ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯДЕР

Важнейшими характеристиками атомных ядер являются:

1) заряд

2) масса

3) дефект массы иди энергия связи

4) механический момент (спин

5) магнитный момент

6) электрический квадрупольный момент

7) спектр возбужденных состояний (т. е. значения энергии связи для всех состояний, в которых может находиться ядро данного состава).

Масса ядра меньше суммарной массы протонов и нейтронов измеренных в свободном состоянии, вне ядра. Разность

называется дефектом массы ядра. Более удобно определение по массе нуклида Мнук.

где Мн — масса атома водорода. Существование дефекта масс ядер является иллюстрацией общего положения, согласно которому масса физической системы всегда k меньше суммарной массы ее составных частей (измеренных вне системы). Ввиду этого масса нуклида также несколько меньше суммы масс ядра и электронов. Дефект массы данной системы умноженный на квадрат скорости света равен той энергии, которая выделилась при образовании этой системы или необходима для ее разрушения на составные элементы:

У атомных ядер эта «энергия связи», как правило, увеличивается с ростом числа нуклонов, но есть и отступление от этого правила, например: изотоп титана имеет а изотоп марганца имеет несколько меньшую энергию связи

Прочность ядра принято характеризовать удельной (средней) энергией связи, приходящейся на один нуклон:

есть среднее уменьшение массы одного нуклона при формировании данного ядра из свободных протонов и нейтронов. При увеличении числа нуклонов в ядре изменяется, но не монотонно. Рассмотрим таблицу стабильных изотопов кальция и ряд ядер, имеющих одинаковое число нейтронов В этой таблице указаны:

1) содержание данного изотопа в естественном элементе с (в процентах),

2) полная энергия связи ядра

3) удельная энергия связи

4) изменение энергии связи при добавлении к предыдущему ядру одного нейтрона или одного протона.

Эти таблицы показывают, что при присоединении нуклонов к четно-четным ядрам изменение энергии связи заметно меньше по сравнению с другими ядрами. Заметим также, что в семействе ядер с основной изотоп кальция с обладает меньшей удельной энергией связи чем другие, менее распространенные изотопы; более того, у этого стабильного ядра удельная энергия связи меньше, чем у радиоактивных изотопов с В семействе ядер с изотопы кальция и калия выделяющиеся своей распространенностью, также имеют меньшую удельную энергию связи по сравнению с менее распространенными ядрами серы и аргона То же самое можно отметить и для других значений Поэтому удельная энергия связи, по-видимому, не определяет ни устойчивости ядра, ни содержания данного изотопа в естественном элементе.

На рис. IV. 101 показаны значения энергии связи одного нуклона для ядер с различным числом нуклонов.

Из таблицы для изотопов кальция видно, что присоединение первого нейтрона к изотопу с дает увеличение энергии связи на а присоединение второго нейтрона вызывает несколько большее изменение энергии: Разность этих значений

можно рассматривать как энергию, которая дополнительно выделяется при соединении обоих нейтронов внутри ядра в особую систему — «пару нейтронов». Предполагается, что такие «пары» в структуре ядра представляют собой отдельную составную часть. Энергия образования «пары нейтронов» внутри данного ядра рассматривается как новая энергетическая характеристика этого ядра.

Рис. IV.101

Предполагается, что протоны внутри ядра также соединяются в «пары». Энергию, выделяющуюся при образовании внутри ядра «пары протонов», можно вычислить из энергии связи соседних ядер Например, для и 20 можно получить энергию образования «пары протонов» Однако величины и рассчитанные, например, для четно-четных ядер, не обнаруживают определенной зависимости от или А и, по-видимому, представляют собой такие же усредненные характеристики ядра, какими являются удельная энергия и энергия присоединения нуклона