его атомная масса эквивалентна 35 , 5 а . е . м . В большей части атомов, исключая водород, изотопы обладают практически равными физическими и химическими свойствами. Однако, за своими, исключительно ядерными свойствами, изотопы значительно отличаются друг от друга. Какие-то из них могут представлять собой стабильные изотопы, а другие – радиоактивные.

Ядра с эквивалентными массовыми числами, но отличающимися значениями Z носят название изобар, в качестве примера, A 18 40 r , C 20 40 a .

Ядра с одинаковым числом нейтронов определяют как изотоны.

Среди легких ядер встречаются и так называемые «зеркальные» пары ядер. Это такие пары ядер, в которых числа Z и A − Z меняются местами. В качестве примера подобных ядер можно привести C 6 13 и N 7 13 или H 1 3 и H 2 3 e .

Размер атомного ядра

Принимая форму атомного ядра приблизительно сферической, мы имеем возможность ввести понятие его радиуса R . Обратим внимание на то, что в некоторых ядрах есть небольшое отклонение от симметрии в распределении электрического заряда. Более того, атомные ядра представляют собой не статические, а динамические системы, и понятие радиуса ядра нельзя представлять как радиус шара. Именно из-за этого факта, в качестве размеров атомного ядра нужно принимать ту область, в которой проявляются ядерные силы. В процессе создания количественной теории рассеивания α -частиц Э. Резерфорд исходил из тех предположений, что атомное ядро и α — частица взаимодействуют по закону Кулона, Другими словами из того, что электрическое поле вокруг ядра обладает сферической симметрией.

Это работает в отношении α — частиц, обладающих достаточно малым значением энергии E . При этом частица не имеет возможности преодолеть кулоновский потенциальный барьер и в последствии не достигает области, в которой наблюдается действие ядерных сил. Одновременно с повышением энергии частицы до некоторого граничного значения E г р , α -частица достигает данной границы. В таком случае в рассеянии α -частиц возникает некоторое отклонение от формулы Резерфорда.

Опытным путем было определено, что радиус R ядра является зависимым от числа нуклонов, которые входят в состав ядра.

Размеры ядер определяют экспериментальным путем по рассеянию протонов, быстрых нейтронов или же электронов высоких энергий. Существует также целый список иных косвенных способов получения значений размеров ядер. Они основываются:

  • на связи времени жизни α — радиоактивных ядер с энергией выпущенных ими α — частиц;
  • на оптических свойствах, носящих название мезоатомов, в которых один из электронов временно захвачен мюоном;
  • на сравнении энергий связи парных зеркальных атомов.

Данные способы подтверждают эмпирическую зависимость R = R 0 A 1 / 3 , а также благодаря таким измерениям определено значение постоянной R 0 = 1 , 2 — 1 , 5 · 10 — 15 м . Обратим свое внимание также на тот факт, что за единицу расстояний в атомной физике и физике элементарных частиц принимают единицу измерения «ферми», которая равняется 10 — 15 м 1 ф = 10 — 15 м . Радиусы атомных ядер определяются их массовым числом и находятся в промежутке от 2 · 10 — 15 до 10 — 14 м . Если из формулы R = R 0 A 1 / 3 выразить R 0 и записать его в следующем виде 4 πR 3 3 A = c o n s t , то можно заметить, что на каждый нуклон приходится примерно одинаковый объем. Из данного факта можно сделать вывод о том, что плотность ядерного вещества для всех ядер так же приблизительно одинакова. Как можно заметить, плотность ядерного вещества довольно велика. Этот факт основывается на действие ядерных сил.

Энергия связи. Дефект масс ядер

Величину ∆ m , что определяет разницу масс между массой нуклонов, которые формируют ядро, и массой ядра, называют дефектом массы ядра.

