كما ذكرنا سابقًا ، تتكون الذرة من ثلاثة أنواع من الجسيمات الأولية: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. النواة الذرية هي الجزء المركزي للذرة ، وتتكون من البروتونات والنيوترونات. البروتونات والنيوترونات لها الاسم الشائع nucleon ، في النواة يمكن أن تتحول إلى بعضها البعض. نواة أبسط ذرة ، ذرة الهيدروجين ، تتكون من جسيم أساسي واحد ، البروتون.

يبلغ قطر نواة الذرة حوالي 10-13-10-12 سم و 0.0001 من قطر الذرة. ومع ذلك ، فإن الكتلة الكاملة للذرة تقريبًا (99.95 - 99.98٪) تتركز في النواة. إذا كان من الممكن الحصول على 1 سم 3 من المادة النووية النقية ، فإن كتلتها ستكون 100-200 مليون طن. كتلة نواة الذرة أكبر بعدة آلاف من كتلة كل الإلكترونات التي تتكون منها الذرة.

بروتون- جسيم أولي ، نواة ذرة الهيدروجين. كتلة البروتون 1.6721x10 -27 كجم ، أي 1836 ضعف كتلة الإلكترون. الشحنة الكهربائية موجبة وتساوي 1.66 × 10 -19 درجة مئوية. كولوم - وحدة شحنة كهربائية ، تساوي كمية الكهرباء التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل في وقت 1 ثانية بقوة تيار ثابتة 1A (أمبير).

تحتوي كل ذرة من أي عنصر على عدد معين من البروتونات في النواة. هذا الرقم ثابت بالنسبة لعنصر معين ويحدد العنصر المادي و الخواص الكيميائية. أي أن عدد البروتونات يعتمد على العنصر الكيميائي الذي نتعامل معه. على سبيل المثال ، إذا كان أحد البروتون في النواة هو الهيدروجين ، إذا كان 26 بروتونًا من الحديد. يحدد عدد البروتونات في النواة الذرية شحنة النواة (رقم الشحنة Z) والرقم التسلسلي للعنصر في النظام الدوري للعناصر D.I. منديليف (العدد الذري للعنصر).

حنيوترون- جسيم متعادل كهربائيًا كتلته 1.6749 × 10-27 كجم ، 1839 ضعف كتلة الإلكترون. العصبون في حالة حرة هو جسيم غير مستقر ؛ يتحول بشكل مستقل إلى بروتون مع انبعاث إلكترون ومضاد نيوترينو. يبلغ عمر النصف للنيوترونات (الوقت الذي يتحلل خلاله نصف العدد الأصلي للنيوترونات) حوالي 12 دقيقة. ومع ذلك ، في حالة ملزمة داخل نواة ذرية مستقرة ، يكون مستقرًا. الرقم الإجماليالنوكليونات (البروتونات والنيوترونات) في النواة تسمى العدد الكتلي (الكتلة الذرية - أ). عدد النيوترونات التي تتكون منها النواة يساوي الفرق بين الكتلة وأرقام الشحنات: N = A - Z.

إلكترون- جسيم أولي ، حامل أصغر كتلة - 0.91095x10 -27 جم وأصغر شحنة كهربائية - 1.6021x10 -19 C. هذا جسيم سالب الشحنة. عدد الإلكترونات في الذرة يساوي عدد البروتونات في النواة ، أي الذرة محايدة كهربائيا.

بوزترون- جسيم أولي بشحنة كهربائية موجبة ، جسيم مضاد بالنسبة للإلكترون. كتلة الإلكترون والبوزيترون متساويان ، والشحنات الكهربائية متساوية في القيمة المطلقة ، لكنهما معاكستان في الإشارة.

تسمى الأنواع المختلفة من النوى النويدات. النوكليد هو نوع من الذرات يحتوي على عدد معين من البروتونات والنيوترونات. في الطبيعة ، توجد ذرات من نفس العنصر ذات كتل ذرية مختلفة (أعداد كتل): 17 35 سل ، 17 37 سل ، إلخ. تحتوي نوى هذه الذرات على نفس عدد البروتونات ، لكن تحتوي على عدد مختلف من النيوترونات. يتم استدعاء أنواع مختلفة من ذرات العنصر نفسه والتي لها نفس الشحنة النووية ولكن بأعداد كتلة مختلفة النظائر . لها نفس عدد البروتونات ، ولكن تختلف في عدد النيوترونات ، فإن النظائر لها نفس بنية غلاف الإلكترون ، أي خصائص كيميائية متشابهة جدا وتحتل نفس المكان في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية.

