Теория атомного ядра
Как только выяснилось существование нейтронов, было предложено совершенно новое представление о строении ядра, впервые высказанное и обоснованное советским физиком Д. Д. Иваненко в 1932 г. Согласно этому представлению, ядро состоит только из протонов и нейтронов, электроны же совсем не входят в состав ядра. Соотношение между числом протонов и нейтронов в ядре выражается очень просто. Масса ядра равняется сумме масс протонов и нейтронов. Целое число, выражающее (приближенно) массу ядра в обычных единицах атомного веса, называется массовым числом атома (ядра). Так как и протон и нейтрон имеют массу, очень близкую к единице, то массовое число указывает общее число протонов и нейтронов в ядре. Но число протонов, очевидно, равно числу положительных зарядов ядра, т. е. порядковому номеру элемента; следовательно, число нейтронов равняется разности между массовым числом и порядковым номером элемента.
Обозначив массовое число атома через А, заряд ядра через Z и число нейтронов через N,получим равенство:
A=Z+N
число протонов равно Z, а число нейтронов А — Z.
Изотопы обладают, очевидно, равным числом протонов, но различным числом нейтронов.
Между образующими ядро частицами действуют два вида сил: с одной стороны, обыкновенные кулоновские силы отталкивания между положительно заряженными протонами, с другой — особые силы притяжения между всеми частицами, действующие только на очень малых расстояниях и получившие название ядерных сил. Существование последних подтверждается опытами по рассеянию пучка нейтронов в водороде, показывающими, что при малых расстояниях, порядка ядерных, возникает сильное притяжение протонов к протонам, нейтронов к нейтронам и протонов к нейтронам. Ядерные силы притяжения значительно превышают силы отталкивания, вызываемые присутствием одноименных зарядов, и обеспечивают как устойчивость, так и самую возможность существования протонно-нейтронных ядер.
Однако не всякое сочетание протонов с нейтронами устойчиво. Ядра атомов более легких элементов устойчивы, когда число нейтронов примерно равно числу протонов. По мере увеличения массы ядра относительное число нейтронов, необходимых для его устойчивости, растет, достигая в последних рядах периодической системы значительного перевеса над протонами. Так, у висмута (ат. вес 209) на 83 протона приходится уже 126 нейтронов, ядра более тяжелых элементов вообще неустойчивы.
В настоящее время протонн-ннейтронная теория ядра является общепринятой, причем протон и нейтрон рассматриваются теперь как две независимые элементарные частицы (т. е. не состоящие из более мелких частиц), или, лучше сказать, как два состояния одной и той же частицы; поэтому они могут при известных условиях превращаться одна в другую, «рождая» одновременно позитрон или электрон:
протон → нейтрон + позитрон нейтрон → протон + электрон
В частности, такое «рождение» электрона имеет место при радиоактивном β-распаде. Выбрасывание электронов радиоактивными элементами можно объяснить тем, что один из нейтронов, входящих в состав ядра, превращается в протон; возникающий при этом электрон вылетает наружу, а заряд ядра увеличивается на единицу. Ввиду взаимопревращаемости протона и нейтрона их часто объединяют под общим названием «нуклоны» (от латинского nucleus — ядро).
Вы читаете, статья на тему Теория атомного ядра