Важные сведения о свойствах ядра могут быть получены даже при отсутствии знаний о подробностях взаимодействия между нуклонами ядра, на основании закона сохранения энергии и закона пропорциональности массы и энергии. Поскольку в результате каждого изменения массы ∆ m происходит соответствующее изменение энергии ∆ E ( ∆ E = ∆ m c 2 ) , то при образовании ядра выделяется некоторое количество энергии. Исходя из закона сохранения энергии можно сделать вывод о том, что ровно такое же количество энергии необходимо для того, чтобы разделить ядро на составляющие его элементы, другими словами отдалить нуклоны друг от друга на такие расстояния, при которых взаимодействия между ними не происходит. Данную энергию определяют как энергию связи ядра.

Заметим, что данная формула довольно неудобная в применении, так как в таблицах приводиться не массы ядер, а массы, которые относятся к массам нейтральных атомов. По этой причине ради удобства вычислений формулу преобразуют таким образом, чтобы в нее входили не массы атомов, а массы ядер. Для достижения этой цели в правой части формулы добавим и отнимем массу Z электронов ( m e ) . В таком случае E с в = Z m p + m e + A — Z m n — m я + Z m e c 2 = Z m H 1 1 + A — Z m n — m a c 2 — масса атома водорода, m a — масса атома.

В ядерной физике энергию зачастую выражают в мегаэлектрон-вольтах ( М э В ) . Если речь идет о практическом применении ядерной энергии, то ее измеряют в джоулях. В случае сравнения энергии двух ядер используют массовую единицу энергии — соотношение между массой и энергией ( E = m c 2 ) . Массовая единица энергии ( l e ) равняется энергии, что соответствует массе в одну а . е . м . Она равняется 931 , 502 М э В .

Кроме энергии, важное значение имеет удельная энергия связи ядра — энергия связи, которая припадает на один нуклон: ω = E c в / A . Эта величина меняется сравнительно медленно по сравнению со сменой массового числа A , имея почти постоянную величину 8 . 6 М э В в средней части периодической системы и уменьшается до ее краев.

Дефект массы

Энергия связи в М э В : E с в = ∆ m · 931 , 502 = 0 , 030359 · 931 , 502 = 28 , 3 М э В ;

Читайте также  Как хранить никелевые аккумуляторы для шуруповерта правильно

Удельная энергия связи: ω = E с в A = 28 , 3 М э В 4 ≈ 7 . 1 М э В .

Источник:
http://zaochnik.com/spravochnik/fizika/atomy-jadra/harakteristiki-jadra/

Физика атомного ядра. Состав ядра.

Атомное ядро — это центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов (которые вместе называются нуклонами).

Ядро было открыто Э. Резерфордом в 1911 г. при исследовании прохождения α-частиц через вещество. Оказалось, что почти вся масса атома (99,95%) сосредоточена в ядре. Размер атомного ядра имеет порядок величины 10 -1 3 -10 — 12 см, что в 10 000 раз меньше размера электронной оболочки.

Предложенная Э. Резерфордом планетарная модель атома и экспериментальное наблюдение им ядер водорода, выбитых α -частицами из ядер других элементов (1919-1920 гг.), привели уче­ного к представлению о протоне. Термин протон был введен в начале 20-х гг XX ст.

Протон (от греч. protons — первый, символ p) — стабильная элементарная частица, ядро ато­ма водорода.

Протон — положительно заряженная частица, заряд которой по абсолютной величине равен заряду электрона e= 1,6 · 10 -1 9 Кл. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона. Масса покоя протона mр= 1,6726231 · 10 -27 кг = 1,007276470 а.е.м.

Второй частицей, входящей в состав ядра, является нейтрон.

Нейтрон (от лат. neuter — ни тот, ви другой, символ n) — это эле­ментарная частица, не имеющая заряда, т. е. нейтральная.

Масса нейтрона в 1839 раз превышает массу электрона. Масса нейтрона почти равна (незначительно больше) массе протона: масса покоя свободного нейтрона mn = 1,6749286 · 10 -27 кг = 1,0008664902 а.е.м. и превосходит массу протона па 2,5 массы электрона. Нейтрон, наря­ду с протоном под общим названием нуклон входит в состав атомных ядер.

