Атомное ядро
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса и структура которого определяет химический элемент, к которому относится атом. Размеры ядер различных атомов составляют от одного фемтометра, что в 100 тысяч раз меньше размеров самого атома. Масса ядер примерно в 4000 раз больше массы входящих в атом электронов и сильно зависит от количества входящих в него частиц и энергии их связи.
Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Атомное ядро, рассматриваемое как частица с определённым числом протонов и нейтронов, часто называется нуклидом.
Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом Z — это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом в таблице Менделеева. Количество протонов в ядре полностью определяет структуру электронной оболочки нейтрального атома и, таким образом, химические свойства соответствующего элемента. Количество нейтронов в ядре называется его изотопическим числом N. Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами. Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов — называются изотонами. Термины изотоп и изотон используются также применительно к атомам, содержащим указанные ядра, а также для характеристики нехимических разновидностей одного химического элемента. Полное количество нуклонов в ядре называется его массовым числом A (очевидно A = N + Z) и приблизительно равно средней массе атома, указанной в таблице Менделеева.
Как и любая квантовая система, ядра могут находиться в метастабильном возбуждённом состоянии, причём в отдельных случаях время жизни такого состояния исчисляется годами. Такие возбуждённые состояния ядер называются ядерными изомерами.
Для обозначения атомных ядер используется следующая система:
- в середине ставится знак химического элемента, что однозначно определяет зарядовое число Z ядра
- слева сверху от этого обозначения ставится массовое число A
Таким образом, состав ядра оказывается полностью определён, так как N = A — Z.
Например,
238U — ядро урана-238, в котором 238 нуклонов, из которых 92 — протоны, так как элемент уран имеет 92-й номер в таблице Менделеева Иногда, однако, для полноты вокруг обозначения элемента указывают все характеризующие ядро его атома числа:
- слева снизу — зарядовое число Z, то есть, то же самое, что указано символом элемента
- справа снизу — изотопическое число N
- если речь идёт о ядерном изомере, к символу приписывается буква m.
По историческим и иным причинам, некоторые ядра имеют самостоятельные названия.
Например, ядро 4He называется α-частицей, ядро дейтерия 2H (или D) — дейтроном, а ядро трития 3H (или T) — тритоном.
Последние два ядра являются изотопами водорода и поэтому могут входить в состав молекул воды, давая в итоге так называемую тяжёлую воду.
Лишь небольшая часть нуклидов являются стабильными. В большинстве случаев ядерные силы оказываются неспособны обеспечить их постоянную целостность, и ядра рано или поздно распадаются. Это явление получило название радиоактивности.
В отдельных случаях продукты распада ядра оказываются способными инициировать распад соседних ядер. В этом случае возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.
Наоборот, ядра, в которых очень мало нуклонов, в условиях огромных давлений и температур, способны сливаться воедино, давая более тяжёлые ядра. Если слияние происходит с выделением энергии, то такая реакция тоже может поддерживать сама себя и называется термоядерной.