يتم الإشارة إلى النظائر برمز المقابل عنصر كيميائيمع وجود الفهرس A في أعلى اليسار - يتم أيضًا إعطاء عدد الكتلة ، وأحيانًا عدد البروتونات (Z) في أسفل اليسار. على سبيل المثال ، النظائر المشعة للفوسفور هي 32 ف ، 33 ف ، أو 15 32 ف و 15 33 ف ، على التوالي. عند تعيين نظير دون الإشارة إلى رمز العنصر ، يتم إعطاء رقم الكتلة بعد تعيين العنصر ، على سبيل المثال ، الفوسفور - 32 ، الفوسفور - 33.

معظم العناصر الكيميائية لها عدة نظائر. بالإضافة إلى نظير الهيدروجين 1 H-protium ، يُعرف الهيدروجين الثقيل 2 H-deuterium والهيدروجين شديد الثقل 3 H-tritium. يحتوي اليورانيوم على 11 نظيرًا ، يوجد في المركبات الطبيعية ثلاثة منها (يورانيوم 238 ، يورانيوم 235 ، يورانيوم 233). لديهم 92 بروتونًا و 146.143 و 141 نيوترونًا على التوالي.

حاليًا ، هناك أكثر من 1900 نظير معروف لـ 108 عنصر كيميائي. من بين هذه النظائر ، تشمل النظائر الطبيعية جميع النظائر المستقرة (هناك ما يقرب من 280 منها) والنظائر الطبيعية التي تعد جزءًا من العائلات المشعة (هناك 46 منها). الباقي مصطنع ، يتم الحصول عليها بشكل مصطنع نتيجة للتنوع التفاعلات النووية.

يجب استخدام مصطلح "النظائر" فقط عندما نحن نتكلمحول ذرات نفس العنصر ، على سبيل المثال ، نظائر الكربون 12 درجة مئوية و 14 درجة مئوية. إذا كان المقصود بذرات عناصر كيميائية مختلفة ، فمن المستحسن استخدام مصطلح "النويدات" ، على سبيل المثال ، النويدات المشعة 90 Sr ، 131 J ، 137 Cs .

>> بناء نواة ذرية. القوى النووية

§ 104 هيكل النووي. القوات النووية

مباشرة بعد اكتشاف النيوترون في تجارب تشادويك ، اقترح الفيزيائي السوفيتي د. إيفانينكو والعالم الألماني دبليو هايزنبرغ في عام 1932 نموذجًا للنواة من البروتونات والنيوترونات. تم تأكيده من خلال الدراسات اللاحقة للتحولات النووية وهو مقبول الآن بشكل عام.

نموذج البروتون النيوتروني للنواة.وفقًا لنموذج البروتون والنيوترون ، تتكون النوى من جسيمات أولية من نوعين - البروتونات والنيوترونات.

نظرًا لأن الذرة ككل محايدة كهربائيًا ، وشحنة البروتون تساوي معامل شحنة e-Lectron ، فإن عدد البروتونات في النواة يساوي عدد الإلكترونات في الغلاف الذري. وبالتالي ، فإن عدد البروتونات في النواة يساوي العدد الذري للعنصر Z في النظام الدوري لعناصر D. I. Mendeleev.

يُطلق على مجموع عدد البروتونات Z وعدد النيوترونات N في النواة الرقم الكتلي ويُشار إليه بالحرف A:

أ = ي + ن (13.2)

كتل البروتون والنيوترون قريبة من بعضها البعض ، وكل منهما تساوي تقريبًا وحدة الكتلة الذرية. كتلة الإلكترونات في الذرة أقل بكثير من كتلة نواتها. لذلك ، فإن العدد الكتلي للنواة يساوي العدد النسبي مقربًا إلى عدد صحيح الكتلة الذريةعنصر. يمكن تحديد أعداد الكتلة عن طريق القياس التقريبي لكتلة النوى بأدوات لا تتمتع بدقة عالية.

النظائر هي نوى لها نفس القيمة ولكن بأعداد كتلة مختلفة A ، أي بأعداد مختلفة من النيوترونات N.

