Ядерные силы и энергия ядерной связи

Протоны друг от друга отталкиваются между протонами и нейтронами действуют силы притяжения (Гейзенберг), за счет которых происходит образование ядра. Силы взаимодействия частиц в ядре называются ядерными силами. Природа ядерных сил до настоящего времени остается недостаточно изученной и ясной. Однако можно рассчитать энергию взаимодействия или энергию связи ядерных частиц в ядрах. [c.44]

Ядерные силы на малых расстояниях (порядка см) очень велики, с увеличением расстояния они быстро убывают. На расстоянии 3 см они практически равны нулю. Разделив энергию связи на общее число нуклонов, составляющих ядро, получим среднюю энергию связи на нуклон [c.26]

Чтобы преодолеть ядерные силы и вызвать ядерные превращения, нужны источники энергии значительно более мощные, чем те, которые в настоящее время применяют. Эти воздействия затрагивают лишь внешнюю электронную оболочку атомов, не затрагивая атомные ядра, в которых связи нуклонов во много раз превышают связи ядра с окружающими его электронами. Ядерные превращения, как известно, впервые удалось осуществить только в 1919 г. английскому ученому Э. Резерфорду, подвергшему атомы бомбардировке а-частицами высокой энергии, излучаемыми при радиоактивном распаде полония (см. гл. III). [c.467]

Образование ядра, системы очень устойчивой, из протонов и нейтронов, связывающихся ядерными силами притяжения, сопровождается выделением больших количеств энергии это энергия связи ядра. [c.42]

Ядерные силы часто характеризуют энергией связи ядерных частиц, которая приписывается различию в массах этих частиц внутри ядра и в изолированном состоянии. Например, атом гелия состоит из двух электронов, двух протонов и двух нейтронов. Массы этих частиц в изолированном состоянии равны [c.428]

Причины, которые управляют силами, действующими в ядрах (ядерные силы), и величинами энергий связи, по-видимому, подчиняются совершенно особым законам, отличным от тех, которыми определяется поведение электронов, ответственных за обычные физические и химические свойства. Следует отметить, что природа ядерных сил окончательно не выяснена. Они действуют лишь на очень коротких расстояниях (порядка 10 м) и связывают между собой небольшие структурные субъединицы (например, ансамбль двух протонов и двух нейтронов), а также отдельные протоны и нейтроны, образуя большие ядра. [c.49]

Первую информацию о главных свойствах ядерной материи при таких условиях можно получить при исследовании энергаи связи, приходящейся на нуклон E/A как функции плотности р (рис. 5.10). Для нормальной ядерной материи в равновесии эта величина имеет минимум при р =ро- С увеличением плотности короткодействующие ядерные силы действуют против сил сжатия, и энергая растет быстро и непрерывно. [c.197]

Научные работы посвящены квантовой механике и электродинамике, физике космических лучей, теории ядерных сил, мезонной физике. Совместно с Ф. Лондоном разработал (1927) квантовомеханический метод приближенного расчета длины и энергии связи в молекулярном ионе и молекуле водорода (метод Гайтлера — Лондона), чем было положено начало квантовой химии. 122, 349) [c.124]

Энергия ядерного поля может быть превращена в иные формы энергии, как это происходит с другими известными видами энергии. Действие ядерных сил связано с обменом зарядов, поэтому говорят об обменных силах . Например, нейтрон при взаимодействии с другим нуклоном может испустить электрон и нейтрино при этом он изменяет свой заряд. В первом приближении следует ограничиться этими рассуждениями [c.26]

Если бы ядерные силы действовали между всеми частицами ядра (подобно электрическим силам), то энергия ядра была бы квадратичной функцией числа нуклонов. Однако энергия связи. [c.11]

Наконец, ядро каждого атома — источник энергии. Эта энергия связана с силами взаимодействия ядерных частиц. Поскольку атомные ядра при химических реакциях не затрагиваются, энергия ядер при этом не изменяется. Поэтому обычно химиков не интересует вклад энергии ядер в теплосодержание молекулы. [c.177]

