Раздел 3. Элементы физики атомного ядра

Глава 12. Радиоактивность

12.1. Состав атомных ядер

В 1911 г. Э. Резерфорд в экспериментах по рассеянию альфа-частиц на атомах золота показал, что атом имеет планетарную структуру и состоит из положительно заряженного атомного ядра и электронной оболочки. Электрон был открыт еще в 1897 г. Дж. Томсоном в экспериментах с катодными лучами.

Атомные ядра различных элементов состоят из двух частиц - протонов и нейтронов. Протон и нейтрон объединяются под общим названием нуклон.

Масса протона почти в 2000 раз больше массы электрона. При этом его размер в 10⁴ раз меньше, чем размер атома. Положительный заряд протона в точности равен элементарному заряду e ≈ 1,610^-19 Кл, т.е. равен по модулю заряду электрона. Совпадение зарядов двух непохожих друг на друга частиц вызывает удивление и остается одной из фундаментальных загадок современной физики. Неясно также, почему электрический заряд квантуется. В целом атом электрически нейтрален.

В ядерной физике массу частицы часто выражают в атомных единицах массы (а.е.м.), равной 1/12 массы атома углерода с массовым числом 12: ¹²С. Масса протона т ≈ 1,007 а.е.м.

Во многих случаях массу частицы удобно выражать в эквивалентных значениях энергии в соответствии с формулой E = mc¹. В энергетических единицах масса протона составляет около 938,3 МэВ (1 эВ = 1,6×10^-19Дж).

Масса нейтрона m_n = 1,00867 а.е.м. В энергетических единицах масса нейтрона равна 939,57 МэВ.

Для характеристики атомных ядер вводится ряд обозначений. Число протонов, входящих в состав атомного ядра, обозначают символом Z и называют зарядовым числом, или атомным номером (это порядковый номер в периодической таблице Менделеева). Заряд ядра равен Ze, где e - элементарный заряд. Число нейтронов обозначают символом N.