القوى النووية.نظرًا لأن النوى مستقرة جدًا ، يجب الاحتفاظ بالبروتونات والنيوترونات داخل النواة بواسطة بعض القوى ، والقوى الكبيرة جدًا. ما هي هذه القوى؟ يمكننا القول على الفور أن هذا ليس كذلك قوى الجاذبيةوهي ضعيفة جدا. لا يمكن تفسير استقرار النواة بالقوى الكهرومغناطيسية أيضًا ، نظرًا لوجود تنافر كهربائي بين البروتونات المتشابهة الشحنة. والنيوترونات ليس لها شحنة كهربائية.

هذا يعني أنه بين الجسيمات النووية - البروتونات والنيوترونات (تسمى نيوكليونات) - هناك قوى خاصة تسمى القوى النووية.

ما هي الخصائص الرئيسية للقوى النووية؟ القوى النووية أكبر بحوالي 100 مرة من القوى الكهربائية (كولوم). هذه هي أقوى القوى الموجودة في الطبيعة المنحنية. لذلك ، غالبًا ما تسمى تفاعلات الجسيمات النووية التفاعلات القوية.

تتجلى التفاعلات القوية ليس فقط في تفاعلات النوكليونات في النواة. هذا نوع خاص من التفاعل متأصل في معظم الجسيمات الأولية جنبًا إلى جنب مع التفاعلات الكهرومغناطيسية.

ميزة أخرى مهمة للقوات النووية هي عملها قصير المدى. تضعف القوى الكهرومغناطيسية ببطء نسبيًا مع زيادة المسافة. تظهر القوى النووية نفسها بشكل ملحوظ فقط على مسافات مساوية لحجم النواة (10-12-10-13 سم) ، والتي تم عرضها بالفعل من خلال تجارب رذرفورد على تشتت الجسيمات بواسطة النوى الذرية. إن القوى النووية ، إذا جاز التعبير ، "بطل ذو أذرع قصيرة للغاية". لم يتم تطوير نظرية كمية كاملة للقوى النووية. تم إحراز تقدم كبير في تطويره مؤخرًا - في السنوات العشر إلى الخمس عشرة الماضية.

تتكون نوى الذرات من البروتونات والنيوترونات. هذه الجسيمات محتجزة في النواة بواسطة القوى النووية.

ما هي السمات الرئيسية للقوى النووية!

محتوى الدرس ملخص الدرسدعم إطار عرض الدرس بأساليب متسارعة تقنيات تفاعلية ممارسة مهام وتمارين امتحان ذاتي ورش عمل ، تدريبات ، حالات ، أسئلة أسئلة واجبات منزلية ، أسئلة مناقشة أسئلة بلاغيةمن الطلاب الرسوم التوضيحية مقاطع الصوت والفيديو والوسائط المتعددةصور ، صور رسومات ، جداول ، مخططات فكاهة ، نوادر ، نكت ، أمثال كاريكاتورية ، أقوال ، ألغاز كلمات متقاطعة ، اقتباسات الإضافات الملخصاترقائق المقالات للفضوليين الكتب المدرسية الكتب المدرسية الأساسية والإضافية معجم مصطلحات أخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء في الكتاب المدرسي من عناصر الابتكار في الدرس واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثالية خطة التقويملعام القواعد الارشاديةبرامج المناقشة دروس متكاملة

نواة ذرية
نواة ذرية

نواة ذرية - الجزء المركزي والمضغوط جدًا من الذرة ، حيث تتركز كل كتلته تقريبًا وكل الشحنة الكهربائية الموجبة. النواة ، التي تمسك بها الكولومب بالقرب من نفسها ، تدفع الإلكترونات بمقدار يعوض عن شحنتها الموجبة ، وتشكل ذرة محايدة. معظم النوى لها شكل قريب من الشكل الكروي ويبلغ قطرها ≈ 10-12 سم ، أي أربع مرات من حيث الحجم أصغر من قطر الذرة (10-8 سم). تبلغ كثافة المادة في القلب حوالي 230 مليون طن / سم 3.
تم اكتشاف النواة الذرية في عام 1911 نتيجة لسلسلة من التجارب على تشتت جسيمات ألفا بواسطة رقائق الذهب والبلاتين الرقيقة ، والتي أجريت في كامبريدج (إنجلترا) تحت إشراف إي. رذرفورد. في عام 1932 ، بعد اكتشاف النيوترون بواسطة ج. تشادويك ، أصبح من الواضح أن النواة تتكون من البروتونات والنيوترونات
(ف.هايزنبرغ ، د.د. إيفانينكو ، إي ماجورانا).
للدلالة على النواة الذرية ، يتم استخدام رمز العنصر الكيميائي للذرة ، والذي يتضمن النواة ، ويوضح الفهرس الأيسر العلوي لهذا الرمز عدد النكليونات (رقم الكتلة) في هذه النواة ، ويظهر المؤشر الأيسر السفلي عدد البروتونات فيه. على سبيل المثال ، يُرمز إلى نواة النيكل التي تحتوي على 58 نواة ، منها 28 بروتونات. يمكن أيضًا تسمية نفس النواة بـ 58 نيكل أو نيكل 58.