Известно, что при сближении нуклонов на расстояние порядка между ними начинают действовать мощные ядерные силы притяжения, приводящие к образованию атомного ядра. При этом всегда выделяется энергия, которая называется энергией связи ядра. Следовательно, для полного расщепления ядра на нуклоны необходимо затратить работу на преодоление ядерных сил притяжения, равную по величине энергии связи ядра. Если же происходит только частичное изменение состава ядер, то энергия может либо выделяться, либо поглощаться в зависимости от характера изменения, однако всегда при этом соблюдается закон сохранения массы веществ и энергии. [c.29]

I. ЯДЕРНЫЕ силы и ЭНЕРГИЯ ЯДЕРНОЙ СВЯЗИ [c.466]

Представление о ядерных силах, отличных от общеизвестных в природе сил, впервые было дано советским физиком академиком И. Е. Таммом и немецким физиком В. Гейзенбергом. Действие их проявляется в равной степени между всеми ядерными нуклонами (протонами и нейтронами) и не зависит от заряда частиц. Они действуют на расстоянии порядка 10 см и с увеличением расстояния быстро убывают. Эти силы, подобно силам химической валентности, обладают свойством насыщения, т. е. энергия связи ядра до известной степени пропорциональна числу образующих его нуклонов. Атомы водорода в молекуле Нг могут связаться только друг с другом, и третий атом уже не может присоединиться к ним. Точно так же атом С может присоединить себе только 4 атома Н. Подобно этому и в ядре атома образующие его нуклоны взаимодействуют только со своими ближайшими соседями и энергия связи ядра также пропорциональна числу этих частиц. [c.466]

Вернемся к области малых массовых чисел. Очевидно, если удастся из двух легких ядер составить более тяжелое ядро, при этом выделится энергия, равная разности полных энергий связи вновь образованного ядра и исходных ядер. Однако чтобы сблизить два исходных ядра на расстояние, на котором действуют ядерные силы, необходимо преодолеть кулоновские силы отталкивания протонов, т. е. сообщить ядрам значительную энергию, во много раз превышающую энергию теплового движения атомов при обычной температуре. [c.273]

Энергия связи. Как было показано выше, и объем и полная энергия связи ядер почти точно пропорциональны числу нуклонов в ядре. Первое наблюдение показывает, что ядерное вещество практически несжимаемо, второе свидетельствует о насыщенном характере ядерных сил, т. е. означает, что нуклон, находящийся в ядре, по-видимому, взаимодействует лишь с небольшим числом других нуклонов. Это в какой-то мере похоже на поведение атома в жидкости или твердом теле, где он сильно взаимодействует лишь с небольшим числом соседних атомов. Продолжая эту мысль, ядро можно сравнить с каплей несжимаемой жидкости и использовать эту аналогию при рассмотрении вопроса об энергии связи. Следуя капельной модели, с помощью полуэмпирических расчетов удалось получить очень полезные выражения , связывающие полную энергию связи (или массу) с нуклонным составом ядра (т. е. с 2 и 4). Встречающиеся в литературе выражения могут содержать несколько отличные коэффициенты, но характер входящих в них членов всегда одинаков. [c.48]

Первый и наиболее существенный член в выражении (3) отражает тот факт, что полная энергия связи пропорциональна числу нуклонов А. Это обстоятельство является прямым следствием того, что ядерные силы имеют короткий радиус действия и насыщенный характер. Как указывают наблюдаемые большие энергии связи Не, l 0 (см. рис. 5а), насыщение этих сил, по-видимому, происходит почти полностью (однако не совсем) при взаимодействии четырех частиц двух протонов и двух нейтронов. [c.48]

Свойства потенциала ядерных сил. Потенциальная энергия двух нуклонов обнаруживает большое сходство с потенциальной функцией, описывающей свойства химической связи. [c.273]

Химическая связь, с другой стороны, действует на расстояниях в 10 раз больших по сравнению с ядерными силами, и, следовательно, необходимая кинетическая энергия в 10 раз меньше — всего 10 эв, что составляет лишь небольшую долю глубины потенциала. Такое большое различие между реальными силами, действуюш ими между атомами и нуклонами, очень существенно для понимания свойств ядерной материи. [c.275]

К сожалению, не так просто показать, что создающая отталкивание сердцевина в совокупности с обменным характером ядерных сил приводит к постоянству плотности ядерного вещества и энергии связи на нуклон. Такой результат трудно получить, поскольку задача должна в значительной мере рассматриваться в аспекте проблемы многих тел [4]. [c.279]

