Belajar

Nukleus atom

Hampir semua jisim atom tertumpu dalam nukleus yang hanya beberapa femtometer merentasi. Nukleus mengandungi proton dan neutron, bersama-sama dipanggil nukleon, dan strukturnya mencerminkan persaingan antara interaksi nuklear jarak pendek, tolakan elektrik antara proton dan kesan kuantum. Oleh itu nombor atom sahaja tidak mencukupi untuk menerangkan satu nuklid tertentu.

Notasi nuklid menjadikan bilangan zarah jelas

Nuklid ditulis sebagai ᴬZX. Nombor atom Z ialah bilangan proton dan menentukan unsur, manakala nombor jisim A ialah jumlah nukleon; maka bilangan neutron ialah N=A−Z. Menukar Z menukar unsur. Menukar N sambil mengekalkan Z menghasilkan isotop berlainan bagi unsur yang sama. Cas nuklear ialah +Ze, sedangkan hampir semua jisim atom datang daripada proton dan neutron.

ᴬZX · N = A − Z

Saiz nukleus dan ketumpatan nuklear

Jejari nuklear menghampiri R = r₀A^(1/3), dengan r₀≈1.2 fm. Oleh sebab isipadu berkadar dengan R³, isipadu bertambah hampir sebanding dengan A, dan jisim juga hampir sebanding dengan A. Maka ketumpatan bahan nuklear hampir malar bagi julat nukleus yang luas. Skala ini sangat kecil berbanding seluruh atom; awan elektron berpuluh ribu kali lebih besar pada skala panjang.

Kalkulator nuklid

Masukkan A dan Z untuk mengira N dan jejari anggaran.

nombor jisim A nombor atom Z

Daya nuklear dan tenaga pengikatan

Interaksi nuklear kuat antara nukleon berjarak pendek tetapi cukup kuat untuk mengikat nukleus walaupun proton saling menolak secara elektrik. Jisim nukleus terikat lebih kecil daripada jumlah jisim nukleon bebas yang sepadan; kecacatan jisim Δm menghasilkan tenaga pengikatan B=Δmc². Tenaga pengikatan per nukleon berguna untuk membandingkan kekuatan pengikatan antara nukleus, walaupun ia bukan satu-satunya faktor yang menentukan laluan pereputan.

B = Δmc²

Kestabilan, isotop dan radioaktiviti

Tidak semua gabungan Z dan N stabil. Bagi nukleus ringan, nuklid stabil sering mempunyai N≈Z, manakala nukleus lebih berat memerlukan lebihan neutron untuk mengurangkan kesan tolakan antara proton. Isotop tidak stabil boleh mereput melalui alfa, beta, gama atau mekanisme lain. Pereputan satu nukleus bersifat rawak, tetapi populasi besar boleh dihuraikan secara statistik menggunakan separuh hayat dan pemalar pereputan.

Contoh terselesai

1. Mengira neutron

Penyelesaian

Bagi karbon-14, A=14 dan Z=6. Maka N=A−Z=8 neutron. Nilai Z=6 ialah sebab nuklid itu masih karbon.

2. Jejari anggaran

Penyelesaian

Bagi A=64, R≈1.2×64^(1/3) fm=1.2×4≈4.8 fm. Nilai ini ialah skala ciri, bukannya sempadan nukleus yang keras dan tajam.

3. Kecacatan jisim dan tenaga pengikatan

Penyelesaian

Jika kecacatan jisim Δm=0.010 u, B≈0.010×931.5 MeV≈9.32 MeV. Kehilangan jisim sepadan dengan tenaga yang dilepaskan apabila keadaan terikat terbentuk.