Нейтрон был открыт в 1932 г. учеником Э. Резерфорда Д. Чедвигом при бомбардировке бериллия α-частицами. Возникающее при этом излучение с большой проникающей способностью (преодолевало пре­граду из свинцовой пластины толщиной 10-20 см) усиливало свое действие при прохождении через парафиновую пластину (см. рисунок). Оценка энергии этих частиц по трекам в камере Вильсона, сделанная супругами Жолио-Кюри, и дополнительные наблюдения позволили исключить первоначальное предположение о том, что это γ-кванты. Большая проникающая способность новых частиц, названных ней­тронами, объяснялась их электронейтральностью. Ведь заряженные частицы активно взаимодействуют с веществом и быстро теряют свою энергию. Существование нейтронов было предсказано Э. Резерфордом за 10 лет до опытов Д. Чедвига. При попадании α-частиц в ядра бериллия происходит следующая реакция:

Здесь — символ нейтрона; заряд его равен нулю, а относительная атомная масса прибли­зительно равна единице. Нейтрон — нестабильная частица: свободный нейтрон за время

15 мин. распадается на протон, электрон и нейтрино — частицу, лишенную массы покоя.

После открытия Дж. Чедвиком нейтрона в 1932 г. Д. Иваненко и В. Гейзенберг независимо друг от друга предложили протонно-нейтронную (нуклонную) модель ядра. Согласно этой моде­ли, ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов Z совпадает с порядковым номером элемента в таблице Д. И. Менделеева.

Заряд ядра Q определяется числом протонов Z, входящих в состав ядра, и кратен абсолютной величине заряда электрона e:

Число Z называется зарядовым числом ядра или атомным номером.

Массовым числом ядра А называется общее число нуклонов, т. е. протонов и нейтронов, содер­жащихся в нем. Число нейтронов в ядре обозначается буквой N. Таким образом, массовое число равно:

Нуклонам (протону и нейтрону) приписывается массовое число, равное единице, электрону — нулевое значение.

Представлению о составе ядра содействовало также открытие изотопов.

Изотопы (от греч. isos — равный, одинаковый и topoa — место) — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, атомные ядра которых имеют одинаковое число прото­нов (Z) и различное число нейтронов (N).

Изотопами называются также ядра таких атомов. Изотопы являются нуклидами одного эле­мента. Нуклид (от лат. nucleus — ядро) — любое атомное ядро (соответственно атом) с заданными числами Z и N. Общее обозначение нуклидов имеет вид ……. где X — символ химического эле­мента, A = Z + N — массовое число.

Изотопы занимают одно и то же место в Периодической системе элементов, откуда и про­изошло их название. По своим ядерным свойствам (например, по способности вступать в ядерные реакции) изотопы, как правило, существенно отличаются. Химические (b почти в той же мере физические) свойства изотопов одинаковы. Это объясняется тем, что химические свойства элемен­та определяются зарядом ядра, поскольку именно он влияет на структуру электронной оболочки атома.

Исключением являются изотопы легких элементов. Изотопы водорода 1 Нпротий, 2 Ндейтерий, 3 Нтритий столь сильно отличаются по массе, что и их физические и хими­ческие свойства различны. Дейтерий стабилен (т.е. не радиоактивен) и входит в качестве неболь­шой примеси (1 : 4500) в обычный водород. При соединении дейтерия с кислородом образуется тяжелая вода. Она при нормальном атмосферном давлении кипит при 101,2 °С и замерзает при +3,8 ºС. Тритий β-радиоактивен с периодом полураспада около 12 лет.

У всех химических элементов имеются изотопы. У некоторых элементов имеются только нестабильные (радиоактивные) изотопы. Для всех элементов искусственно получены радиоактив­ные изотопы.

Изотопы урана. У элемента урана есть два изотопа — с массовыми числами 235 и 238. Изотоп составляет всего 1/140 часть от более распространенного .

Источник:
http://www.calc.ru/Fizika-Atomnogo-Yadra-Sostav-Yadra.html

Какие частицы слагают атомное ядро

Все вещества состоят из частиц, называемых атомами . Атомы связываются друг с другом, образуя элементы, и содержат только один вид атома.

Атомы различных элементов образуют соединения, молекулы и объекты.