Очевидно, что некулоновское. взаимодействие не влияет на устойчивость вещества. Некулоновские силы (ядерные силы, магнитные дипольные взаимодействия, эффекты запаздывания и радиационные поправки), как известно, вносят очень малый вклад в энергию связи реальных атомов и молекул. Релятивистские эффекты также сравнительно малы. Поэтому в качестве модели вещества мы примем совокупность положительно и отрицательно заряженных точечных частиц с чисто кулоновским взаимодействием, подчиняющихся законам нерелятивистской квантовой меха- [c.18]

Сцеплению ядра, проистекающему от специфических (короткодействующих) действующих между нуклонами сил, противостоит ку-лоновское отталкивание положительных зарядов, входящих в ядро протонов. До тех пор пока рассматриваются только специфические ядерные силы, энергия связи, приходящаяся на один нуклон, в грубом приближении одинакова для всех ядер, исключая самые легкие. Благодаря тому, что каждый нуклон вкладывает в полную (отрицательную) энергию связи ядра одинаковую долю, эта энергия, пока она обусловлена только ядерными силами, возрастает пропорционально массовому числу А. Для большинства стабильных изотопов каждого элемента массовое число А возрастает, как ядерный заряд 2, в степени, показатель которой едва ли превосходит 1,2. С другой стороны, потенциальная (положительная) энергия, обусловленная взаимным отталкиванием всех электрических зарядов, возрастает, грубо говоря, как квадрат ядерного заряда Z. Поэтому ядра с большим зарядом должны стремиться к распаду с испусканием положительно заряженных частиц, двумя возможностями которого являются а-распад и деление ядра на две приблизительно одинаковые части. [c.63]

В разд. 1.1 уже рассматривалось соотношение напряжение-деформация одиночного сегмента цепи, нагруженного в точках на концах. Однако в (несшитых) термопластах большие осевые усилия не могут быть приложены в точках вдоль основной цепной связи, а будут равномерно распределены по цепи благодаря более слабым межмолекулярным силам. Силы, действующие между молекулами, представляют собой сумму сил короткодействующего (ядерного) отталкивания и сил (электронного) вандерваальсового притяжения (которые включают электростатические силы между ионами, диполями и квадрупо-лями, наведенные силы, вызванные поляризацией атомов и молекул, и, в общем, более существенные квантовомеханические дисперсионные силы). Вандерваальсово притяжение вызывает отверждение и кристаллизацию полимеров теоретически оно достаточно хорошо изучено и детально рассмотрено Ланг-бейном [16]. С учетом этой работы и общего списка литературы к гл. 1 можно утверждать, что вторичные силы не насыщены и не направлены, т. е. не ограничены точными положениями соседних атомов, например тетраэдрическими углами связей. В соответствии со справедливостью данных предположений потенциал межмолекулярных сил, действующий на цепь или сегмент, может быть заменен суммой потенциалов взаимодействия всех подходящих пар атомов. Парные потенциалы содержат в себе составляющую силы притяжения, которую определяют теоретически и которая убывает как шестая степень межатомного расстояния [16], и составляющую силы отталкивания, для которой существуют лишь полуэмпирические выражения. Тогда полная энергия межмолекулярного взаимодействия, т. е. энергия когезии твердого тела, представляется в виде суммы парных [c.131]

Протонно-нейтронная модель атомного ядра ( 5 ). Изотопы ( 6 ). Энергия связи нуклонов и устойчивость атомного ядра ( 8 ). Ядерные силы. Взаимодействие между нумонами в ядре (10 ). Оболочечнаи модель ядра. Магические числа нуклонов ( 13). [c.238]