النواة عبارة عن نظام من البروتونات والنيوترونات المكدسة بكثافة والتي تتحرك بسرعة 10 9-10 10 سم / ثانية وتحتفظ بها قوى نووية قوية وقصيرة المدى ذات جاذبية متبادلة (منطقة عملها محدودة بمسافات ≈ 10-13 سم). يبلغ حجم البروتونات والنيوترونات حوالي 10-13 سم وتعتبر حالتين مختلفتين لجسيم واحد يسمى النوكليون. يمكن تقدير نصف قطر النواة تقريبًا بالصيغة R ≈ (1.0-1.1) · 10 -13 A 1/3 سم ، حيث A هو عدد النوكليونات (العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات) في النواة. على التين. يوضح الشكل 1 كيف تتغير كثافة المادة (بوحدات 10 14 جم / سم 3) داخل نواة النيكل ، التي تتكون من 28 بروتونًا و 30 نيوترونًا ، اعتمادًا على المسافة r (بوحدات 10-13 سم) إلى مركز نواة.
ينشأ التفاعل النووي (التفاعل بين النوكليونات في النواة) بسبب حقيقة أن النيوكليونات تتبادل الميزونات. هذا التفاعل هو مظهر من مظاهر التفاعل الأساسي الأكثر قوة بين الكواركات التي تتكون منها النيوكليونات والميزونات (وبالمثل ، فإن قوى الترابط الكيميائي في الجزيئات هي مظهر من مظاهر القوى الكهرومغناطيسية الأساسية).
عالم النوى متنوع للغاية. حوالي 3000 نواة معروفة ، تختلف عن بعضها البعض إما في عدد البروتونات ، أو في عدد النيوترونات ، أو كليهما. يتم الحصول على معظمهم بشكل مصطنع.
فقط 264 نواة مستقرة ، أي. لا تواجه أي تحولات عفوية ، تسمى التحلل بمرور الوقت. الباقي يواجه أشكالًا مختلفة من الاضمحلال - تسوس ألفا (انبعاث جسيم ألفا ، أي نواة ذرة الهيليوم) ؛ تسوس بيتا (انبعاث متزامن لإلكترون ومضاد نيوترينو أو بوزيترون ونيوترينو ، وكذلك امتصاص إلكترون ذري مع انبعاث نيوترينو) ؛ اضمحلال جاما (انبعاث الفوتون) وغيرها.
غالبًا ما يشار إلى أنواع مختلفة من النوى بالنويدات. نوكليدات لها نفس عدد البروتونات و عدد مختلفتسمى النيوترونات بالنظائر. النيوكليدات التي لها نفس العدد من النيوكليونات ولكن نسب مختلفة من البروتونات والنيوترونات تسمى الأيزوبار. تحتوي النوى الخفيفة على أعداد متساوية تقريبًا من البروتونات والنيوترونات. في النوى الثقيلة ، يكون عدد النيوترونات حوالي 1.5 ضعف عدد البروتونات. أخف نواة هي نواة ذرة الهيدروجين ، والتي تتكون من بروتون واحد. أثقل نوى معروفة (يتم الحصول عليها بشكل مصطنع) لديها عدد من النوى 290. من بين هؤلاء ، 116-118 عبارة عن بروتونات.
مجموعات مختلفة من عدد البروتونات Z والنيوترونات تتوافق مع نوى ذرية مختلفة. توجد النوى الذرية (أي عمرها t> 10 -23 s) في نطاق ضيق إلى حد ما من التغييرات في الأرقام Z و N. في هذه الحالة ، يتم تقسيم جميع النوى الذرية إلى مجموعتين كبيرتين - مستقرة ومشعة (غير مستقرة). كتلة نواة مستقرة بالقرب من خط الاستقرار ، والتي تعطى بالمعادلة

أرز. 2. مخطط نيوزيلندي للنواة الذرية.

