Заряд атомного ядра

Заряд атомного ядраВ опытах Резерфорда было установлено, что атом имеет ядро малых размеров и электронную оболочку. Открытие атомных ядер привело к возникновению новой проблемы в экспериментальной и теоретической физике - проблемы строения и свойств атомных ядер. Одна из основных характеристик атомного ядра — его элект­рический заряд. Точные измерения электрического заряда атомных ядер были выполнены в 1913 г. Г. Мозли. Заряды ядер атомов различных химических элементов он определял по спектрам рентгеновского излучения, испускаемого атомами при облучении вещества потоком электронов высокой энергии. Электрический заряд ядра атома равен произведению элементарного электрического заряда е на порядковый номер Z химического элемента в таблице Д. И. Менделеева:

G = Ze (1)

Таким образом, порядковый номер химического элемента в таблице Д. И. Менделеева определяется числом положительных элементарных зарядов в ядре любого атома химического эле­мента. В связи с этим порядковый номер элемента называется зарядовым числом.

Атомы, ядра которых обладают одинаковыми зарядами, имеют одинаковое строение электронных оболочек и поэтому химически неразличимы.

Масса атомного ядра.

Физические свойства атомного ядра определяются его зарядом и массой. Массы атомов и атомных ядер измеряются с помощью масс-спектрографа. Положитель­ные ионы исследуемого вещества разгоняются электрическим полем. Специальное устройство пропускает на щель только ионы с некоторой определенной, одинаковой для всех скоростью v. Через щель пучок ионов попадает в вакуумную камеру. Эта камера находится между полюсами магнита, вектор магнитной индукции перпен­дикулярен вектору скорости ионов. Как известно, на электрически заряженную частицу, движущуюся со скоростью v в поперечном маг­нитном поле с индукцией, дейст­вует сила Лоренца, направленная под прямым углом к векторам скорости заряда и индукции маг­нитного поля; модуль этой силы равен F = qvB. Под действием силы Лоренца ион движется по окружности, радиус которой R определяется соотношением mv2/'R = qvB. Описав полуокруж­ность, все ионы одинаковой массы попадают в одно место фотогра­фической пластинки. По известным значениям индукции магнитного поля, скорости, заряда иона и радиуса окружности определяется масса иона:

Единицы ядерной физики.

В ядерной физике и физике элементарных частиц наряду с единицами Международной системы (СИ) используются специфические единицы.

В качестве единицы длины используется величина, соизмери­мая с размером ядра. Она называется ферми (фемтометр): 1фм = 10-15 м.

В качестве единицы массы используется атомная единица массы, равная 1/12 массы атома углерода С

Вычислим энергетический эквивалент атомной единицы массы,. е. энергию покоя частицы, масса которой была бы равна 1 а.е.м.:

Е0 = mс2 = 1,6605402*10-27*2,997924582*1016 Дж =

= 1,49242*10-10 Дж = 931,49432 МэВ 931,5 МэВ. (2)

Исходя из соотношения (2) в ядерной физике и физике элементарных частиц массу часто выражают не в килограммах или атомных единицах массы, а в их энергетических эквивалентах — мега- или гигаэлектронвольтах. Энергетический эквивалент массы электрона:

m0 = 9,1093897*10-31 кг = 5,485779*10-4 а.е.м. =

= 0,5109906 МэВ 0,511 МэВ.

Массы атомных ядер принято обозначать заглавной буквой М. Целое число, ближайшее к численному значению массы ядра, выраженному в атомных единицах массы, называется массовым числом и обозначается буквой А. Массовое число — безразмерная величина.