Атом — это строительный блок материи, который нельзя разбить на части с помощью каких-либо химических средств.

Ядерные реакции могут изменить атомы.

Три части атома — это протоны (положительно заряженные), нейтроны (нейтральный заряд) и электроны (отрицательно заряженные).

  • Протоны и нейтроны образуют атомное ядро .
  • Электроны притягиваются к протонам в ядре, но движутся так быстро, что падают к нему (орбите), а не прилипают к протонам.

Идентичность атома определяется его числом протонов. Это также называется его атомным номером.

Части Атома

Атомы состоят из трех частей:

  • Протоны : протоны являются основой атомов. В то время как атом может получать или терять нейтроны и электроны, его идентичность связана с числом протонов. Символом числа протонов является заглавная буква Z.
  • Нейтроны: число нейтронов в атоме обозначается буквой N. Атомная масса атома является суммой его протонов и нейтронов или Z + N. Сильная ядерная сила связывает протоны и нейтроны вместе, образуя ядро атом.
  • Электроны: электроны намного меньше протонов или нейтронов и вращаются вокруг них.

Основные характеристики атомов:

  • Атомы не могут быть разделены с помощью химических веществ. Они состоят из частей, которые включают протоны, нейтроны и электроны, но атом является основным химическим строительным материалом материи. Ядерные реакции, такие как радиоактивный распад и деление , могут разрушать атомы.
  • Каждый электрон имеет отрицательный электрический заряд.
  • Каждый протон имеет положительный электрический заряд. Заряд протона и электрона равен по величине, но противоположен по знаку. Электроны и протоны электрически притягиваются друг к другу. Как заряды (протоны и протоны, электроны и электроны) отталкиваются друг от друга.
  • Каждый нейтрон электрически нейтрален; иными словами, нейтроны не имеют заряда и не притягиваются электрически ни к электронам, ни к протонам.
  • Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковые размеры и намного больше электронов. Масса протона по существу такая же, как у нейтрона.
  • Масса протона в 1840 (!) раз больше массы электрона.
  • Ядро атома содержит протоны и нейтроны. Ядро несет положительный электрический заряд.

Электроны движутся вне ядра; они организованы в оболочки, которые являются областью наиболее вероятного их местонахождения.

  • Простые модели показывают, что электроны вращаются вокруг ядра по почти круговой орбите, подобно планетам, вращающимся вокруг звезды, но реальное поведение намного сложнее.
  • Некоторые электронные оболочки напоминают сферы, но другие больше похожи на тупые колокольчики или другие формы.
  • Технически, электрон может быть найден в любом месте в пределах атома, но проводит большую часть своего времени в области, описываемой орбиталью.
  • Электроны также могут перемещаться между орбиталями.

Атомы очень маленькие. Средний размер атома составляет около 100 пикометров или одну десятитысячную часть метра.

  • Почти вся масса атома находится в его ядре; почти весь объем атома занят электронами.
  • Количество протонов (также известно как его атомный номер) определяет элемент.
  • Изменение количества нейтронов приводит к образованию изотопов . Изменение числа электронов приводит к образованию ионов . Изотопы и ионы атома с постоянным числом протонов — это вариации одного элемента.
Читайте также  10 танков второй мировой войны из бумаги -схемы для склеивания

Частицы внутри атома связаны друг с другом мощными силами.

  • В общем, электроны легче добавлять или удалять из атома, чем протон или нейтрон.

Химические реакции в основном включают атомы или группы атомов и взаимодействия между их электронами.

Источник:
http://pangenes.ru/bazovaya-model-atoma-i-atomnaya-teoriya

Строение атомного ядра

Количественные показатели в радиоэкологии.

Особенностью радиоактивного загрязнения в отличие от загрязнения другими поллютантами является то, что вредное воздействие на человека и объекты окружающей среды оказывает не сам радионуклид (поллютант), а излучение, источником которого он является.

Однако бывают случаи, когда радионуклид – токсичный элемент. Например, после аварии на Чернобыльской АЭС в окружающую среду с частицами ядерного топлива были выброшены плутоний 239, 242 Рu. Кроме того, что плутоний – альфа-излучатель и при попадании внутрь организма представляет значительную опасность, плутоний сам по себе – токсичный элемент.

