Атомско језгро

Готово сва маса атома концентрисана је у језгру димензије свега неколико фемтометара. Језгро садржи протоне и неутроне, нуклеоне, а његову структуру одређују краткодометна нуклеарна интеракција, електрично одбијање и квантни ефекти.

Нуклидна ознака раздваја бројеве

У ⁽ᴬ⁾₍Z₎X, Z је број протона, A укупан број нуклеона, а N=A−Z број неутрона. Промена Z мења елемент; промена N при истом Z даје изотоп.

A и Z су бројања, а не масе у килограмима. Наелектрисање језгра је +Ze.

Нуклидна ознака раздваја бројевеXAZN = A − ZR ≈ r₀A¹ᐟ³B = Δmc²
Нуклидна ознака раздваја бројеве — У ⁽ᴬ⁾₍Z₎X , Z је број протона, A укупан број нуклеона, а N=A−Z број неутрона. Промена Z мења елемент; промена N при истом Z даје изотоп.

Величина језгра прати A на кубни корен

Емпиријски R≈r₀A¹ᐟ³ са r₀≈1,2 fm. Пошто запремина расте као R³, густина нуклеарне материје је приближно слична за многа језгра.

Ако A порасте осам пута, R се удвостручује. Језгро је и даље изузетно мало у односу на атомски електронски облак.

Дефект масе је енергија везивања

Маса везаног језгра мања је од збира маса истих слободних протона и неутрона. Разлика Δm даје B=Δmc².

То је енергија потребна да се језгро растави на слободне нуклеоне; маса није „нестала“, већ је део енергетског биланса.

Дефект масе је енергија везивањапроменљиваодзивR ≈ r₀A¹ᐟ³физичка веза
Дефект масе је енергија везивања — Маса везаног језгра мања је од збира маса истих слободних протона и неутрона. Разлика Δm даје B=Δmc² .

Стабилност није одређена једном величином

Однос N/Z, љуске, упаривање и Кулоново одбијање протона утичу на стабилност.

Велико B/A само по себи не гарантује да језгро неће бити радиоактивно; важне су и дозвољене путање ка нижој енергији.

Решени примери

1. Уранијум-238

Z=92. Колико има неутрона?

Решење

N=238−92=146.

2. Полупречник

A постане осам пута веће.

Решење

R постаје 2 пута веће.

3. Дефект масе

Δm=0,010 u.

Решење

B≈9,32 MeV.

У прецизним масеним прорачунима треба разликовати масени број A, измерену атомску масу и масу голог језгра. Ако се користе атомске масе, електронске масе и енергије везе електрона морају бити третиране доследно. Масени број описује састав, док дефект масе носи информацију о енергетици везивања.

Нуклеарни прорачуни су осетљиви на дефиниције и на то које честице припадају почетном и крајњем стању. Масени број A је цео број нуклеона, док табеларна атомска маса обухвата и електроне. Зато атомске и нуклеарне масе не треба мешати без корекције. Најсигурнији поступак је прво написати целу реакцију или прелаз, проверити A, Z и електрични набој, а тек онда правити масени и енергетски биланс. Позитивна Q-вредност показује да је крајње стање енергетски доступно, али сама не одређује брзину. Тунеловање, слаба интеракција, електромагнетна правила избора и доступна побуђена стања одређују вероватноћу. Мерено зрачење и полуживот зато се тумаче заједно са законима очувања, а не уместо њих.

Корисна је и независна провера реда величине. MeV енергије, очување A и Z и знак Q-вредности треба да подрже исту физичку слику. Ако бројчани резултат даје погрешан елемент, нарушен биланс наелектрисања или енергију без одговарајуће масене разлике, много је вероватнија грешка у књиговодству него нов физички ефекат. Оваква провера је посебно важна када у крајњем стању учествује више честица или побуђених нивоа.