Оболочечная модель ядра исходит из допущения, что в атомном ядре каждый нуклон движется до некоторой степени независимо в усредненном поле, образованном другими нуклонами. Такое поле напоминает самосогласованное поле, действующее на электрон в атоме, однако эта аналогия далеко не полная. В атоме основной вклад в среднее поле вносит атомное ядро. Из-за большой массы ядра по сравнению с массой электронов положение ядра можно считать фиксированным, а самосогласованное поле относительно устойчивым. В ядрах атома нет такого стабилизирующего центра, кроме того, ядерные силы обладают радиусом действия, лишь немногим превышающим среднее расстояние между нуклонами в ядре. В связи с этим роль остаточного взаимодействия в ядре сравнительно велика. Возможность введения однонуклонных состояний для описания свойств ядер облегчается принципом Паули изменение состояния движения отдельного нуклона происходит лишь в том случае, когда ему сообщается энергия, достаточная для перевода его в состояние, не занятое другими нуклонами. Поэтому средняя длина свободного пробега нуклона малой энергии в ядерном веществе равна приблизительно 20-10 см, т. е. значительно превышает диаметр ядра. [c.368]

Ядерные силы, удерживающие нуклоны, самые интенсивные из известных (см. сильное взаимод). Так, силы действующие между двумя протонами, на 100 порядков выше сил электростатич. взаимод. между ними. Энергия связи ядра, отвечающая энергии, необходимой для расщепления я.а. на отд. нуклоны, равна разности массы нуклонов и массы ядра, умноженной на с . Для б.ч. ядер она равна 6—8 МэВ в расчете на 1 нуклон. nu leus (1) [c.260]

Это соотношение и объясняет тот факт, что при малых массовых числах наиболее устойчивы изотопы с Z = N = А/2 (как, например, С или ) Ы). У устойчивых тяжёлых ядер число нейтронов N всегда несколько превышает Z, чтобы скомпенсировать действием ядерных сил электростатическое рассталкивание протонов. Из (1.3.3) и (1.3.4) также вытекает, что наиболее устойчивыми будут чётно-чётные ядра, что и определяет суш,ествование большого числа стабильных изотопов с чётным Z, о чём говорилось ранее. При отклонении заряда ядра или массового числа от области стабильности энергия связи уменьшается и становится отрицательной, вследствие чего атомное ядро теряет устойчивость и оказывается способным к самопроизвольному превраш,ению в ядра с другими А ц. Z. Более того, поскольку притяжение нуклонов пропорционально А, а энергия электростатического взаимодействия пропорциональна Z , то при больших Z энергия связи ядра всегда будет отрицательна, чем объясняется отсутствие стабильных ядер с > 83. Отметим, что формула (1.3.3) относится к энергии связи основного, наинизшего состояния ядра. Возбуждённые же состояния ядра, как и возбуждённые состояния электронов в атомных оболочках, неустойчивы сами по себе и подвержены спонтанному распаду в основное состояние с испусканием одного или нескольких гамма-квантов. Однако, поскольку энергия связи нуклонов в ядре при возбуждении суш,ественно уменьшается, то возбуждённое ядро может также превратиться в другое ядро путём испускания каких-либо частиц. [c.22]

И силы отталкивания между ядрами и электронами разных атомов. Устойчивого состояния молекула достигает тогда, когда силы притяжения уравновесят силы отталкивания. Оно отвечает определенной длине связи Го и минимуму потенциальной энергии (энергии связи О), как это видно из рис. П. Когда атомы находятся на бесконечно большом расстоянии г, то потенциальная энергия системы из двух атомов равна нулю. Равновесное расстояние Гп, соответствующее минимуму энергии системы, является межъ-ядерным расстоянием или длиной связи. При дальнейшем уменьшении г над силами притяжения преобладают силы отталкивания, энергия системы сильно возрастает и атомы расходятся. Минимум на кривой потенциальной энергии часто называют потенциальной ямой . [c.78]

В ядрах атомов между протонами как одноименно заряженными частицами, кроме ядерных сил притяжения, должны действовать и электрические силы отталкивания. В более легких атомах эти кулоновские силы отталкивания сравнительно небольшие и подавляются значительно превосходяш,ими их ядерными силами притяжения. Поэтому эти ядра обладают высокой степенью прочности. В тяжелых ядрах, имеюш,их большое количество протонов, электрические силы отталкивания значительно возрастают и энергия связи на 1 нуклон уменьшается. Если число протонов в ядре превышает 100, ядро теряет свою устойчивость. Следовательно, периодическая система химических элементов должна иметь свой естественный предел, не превышающий, по-видимому, порядкового номера немногим более 100. Это и подтверждают опыты искусственного получения ядер тяжелых элементов, имеющих ничтожно малый период жизни — минуты, секунды- [c.469]