По этой причине используют две группы количественных показателей: 1) для оценки содержания радионуклидов и 2) для оценки воздействия излучения на объект.
Активность – количественная мера содержания радионуклидов в анализируемом объекте. Активность определяется числом радиоактивных распадов атомов в единицу времени. Единицей измерения активности в системе СИ является Беккерель (Бк) равный одному распаду в секунду (1Бк = 1 расп/с). Иногда используется внесистемная единица измерения активности – Кюри (Ки); 1Ки = 3,7 ×1010 Бк.

Доза излучения – количественная мера воздействия излучения на объект.
В связи с тем, что воздействие излучения на объект можно оценивать на разных уровнях: физическом, химическом, биологическом; на уровне отдельных молекул, клеток, тканей или организмов и т. д., используют несколько видов доз: поглощенную, эффективную эквивалентную, экспозиционную.

Для оценки изменения дозы излучения во времени используют показатель «мощность дозы». Мощность дозы – это отношение дозы ко времени. Например, мощность дозы внешнего облучения от естественных источников радиации составляет на территории России 4-20 мкР/ч.

Основной норматив для человека – основной дозовый предел (1 мЗв/год) – вводится в единицах, эффективной эквивалентной дозы. Существуют нормативы и в единицах активности, уровни загрязнения земель, ВДУ, ПГП, СанПиН и др.

Строение атомного ядра.

Атом – это мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая все его свойства. По своей структуре атом представляет сложную систему, состоящую из находящегося в центре атома положительно заряженного ядра очень малого размера (10 -13 см) и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра на различных орбитах. Отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра, при этом в целом оказывается электрически нейтральным.

Атомные ядра состоят из нуклонов – ядерных протонов (Z – число протонов) и ядерных нейтронов (N – число нейтронов). « Ядерные» протоны и нейтроны отличаются от частиц в свободном состоянии. Например, свободный нейтрон, в отличие от связанного в ядре, нестабилен и превращается в протон и электрон.

Число нуклонов Ам (массовое число) представляет собой сумму чисел протонов и нейтронов: Ам = Z+ N.

Протон – элементарная частица любого атома, он имеет положительный заряд, равный заряду электрона. Число электронов в оболочке атома определяется числом протонов в ядре.

Нейтрон – другой вид ядерных частиц всех элементов. Его нет лишь в ядре легкого водорода, состоящего из одного протона. Он не имеет заряда, электрически нейтрален. В атомном ядре нейтроны являются стабильными, а в свободном состоянии они неустойчивы. Число нейтронов в ядрах атомов одного и того же элемента может колебаться, поэтому число нейтронов в ядре не характеризует элемент.

Нуклоны (протоны + нейтроны) удерживаются внутри атомного ядра ядерными силами притяжения. Ядерные силы в 100 раз сильнее электромагнитных сил и поэтому удерживает внутри ядра одноименно заряженные протоны. Ядерные силы проявляются только на очень малых расстояниях (10 -13 см), они составляют потенциальную энергию связи ядра, которая при некоторых превращениях частично освобождается, переходит в кинетическую энергию.

Для атомов отличающихся составом ядра, употребляется название «нуклиды», а для радиоактивных атомов – «радионуклиды».

Нуклидами называют атомы или ядра с данным числом нуклонов и данным зарядом ядра (обозначение нуклида А Х).

Нуклиды, имеющие одинаковое число нуклонов (Ам = соnst), называются изобарами. Например, нуклиды 96 Sr, 96 Y, 96 Zr принадлежат к ряду изобаров с числом нуклонов Ам = 96.

Нуклиды, имеющие одинаковое число протонов (Z = соnst), называются изотопами. Они различаются только числом нейтронов, поэтому принадлежат одному и тому же элементу: 234 U, 235 U, 236 U, 238 U.

Изотопы – нуклиды с одинаковым числом нейтронов (N = Ам -Z = const). Нуклиды: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca принадлежат к ряду изотопов с 20 нейтронами.