على التين. يوضح الشكل 2 مخطط نيوزيلندي للنواة الذرية. تظهر النقاط السوداء نوى مستقرة. عادة ما تسمى المنطقة التي توجد بها النوى المستقرة وادي الاستقرار. على الجانب الأيسر من النوى المستقرة توجد نوى محملة بالبروتونات (نوى غنية بالبروتون) ، على اليمين - نوى محملة بالنيوترونات (نوى غنية بالنيوترونات). يتم تمييز النوى الذرية المكتشفة حاليًا بالألوان. هناك حوالي 3.5 ألف منهم. يُعتقد أنه يجب أن يكون هناك 7 - 7.5 ألف منهم في المجموع. النوى الغنية بالبروتون (لون قرمزي) مشعة وتتحول إلى نوى مستقرة بشكل أساسي نتيجة لانحلال β + ، ويتحول البروتون الذي هو جزء من النواة إلى نيوترون. النوى الغنية بالنيوترونات (الزرقاء) مشعة أيضًا وتصبح مستقرة نتيجة - -أيام ، مع تحول نواة نيوترون إلى بروتون.
أثقل النظائر المستقرة هي نظائر الرصاص (Z = 82) والبزموت (Z = 83). النوى الثقيلة ، جنبًا إلى جنب مع عمليات β + و β - تسوس ، تخضع أيضًا لانحلال α ( الأصفر) والانشطار التلقائي ، والتي تصبح قنوات الانحلال الرئيسية. الخط المنقط في الشكل. يوضح الشكل 2 منطقة الوجود المحتمل للنواة الذرية. الخط B p = 0 (B p هي طاقة فصل البروتون) يحد من منطقة وجود النوى الذرية على اليسار (خط تقطير البروتون). الخط B n = 0 (B n هي طاقة فصل النيوترون) على اليمين (خط التنقيط النيوتروني). خارج هذه الحدود ، لا يمكن أن توجد النوى الذرية ، لأنها تتحلل في صفة مميزة الوقت النووي(~ 10 -23-10 -22 ثانية) مع انبعاث نيوكليون.
عند توصيل (تخليق) نواتين خفيفتين وانشطار نواة ثقيلة إلى جزأين أخف وزنًا ، يتم إطلاق الكثير من الطاقة. هاتان الطريقتان للحصول على الطاقة هما الأكثر كفاءة من بين كل الطرق المعروفة. إذن 1 جرام من الوقود النووي يعادل 10 أطنان وقود كيميائي. اندماج النوى (التفاعلات النووية الحرارية) هو مصدر الطاقة للنجوم. يتم تنفيذ الاندماج غير المنضبط (المتفجر) عندما يتم تفجير قنبلة نووية حرارية (أو ما يسمى بقنبلة "الهيدروجين"). يكمن التوليف (البطيء) الخاضع للتحكم في مصدر طاقة واعد يجري تطويره - مفاعل نووي حراري.
يحدث الانشطار غير المنضبط (المتفجر) أثناء انفجار القنبلة الذرية. يتم التحكم في الانشطار في المفاعلات النووية ، وهي مصادر الطاقة في محطات الطاقة النووية.
للوصف النظري للنواة الذرية ، يتم استخدام ميكانيكا الكم ونماذج مختلفة.
يمكن للنواة أن تتصرف كغاز (غاز كمي) وكسائل (سائل كمي). يحتوي السائل النووي البارد على خصائص السيولة الفائقة. في النواة شديدة التسخين ، تتحلل النيوكليونات إلى الكواركات المكونة لها. تتفاعل هذه الكواركات من خلال تبادل الغلوونات. نتيجة لمثل هذا الانحلال ، تتحول مجموعة النيوكليونات داخل النواة إلى حالة جديدة من المادة - بلازما كوارك-غلوون

النواة الذرية هي الجزء المركزي من الذرة ، حيث تتركز كتلتها الرئيسية (أكثر من 99.9٪). النواة موجبة الشحنة ، شحنة النواة تحدد العنصر الكيميائي الذي تسند إليه الذرة. أبعاد نوى الذرات المختلفة هي عدة فيمتومترات ، وهي أصغر بأكثر من 10 آلاف مرة من حجم الذرة نفسها.