Хотя ряд основных членов взаимодействия на относительно больших и умеренно малых ядерных расстояниях довольно хорошо выяснен, все же наличных сведений о свойствах мезонов и нуклонов и имеющихся теоретических средств оказывается далеко недостаточно, чтобы удовлетворительно описать поведение нуклонов и их связь с мезонами при малых расстояниях в ядрах, или при высоких энергиях в космических лучах либо достигнутых в современных ускорителях.В частности, вопреки ожиданию, нри увеличении энергии сталкивающихся протонов рассеяние остается не зависящим от энергии примерно до 400 млн. эв. Подсчет ядерного потенциала при его последовательной релятивистской трактовке, когда нужно учитывать разные отсчеты времени у обоих взаимодействующих нуклонов (а также нри невозможности использовать обычную теорию возмущения ввиду большой величины константы связи нуклонов с тг-мезон-ным полем), оказался столь сложным, что до сих пор идут оншвленные дискуссии о методах подсчета тех или иных членов в ядерном потенциале. Результаты расчетов, согласно релятивистским уравнениям Бете—Саль-нетера или приближенному методу Фока—Тамма—Данкова—Дайсона — Леви, отметив нелокальный характер потенциала на малых расстояниях, существенно пе изменили создавшейся ситуации в самое последнее время мы все больше и больше приходим к заключению, что ядерные силы не могут быть полностью объяснены чистым тг-мезонным нолем, связанным с точечными нуклонами. Поэтому необходимо внести в закон взаимодействия нуклонов по крайней мере следующие модификации. [c.76]

На кривой рис. 93 (стр. 239), характеризующей среднюю энергию связи на нуклон в зависимости от массового числа ядра, видно, что в области малых массовых чисел (до 125) средняя энергия связи иа одну частицу в ядре возрастает с увеличением массового числа. Это объясняется краткостью действия ядерных сил, удерживающих нуклоны в ядре. Чем больпге нейтронов и протонов находится в непосредственной близости к данному нуклону, тем прочнее его связь с ними следовательно, тем большая энергия связи приходится иа один нуклон. Однако при больших массовых числах (Л>125) некоторые нуклоны в ядре находятся на относительно больших расстояниях друг от друга, вследствие чего начинают подвергаться действию кулонов-ских сил отталкивания. Поэтому в области больших массовых чисел средняя энергия связи, приходящаяся на одну частицу, уменьшается. [c.273]

ДЕЙТРОН (дейтой) — ядро атома одного из тяжелых изотопов водорода — дейтерия обозначается D , или (1 состоит из одного протона и одного нейтрона, энергия связи к-рых в Д,, равная 2,23 М.эв, значительно меньше энергпи связи ядерных частиц в других, более тяжелых ядрах собственный момент количества движения (спин) равен 1 магнитный момент равен 0,857348 ядерного магнетона. Будучи простейшей системой частиц, связанных ядерными силами, Д, представляет большой интерес для изучения природы этих сил, В качестве бомбардирующих частиц Д. широко используются в. чдерных реакциях, в частности в реакциях, служащих источником быстрых нейтронов. Химич. свойства ионов легкого и тяжелого водорода (протона и Д.) заметно различаются, что связано со значительным относительны.м различием в их массах и, следовате.льно, в нулевых энергиях (см. Водород, Дейтерий, Изотопные эффект ы). [c.527]

И114. Sengupta S. Отсутствие стабильных изобаров с нечетными массовыми числами — следствие насыщения ядерных сил и увеличения энергии связи при образовании пар нуклонов. Phys. Rev., 1953, 89, 1296—1297. [c.82]

При радиоактивном распаде тяжелого ядра испускание а-частицы связано с ее переходом через потенциальный барьер из области внутри ядра в область вне ядра, где ядерные силы не действуют. Вероятность этого процесса и, следовательно, среднее время жизни по отношению к а-рас-паду очень сильно зависят от высоты потенциального барьера. Это значит, что константа а-распада (или период полураспада) зависит от величины радиуса ядра R, так как при г = R потенциал отталкивающих кулопов-ских сил уже не компенсируется потенциалом ядерных сил притяжения. Квантовомеханическая теория а-распада хорошо описывает соотношение между константой распада и энергией а-частицы (см. гл. VHI, раздел А), что позволяет вычислять радиусы тяжелых ядер на основании опытных данных о Еа и I1/2. Таким образом были определены радиусы а-радиоактив-ных ядер с 4 > 208 они находятся в пределах от 8,4-10 до 9,8-Ю см. [c.40]

