Стабільність ядра
Можна побудувати графік ядер, які дійсно стабільні, якщо обчислити для кожного число нейтронів N і вказати атомний номер Z кожного ядра. Графік залежності N від Z у стабільних ядрах наведено на рис. 1.2.
Мал. 1.2. Співвідношення числа нейтронів N та протонів Z у стабільних ядрах
Виявляється, що відношення числа нейтронів до протонів N/Z в ядрі визначає природу ядра і дозволяє систематизувати майже все, що відомо про ядро до теперішнього часу. Для стабільних елементів, за винятком водню, ядро якого складається тільки з протона, нейтронів в ядрі не буває менше протонів, зазвичай їх дещо більше. На рис. 1.2 пунктирна лінія, нахил якої 45°, є ядра з N = Z, тобто. з однаковою кількістю нейтронів та протонів у ядрі. Для легких ядер (елемент нижче заліза в періодичній таблиці) кількість нейтронів і протонів в ядрі часто дорівнює. Зі зростанням атомного номера для стабільних ядер це відношення зростає і розташовуватиметься вище за лінію N = Z на графіку. Для найважчого останнього повністю стабільного ізотопу - вісмуту (А = 209, Z = 83, N = 126) відношення N/Z майже точно дорівнює 1,5. Це пояснюється наявністю сил тяжіння між нуклонами в ядрі, які отримали назву ядерних сил. Ці сили діють між протонами та протонами, протонами та нейтронами, нейтронами та нейтронами в ядрі при їх зіткненнях. Ядерні сили, що утримують нуклони в ядрах атома, перевершують кулонівські сили відштовхування між протонами. Ядерні сили короткодіючі, вони діють на відстанях, порівнянних із двома протонними діаметрами, а потім різко зменшуються до нуля зі збільшенням відстані. Якщо позначити відстань між нуклонами в ядрі буквою А, то на відстанях А -3 см ці сили є відштовхуванням.при 0,5 · 10 -13 см -12 см - силами тяжіння, а на відстані А & gt; 10-12 см - швидко зникають. Ядерні сили відповідальні за енергію зв'язку, що утримує ядро від розпаду.
У більшості випадків радіоактивний розпад відбувається таким чином, що дочірні ядра стають стабільнішими, ніж вихідні. Розпад кращий, якщо дочірнє
ядро переміщається до лінії стабільності N = Z. Продукти поділу дуже важких ядер, наприклад 235 U, матимуть великий надлишок нейтронів, внаслідок чого вони є бета-випромінювачами згідно реакції:
n→p+e¯ +
деe?- електрон,
Нижче буде показано, що бета-розпад еквівалентний заміні нейтрону на протон і супроводжується зміною відношення Ν/Ρ у бік стабільності.
З іншого боку, при опроміненні позитивними іонами мішеней і деталей прискорювача часто отримують дочірні радіоактивні ядра, що випускають нейтрони. У результаті цих ядрах спостерігається дефіцит нейтронів і тому зростає ймовірність розпаду, у якому ставлення Ν/Ρ зростає, тобто. відбуватиметься позитронний розпад, в результаті якого протон перетворюється на нейтрон і позитрон за схемою:
n→p+e++
де е + - Позитрон,