تُعرف النواة الذرية ، التي تُعتبر فئة من الجسيمات بعدد معين من البروتونات والنيوترونات ، بالنواة. يُطلق على عدد البروتونات في النواة رقم شحنتها - وهذا الرقم يساوي الرقم الترتيبي للعنصر الذي تنتمي إليه الذرة ، في الجدول ( النظام الدوريالعناصر) منديليف. يحدد عدد البروتونات في النواة التركيب قذيفة الإلكترونذرة متعادلة وبالتالي الخصائص الكيميائية للعنصر المقابل. يُطلق على عدد النيوترونات في النواة عدد نظائرها. تسمى النوى التي تحتوي على نفس عدد البروتونات وأعداد مختلفة من النيوترونات بالنظائر.

في عام 1911 ، ذكر رذرفورد في تقريره "تشتت أشعة ألفا وبيتا وبنية الذرة" في الجمعية الفلسفية لمانشستر:

يمكن تفسير تشتت الجسيمات المشحونة بافتراض وجود ذرة تتكون من شحنة كهربائية مركزية مركزة عند نقطة ومحاطة بتوزيع كروي منتظم للكهرباء المعاكسة ذات الحجم المتساوي. مع مثل هذا الهيكل للذرة ، فإن جسيمات ألفا وبيتا ، عندما تمر على مسافة قريبة من مركز الذرة ، تواجه انحرافات كبيرة ، على الرغم من أن احتمال مثل هذا الانحراف ضئيل.

وهكذا ، اكتشف رذرفورد النواة الذرية ، منذ تلك اللحظة بدأت الفيزياء النووية ، ودرس بنية وخصائص النوى الذرية.

بعد اكتشاف النظائر المستقرة للعناصر ، تم تعيين نواة أخف ذرة دور الجسيم الهيكلي لجميع النوى. منذ عام 1920 ، تم تسمية نواة ذرة الهيدروجين رسميًا بالبروتون. بعد نظرية البروتون والإلكترون الوسيطة لبنية النواة ، والتي كانت بها العديد من أوجه القصور الواضحة ، فقد تناقضت أولاً وقبل كل شيء مع النتائج التجريبية لقياسات السبينات و لحظات مغناطيسيةنواة ، في عام 1932 اكتشف جيمس تشادويك جسيمًا محايدًا كهربائيًا جديدًا يسمى النيوترون. في نفس العام ، طرح إيفانينكو ، وهايزنبرغ بشكل مستقل ، فرضية حول البنية البروتونية والنيوترونية للنواة. في وقت لاحق ، مع تطور الفيزياء النووية وتطبيقاتها ، تم تأكيد هذه الفرضية تمامًا.

النشاط الإشعاعي

الاضمحلال الإشعاعي (من نصف القطر اللاتيني "شعاع" و "أكتيفوس" "فعال") هو تغيير تلقائي في التركيب (الشحنة Z ، رقم الكتلة أ) أو البنية الداخلية للنواة الذرية غير المستقرة عن طريق انبعاث جسيمات أولية ، وكوانتا جاما و / أو شظايا نووية . تسمى عملية التحلل الإشعاعي أيضًا النشاط الإشعاعي ، وتكون النوى المقابلة (النويدات والنظائر والعناصر الكيميائية) مشعة. المواد التي تحتوي على نوى مشعة تسمى أيضًا المواد المشعة.

قانون الاضمحلال الإشعاعي هو قانون اكتشفه تجريبياً فريدريك سودي وإرنست رذرفورد وصيغ عام 1903. الصياغة الحديثة للقانون:

مما يعني أن عدد التحلل في فترة زمنية t في مادة عشوائية يتناسب مع عدد N من الذرات المشعة لنوع معين موجود في العينة.

في هذا تعبير رياضيλ هو ثابت الاضمحلال ، الذي يميز احتمال الاضمحلال الإشعاعي لكل وحدة زمنية وله البعد c −1. تشير علامة الطرح إلى انخفاض في عدد النوى المشعة بمرور الوقت. يعبر القانون عن استقلال اضمحلال النوى المشعة عن بعضها البعض وعن الوقت: لا يعتمد احتمال اضمحلال نواة معينة في كل وحدة زمنية لاحقة على الوقت المنقضي منذ بداية التجربة ، وعلى عدد النوى المتبقية في العينة.

الحل لهذا المعادلة التفاضليةيشبه:

أو ، حيث T هو عمر النصف يساوي الوقت الذي يتناقص فيه عدد الذرات المشعة أو نشاط العينة بمقدار مرتين.

12. التفاعلات النووية.

التفاعل النووي هو عملية تفاعل نواة ذرية مع نواة أخرى أو جسيم أولي ، مصحوبًا بتغيير في تكوين النواة وبنيتها. قد تكون نتيجة التفاعل انشطار النواة أو انبعاث الجسيمات الأولية أو الفوتونات. يمكن أن تكون الطاقة الحركية للجسيمات المشكلة حديثًا أعلى بكثير من الطاقة الأولية ، ويتحدث المرء عن إطلاق الطاقة عن طريق تفاعل نووي.

أنواع التفاعلات النووية

تفاعل الانشطار النووي - عملية تقسيم النواة الذرية إلى نواتين (نادرًا ما تكون ثلاث) ذات كتل متشابهة ، تسمى شظايا الانشطار. نتيجة للانشطار ، يمكن أن تظهر أيضًا نواتج تفاعل أخرى: النوى الخفيفة (جسيمات ألفا بشكل أساسي) ، والنيوترونات ، وكوانتا جاما. يمكن أن يكون الانشطار عفويًا (عفويًا) وإجباريًا (نتيجة للتفاعل مع الجسيمات الأخرى ، بشكل أساسي مع النيوترونات). انشطار النوى الثقيلة هو عملية خارجية للطاقة ، ونتيجة لذلك عدد كبير منالطاقة في شكل طاقة حركية لنواتج التفاعل ، وكذلك الإشعاع.

يخدم الانشطار النووي كمصدر للطاقة في المفاعلات النووية والأسلحة النووية.

تفاعل الاندماج النووي - عملية اندماج نواتين ذريتين مع تكوين نواة جديدة أثقل.

بالإضافة إلى النواة الجديدة ، أثناء تفاعل الاندماج ، كقاعدة عامة ، مختلفة الجسيمات الأوليةو (أو) كمات الإشعاع الكهرومغناطيسي.

بدون إمدادات الطاقة الخارجية ، يكون اندماج النوى مستحيلًا ، حيث أن النوى المشحونة إيجابياً تعاني من قوى التنافر الكهروستاتيكي - وهذا ما يسمى بـ "حاجز كولوم". لتجميع النوى ، من الضروري تقريبها من مسافة حوالي 10 -15 مترًا ، حيث سيتجاوز التفاعل القوي قوى التنافر الكهروستاتيكي. يكون هذا ممكنًا إذا تجاوزت الطاقة الحركية للنواة المقتربة حاجز كولوم.

رد فعل نووي ضوئي

عندما يتم امتصاص كمية جاما ، تتلقى النواة طاقة زائدة دون تغيير تركيبها النووى ، والنواة التي تحتوي على فائض من الطاقة هي نواة مركبة. مثل التفاعلات النووية الأخرى ، لا يمكن امتصاص غاما الكم بواسطة النواة إلا إذا تم استيفاء نسب الطاقة والدوران الضرورية. إذا تجاوزت الطاقة المنقولة إلى النواة طاقة الارتباط للنواة في النواة ، فإن اضمحلال النواة المركبة الناتجة يحدث غالبًا مع انبعاث النوكليونات ، وخاصة النيوترونات.

تسجيل التفاعلات النووية

تشبه طريقة كتابة الصيغ للتفاعلات النووية معادلات كتابة التفاعلات الكيميائية ، أي أن مجموع الجسيمات الأولية مكتوب على اليسار ، ومجموع الجسيمات الناتجة (نواتج التفاعل) مكتوب على اليمين ، و يتم وضع السهم بينهما.

وهكذا ، فإن تفاعل الالتقاط الإشعاعي للنيوترون بواسطة نواة الكادميوم 113 يُكتب على النحو التالي:

نرى أن عدد البروتونات والنيوترونات على اليمين واليسار يظل كما هو (رقم الباريون محفوظ). الأمر نفسه ينطبق على الشحنات الكهربائية وأعداد اللبتون والكميات الأخرى (الطاقة ، الزخم ، الزخم الزاوي ، ...). في بعض التفاعلات التي يكون فيها التفاعل الضعيف متضمنًا ، يمكن أن تتحول البروتونات إلى نيوترونات والعكس صحيح ، لكن عددها الإجمالي لا يتغير.