Энергия спаривания нейтронно-протонных пар больше, чем для пар одинаковых нуклонов, что связано с характером ядерных сил (см. гл. IX). Ядерное взаимодействие больше у нуклонов с параллельными и меньше у нуклонов с антипараллель-ными спинами. Согласно нринцину Паули, запрещающему нахождение в данном энергетическом состоянии двух одинаковых нуклонов с параллельными спинами, р — р-и ге — п-взаимодействия меньше, чем п — р. Именно большая энергия нейтронно-протонного спаривания обеспечивает стабильность и существование нечетно-нечетных ядер (Ш, Li , Bii и N1 ), в то время как их четно-четные изобары (динейтрон. Не , Bel д Q14) нестабильны. С ростом Z увеличивается кулоновское отталкивание, что в конце концов препятствует наиболее слабо связанному протону занимать тот же энергетический уровень, что и наименее связанный нейтрон. Поэтому в тяжелых ядрах нейтронно-протонное спаривание не имеет места, в то время как спаривание однотипных нуклонов возможно при всех А [И]. [c.50]

Мезонные теории ядерных сил. Качественное подобие химических и ядерных сил некогда побудило ученых, а именно Юкаву [3], исследовать возможность объяснения ядерных сил обменом какой-то частицей между двумя нуклонами, аналогично химической Связи, зависящей от обмена электроном между двумя атомами. Это не означает, что нуклон при этом рассматривается как сложная частица (подобно атому), поскольку считается, что участвующая в обмене частица возникает лишь в момент излучения ее одним нуклоном и исчезает в момент поглощения другим. Процессы такого рода, в которых имеет место обмен виртуальными частицами, фигурируют во всех аспектах современной теории поля, выходящей за пределы классической концепции действия на расстоянии. Так, например, кулоновское взаимодействие двух заряженных частиц в настоящее время анализируется посредством обмена виртуальными фотонами между этими зарядами. Возникновение виртуальной частицы сразу ставит вопрос о сохранении энергии, поскольку для ее создания необходима энергия. Откуда же берется необходимая энергия Ответ ниоткуда как раз и означает, что частица является виртуальной сохранение энергии обеспечивается тем, что частица живет не слишком долго. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что [c.277]

При изучении ядерных реакций было обнаружено, что процессы d, р) происходят при энергиях, гораздо меньших высоты кулоновского барьера ядра-мишени, и с сечениями значительно большими, чем для соответствующей реакции (d, га), особенно для тяжелых ядер. Оба эти факта совершенно не согласуются с предсказаниями модели составного ядра при энергии ниже высоты кулоновского барьера реакции, вообще говоря, не должно бы быть, а если компаунд-ядро все же образуется, то нейтроны должны были бы преобладать над протонами, особенно в случае элементов с большими атомными номерами. Эта явная аномалия была объяснена Оп-пенгеймером и Филлипсом [6] как результат поляризации дейтрона в кулоновском поле ядра. Они предположили, что при сближении с ядром нейтронный конец дейтрона поворачивается к ядру, а протонный конец отталкивается кулоновскими силами. Из-за относительно большого расстояния между нуклонами в дейтроне (несколько ферми) протон еще не доходит до кулоновского барьера, когда нейтрон достигает поверхности ядра. И поскольку энергия связи дейтрона составляет всего 2,23 Мэв, действие ядерных сил на нейтрон приводит к развалу дейтрона, причем протон остается снаружи потенциального барьера. Описанное только что явление обычно называют процессом Оппенгеймера — Филлипса (О — Ф). Аналогичный механизм, по-видимому, имеет место и в случае реакции (Не , р) при малых энергиях. Интересная особенность О — Ф-процесса состоит в таком разбросе энергий возникающих протонов, который включает и значения, превышающие энергию падающего дейтрона, т. е. в ряде случаев возбуждение компаунд-ядра таково, как будто произошел захват нейтрона с отрицательной кинетической энергией. [c.310]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология