Fizică nucleară

1. Nucleului atomic

În urma experimentelor s-a stabilit că masa atomului şi toată sarcina pozitivă este concentrată într-un volum mic in centrul atomului, zonă numită nucleu atomic. În jurul nucleului gravitează un număr de electroni care compensează sarcina pozitivă a nucleului.

La sfârşitul secolului trecut a fost descoperită radioactivitatea. Emisia din atomi a unor particule încărcate şi neutre din punct de vedere electric, cum ar fi radiaţiile: alfa, beta, gama, s-a constat că ar fi emise din nucleu. Acest lucru a dus la concluzia că nucleul ar avea şi el o structură.

După descoperirea neutronului de către Chadwick în 1932, Heisenberg şi Ivanenko au elaborat în 1933 modelul protono-neutronic al nucleului. Conform acestui model, nucleul este alcătuit din protoni şi neutroni. Un nucleu este format din Z protoni şi A-Z neutroni.

Acest model este în concordanţă cu rezultatele experimentale referitoare la sarcina, masa şi spinul nuclear.

În funcţie de numărul de protoni şi neutroni nucleele au fost împărţite în:

Izobari au aceeaşi greutate, acelaşi A:

Izotopi au acelaşi număr de ordine, acelaşi Z:

Izotoni acelaşi număr de neutroni, acelaşi A-Z:

Izomeri acelaşi Z, acelaşi A, dar au timpul de viaţă diferit, ceea ce înseamnă că izomerii constituie acelaşi mediu în diverse stări de excitare. Trecerea dintr-o stare în alta se face prin emisia unui foton de la unul la altul.

Nuclee oglindă perechi de izobari în care numărul de protoni dintr-un nucleu este egal cu numărul de neutroni din celălalt nucleu: .

Sarcina nucleului atomic reprezintă numărul de protoni din nucleu: . Determinarea sarcinii nucleului înseamnă determinarea numărului de ordine Z.

Constituientii nucleului atomic

In compozitia nucleului intra Z protoni.

-masa protonului: mp=(1,007276470±0,00000011)u deci masa protonului este aproape egala cu 1u

-masa neutronului: mn=(1,008665±0,000003)u aproximativ 1u

nucleul este format din Z protoni si (A-Z) neutroni

-numarul de masa A este egal cu numarul de protoni si de neutroni din nucleu si indica aproximativ masa sa

-nucleonii sunt constituentii nucleului.

Masa nucleului

Masa nucleului se poate scrie ca suma maselor nucleonilor componenţi şi se exprimă în unităţi de masă.1u=m(12C)/12. Unitatea de masă are valoarea u=1,66 10-27Kg.

Comparând valorile experimentale ale maselor cu cele rezultate din formula s-a constatat că masa determinată experimental este mai mică decât cea determinată teoretic.

unde este numit defect de masă.

s-a interpretat ca fiind corespunzător unui defect de energie pe baza relaţiei lui Einstein:

Un nucleu constituie un sistem legat de particule şi pentru a scoate o particulă din acest sistem este necesar să furnizăm nucleului o anumită cantitate de energie egală cu energia cu energia de legătură a particulei în nucleu. Acest defect de energie s-a interpretat ca fiind energia pe care o eliberează nucleele la formarea lui din nucleoni liberi şi care este strict egală cu energia pe care trebuie să o furnizăm nucleului pentru al desface în nucleonii componenţi, această energie este energia de legătură a nucleului.