هيكل نواة الذرة

في عام 1932 بعد اكتشاف البروتون والنيوترون من قبل العلماء د. تم ترشيح إيفانينكو (الاتحاد السوفياتي) و دبليو هايزنبرغ (ألمانيا) نموذج البروتون والنيوترون للنواة الذرية.

وفقًا لهذا النموذج:
- تتكون نوى جميع العناصر الكيميائية من نيوكليونات: بروتونات ونيوترونات
- شحنة النواة ترجع إلى البروتونات فقط
- عدد البروتونات في النواة يساوي العدد الذري للعنصر
- عدد النيوترونات يساوي الفرق بين عدد الكتلة وعدد البروتونات (N = A-Z)

رمز النواةذرة عنصر كيميائي:

X - رمز عنصر كيميائي

أ هو الرقم الكتلي الذي يوضح:
- كتلة النواة بوحدات الكتلة الذرية الكاملة (amu.)
(1 صباحًا وحدة = 1/12 من كتلة ذرة كربون)
- عدد النوى في النواة
- (A = N + Z) ، حيث N هو عدد النيوترونات في نواة الذرة

Z - رقم الشحنة والذي يظهر:
- الشحنة النووية الابتدائية الشحنات الكهربائية(على سبيل المثال ، Z.)
(1e.e.z. \ u003d شحنة إلكترون \ u003d 1.6 × 10 -19 درجة مئوية)
- عدد البروتونات
- عدد الإلكترونات في الذرة
- الرقم التسلسلي في الجدول الدوري

تكون كتلة النواة دائمًا أقل من مجموع الكتل المتبقية للبروتونات والنيوترونات الحرة التي تتكون منها.
وذلك لأن البروتونات والنيوترونات في النواة تنجذب بقوة إلى بعضها البعض. يتطلب الأمر الكثير من العمل لفصلهم. لذلك ، فإن الطاقة الساكنة الكلية للنواة لا تساوي الطاقة المتبقية للجسيمات المكونة لها. إنه أقل من حجم العمل للتغلب على قوى الجذب النووية.
يسمى الفرق بين كتلة النواة ومجموع كتل البروتونات والنيوترونات بعيب الكتلة.

تذكر موضوع "الفيزياء الذرية" للصف التاسع:

النشاط الإشعاعي.
التحولات المشعة.
تكوين النواة الذرية. القوى النووية.
طاقة الاتصال. عيب في الكتلة.
انشطار نوى اليورانيوم.
تفاعل نووي متسلسل.
مفاعل نووي.
تفاعل نووي حراري.

صفحات أخرى حول موضوع "الفيزياء الذرية" للصفوف 10-11:

كيف تدرس الذرة

الذرة هي نواة البروتونات والنيوترونات التي تدور حولها الإلكترونات. أحجام الذرات جزء من الألف من ميكرون. لكن هناك ما وراء ذرات عملاقةقطرها حوالي 10 كيلومترات. لأول مرة تم اكتشاف مثل هذه "الذرة" عام 1967 ، والآن يوجد أكثر من ألف منها. هذا هو النجوم النيوترونية - بقايا المستعر الأعظم ، وهي في الواقع نوى ذرية ضخمة ، تتكون من 90٪ نيوترونات و 10٪ بروتونات ، وتحيط بها "جو" من الإلكترونات.
___

في العشرينات من القرن الماضي ، تم تدريب عالم فيزياء شاب على يد إي. راذرفورد. بعد شهرين ، دعاه رذرفورد إلى منزله وقال إنه لن ينجح شيء. "لماذا؟ بعد كل شيء ، أنا أعمل 20 ساعة في اليوم !؟" ورد الشاب. "هذا سيء! أنت لا الوقت المتبقيليفكر! رد رذرفورد.

في عام 1908 عالم الفيزياء الشهير إرنست رذرفوردقال إنه تعامل مع العديد من التحولات في الطبيعة ، لكنه لم يكن قادرًا على توقع مثل هذا التحول اللحظي. - من الفيزيائيين إلى الكيميائيين!في عام 1908 ، تلقى إي رذرفورد جائزة نوبلفي الكيمياءلعمله في دراسة الذرة. في تلك السنوات ، تم تصنيف الأبحاث حول بنية الذرة والنشاط الإشعاعي على أنها كيمياء.