Изотопы принято обозначать в виде ZХ М , где X – символ химического элемента; М – массовое число, равное сумме числа протонов и нейтронов в ядре; Z – атомный номер или заряд ядра, равный числу протонов в ядре. Поскольку каждый химический элемент имеет свой постоянный атомный номер, то его обычно опускают и ограничиваются написанием только массового числа, например: 3 Н, 14 С, 137 Сs, 90 Sr и т. д.

Атомы ядра, которые имеют одинаковые массовые числа, но разные заряды и, следственно, различные свойства называют «изобарами», так например один из изотопов фосфора имеет массовое число 32 – 15Р 32 , такое же массовое число имеет и один из изотопов серы – 16S 32 .

Нуклиды могут быть стабильными (если их ядра устойчивы и не распадаются) и нестабильными (если их ядра неустойчивы и подвергаются изменениям, приводящим в конечном итоге к увеличению стабильности ядра). Неустойчивые атомные ядра, способные самопроизвольно распадаться, называют радионуклидами. Явление самопроизвольного распада ядра атома, сопровождающееся излучением частиц и (или) электромагнитного излучения, называется радиоактивностью.

В результате радиоактивного распада может образоваться как стабильный, так и радиоактивный изотоп, в свою очередь, самопроизвольно распадающийся. Такие цепочки радиоактивных элементов, связанные серией ядерных превращений, называются радиоактивными семействами.

В настоящее время IUРАС (Международный союз теоретической и прикладной химии) официально дал название 109 химическим элементам. Из них только 81 имеет стабильные изотопы, наиболее тяжелым из которых является висмут (Z = 83). Для остальных 28 элементов известны только радиоактивные изотопы, причем уран (U

92) является самым тяжелым элементом, встречающимся в природе. Самый большой из природных нуклидов имеет 238 нуклонов. В общей сложности в настоящее время доказано существование порядка 1700 нуклидов этих 109 элементов, причем число изотопов, известных для отдельных элементов, колеблется от 3 (для водорода) до 29 (для платины).

Источник:
http://studopedia.ru/4_170109_stroenie-atomnogo-yadra.html

Какие частицы слагают атомное ядро

Все вещества состоят из частиц, называемых атомами . Атомы связываются друг с другом, образуя элементы, и содержат только один вид атома.

Атомы различных элементов образуют соединения, молекулы и объекты.

Атом — это строительный блок материи, который нельзя разбить на части с помощью каких-либо химических средств.

Ядерные реакции могут изменить атомы.

Три части атома — это протоны (положительно заряженные), нейтроны (нейтральный заряд) и электроны (отрицательно заряженные).

  • Протоны и нейтроны образуют атомное ядро .
  • Электроны притягиваются к протонам в ядре, но движутся так быстро, что падают к нему (орбите), а не прилипают к протонам.

Идентичность атома определяется его числом протонов. Это также называется его атомным номером.

Части Атома

Атомы состоят из трех частей:

  • Протоны : протоны являются основой атомов. В то время как атом может получать или терять нейтроны и электроны, его идентичность связана с числом протонов. Символом числа протонов является заглавная буква Z.
  • Нейтроны: число нейтронов в атоме обозначается буквой N. Атомная масса атома является суммой его протонов и нейтронов или Z + N. Сильная ядерная сила связывает протоны и нейтроны вместе, образуя ядро атом.
  • Электроны: электроны намного меньше протонов или нейтронов и вращаются вокруг них.

Основные характеристики атомов:

  • Атомы не могут быть разделены с помощью химических веществ. Они состоят из частей, которые включают протоны, нейтроны и электроны, но атом является основным химическим строительным материалом материи. Ядерные реакции, такие как радиоактивный распад и деление , могут разрушать атомы.
  • Каждый электрон имеет отрицательный электрический заряд.
  • Каждый протон имеет положительный электрический заряд. Заряд протона и электрона равен по величине, но противоположен по знаку. Электроны и протоны электрически притягиваются друг к другу. Как заряды (протоны и протоны, электроны и электроны) отталкиваются друг от друга.
  • Каждый нейтрон электрически нейтрален; иными словами, нейтроны не имеют заряда и не притягиваются электрически ни к электронам, ни к протонам.
  • Протоны и нейтроны имеют примерно одинаковые размеры и намного больше электронов. Масса протона по существу такая же, как у нейтрона.
  • Масса протона в 1840 (!) раз больше массы электрона.
  • Ядро атома содержит протоны и нейтроны. Ядро несет положительный электрический заряд.

Электроны движутся вне ядра; они организованы в оболочки, которые являются областью наиболее вероятного их местонахождения.

  • Простые модели показывают, что электроны вращаются вокруг ядра по почти круговой орбите, подобно планетам, вращающимся вокруг звезды, но реальное поведение намного сложнее.
  • Некоторые электронные оболочки напоминают сферы, но другие больше похожи на тупые колокольчики или другие формы.
  • Технически, электрон может быть найден в любом месте в пределах атома, но проводит большую часть своего времени в области, описываемой орбиталью.
  • Электроны также могут перемещаться между орбиталями.

Атомы очень маленькие. Средний размер атома составляет около 100 пикометров или одну десятитысячную часть метра.

  • Почти вся масса атома находится в его ядре; почти весь объем атома занят электронами.
  • Количество протонов (также известно как его атомный номер) определяет элемент.
  • Изменение количества нейтронов приводит к образованию изотопов . Изменение числа электронов приводит к образованию ионов . Изотопы и ионы атома с постоянным числом протонов — это вариации одного элемента.

Частицы внутри атома связаны друг с другом мощными силами.

  • В общем, электроны легче добавлять или удалять из атома, чем протон или нейтрон.

Химические реакции в основном включают атомы или группы атомов и взаимодействия между их электронами.

Источник:
http://pangenes.ru/bazovaya-model-atoma-i-atomnaya-teoriya

Элементарные частицы и атомные ядра

Физики-ядерщики коротко рассказывают о физических явлениях.

Здесь можно писать вопросы? У меня вопрос, почему физики поддерживают аферу теории относительности и пишут ложные сведения в учебнике.

О, блядь, опять этого выпустили.

Скучно на карантине?

А вот в СССР даже ядерная физика была занииамельной! Нашла сегодня в шкафу:

Тут вот объясняется чем понятие «занимательный» отличается от понятия «развлекательный».

Ну что же. Таблицы и правда, занимают.

А что уж говорить о всяких формулах.

Занимайте себя правильно, короче говоря. А то порнохаб, порнохаб.

Еще один шаг к Новой физике: в экспериментах на БАК открыт эффект СР-нарушения в распадах очарованных мезонов

Нарушение СР-симметрии в распадах D⁰ мезонов и соответствующих им античастиц, анти-D⁰ мезонов по данным коллаборации LHCb. Буквой К обозначены продукты распада частиц, количество распадов для каждого случая показано вертикальными столбцами

21 марта 2019 г. на конференции по электрослабым взаимодействиям и теориям большого объединения в Ля Туиле (Италия) представители коллаборации LHCb заявили об обнаружении СР-нарушения в распадах очарованных мезонов. Открытие может стать ключом к разгадке тайны асимметрии вещества и антивещества во Вселенной

В первые мгновения после Большого взрыва вещество и антивещество образовались в равном количестве, однако сейчас антивещества в окружающей нас Вселенной ничтожно мало. Что нам очень на руку, ведь в случае полного равенства частиц и античастиц они бы проаннигилировали друг с другом вскоре после рождения Вселенной, и мира, каким мы его знаем, просто не существовало бы. Преобладание вещества над антивеществом во Вселенной – одна из задач физики, над решением которой бьются лучшие умы.

В 1967 г. советский академик А.Д. Сахаров предположил, что дисбаланс вещества и антивещества мог возникнуть в результате нарушения так называемой CP-симметрии. Идея симметрии четности заключается в том, что законы физики инвариантны (неизменны) относительно зеркальной инверсии, т.е. зеркальное изображение реакции идет так же, как и сама реакция. Но это не касается слабых ядерных взаимодействий, и при одновременной замене на античастицы всех частиц, участвующих в этих взаимодействиях, вероятности всех процессов не останутся прежними. В своей знаменитой работе о генерации барионной асимметрии Вселенной Сахаров показал, что CP-нарушение является одним из условий, при которых после Большого взрыва вещество и антивещество уничтожают друг друга не полностью – остается маленький избыток вещества, из которого и сформировались звезды, галактики и, в конечном итоге, мы с вами.

Кстати сказать, о наблюдении нарушения CP-симметрии в распаде нейтральных К-мезонов американские физики Д. Кронин и В. Фитч объявили еще в 1964 г. на 12-ой Международной конференции по физике высоких энергий ICHEP в Дубне. За два года до этого группа Э. О. Оконова из дубнинского Объединенного института ядерных исследований искала CP-запрещенные распады каонов, но эксперимент был признан безнадежным и закрыт по финансовым соображениям. Так что Нобелевская премия по физике за 1980 г. досталась американским ученым.

В 1973 г. два японских исследователя, будущие нобелевские лауреаты М. Кобаяши и Т. Маскава предложили теоретическое объяснение нарушения четности, экспериментально обнаруженной в 1964 г. В рамках теории Кобаяси-Маскава для объяснения эффекта СР-нарушения была предложена модель, предполагавшая существование трех поколений кварков и наличие комплексной фазы в амплитудах переходов между разными поколениями. Однако проявление этого эффекта в распадах частиц, содержащих различные тяжелые кварки, во многом зависит от других свойств Стандартной модели.

Эксперимент LHCb на Большом адронном коллайдере (БАК, LHC) в ЦЕРН предназначен для изучения B-мезонов, неустойчивых частиц, при распаде которых наиболее ярко проявляется асимметрия между веществом и антивеществом. LHCb – самый маленький из четырех основных детекторов БАК, но далеко не «последний». Два года назад известный популяризатор науки, физик Игорь Иванов писал, что «LHC – единственный из экспериментов БАК, исправно поставляющий позитивные результаты».

Новый сенсационный результат исследователи из российского Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» и Школы анализа данных Яндекса в составе коллаборации LHCb получили при анализе данных по распаду очарованных D-мезонов (частиц, содержащих один очарованный кварк) в эксперименте LHCb в 2011–2018 гг. Кстати сказать, вероятность рождения самих D-мезонов очень невелика, к тому же эти частицы практически сразу распадаются.

Ожидалось, что эффект СР-нарушения в распадах этих частиц должен быть на уровне 0,1–0,01%. Ученые обнаружили, что количество распадов анти-D⁰ мезонов действительно превышало соответствующее количество распадов D⁰, при этом значение для CP-нарушения отличается от нуля на 5,3 стандартных отклонения, что выше порога в пять стандартных отклонений, принятом в физике высоких энергий для признания достоверности наблюдаемых различий.

Чтобы улучшить качества набора и анализа данных эксперимента LHCb исследователи применили элементы искусственного интеллекта, а вычислительные мощности Яндекса были использованы для моделирования событий эксперимента LHCb, необходимого для правильной интерпретации физических результатов. По словам ведущего научного сотрудника лаборатории LAMBDA факультета компьютерных наук ВШЭ Ф. Ратникова, благодаря усилиям их группы «эффективность триггера для отбора значимых событий была увеличена в среднем на 40%, а за счет использования нейросетевых байесовских подходов был улучшен алгоритм определения типа частиц, наблюдаемых детектором. Также была разработана интеллектуальная система мониторинга качества работы последнего».

Как резюмировал старший научный сотрудник той же лаборатории Д. Деркач, «изучение эффектов СР-нарушения исключительно важно для понимания механизмов образования нашей Вселенной. И сегодня мы сделали еще один шаг в изучении картины этого явления в распадах тяжелых мезонов».

По материалам Пресс-службы НИУ ВШЭ (Москва)

Источник:
http://pikabu.ru/story/yelementarnyie_chastitsyi_i_atomnyie_yadra_7483790