Атомне ядро
А́томне ядро́ — позитивно заряджена центральна частина атома, в якій зосереджено майже всю його масу.
Зміст
Характеристика
За сучасними уявленнями, атомне ядро складається з протонів і нейтронів, які є різними станами однієї частинки — нуклона.
Загальне число нуклонів в атомному ядрі дорівнює цілочисловому, округленому значенню маси атомної А, яке називають числом масовим.
Число протонів в атомному ядрі дорівнює порядковому номеру хімічного елемента Z, число нейтронів А — Z.
Ядра ізотопів мають різне число нейтронів при однакових Z, а ізобар — різне число Z при однакових А. Ізотопи кисню, наприклад, позначають 
; урану — 
Для деяких легких атомних ядер прийнято спеціальні назви й позначення: наприклад, ядро водню 
названо протоном (р); ядро важкого водню (дейтерію) 
— дейтоном, або дейтроном (d, D); ядро тритію 
— тритоном (t, T); ядро гелію 
— альфа-частинкою (б).
Маса та енергія — основні характеристики атомного ядра. Масу визначають різними методами, найчастіше — за допомогою мас-спектроскопії. Маса ядра завжди менша за суму мас нейтронів і протонів, з яких утворено атомне ядро. Це зумовлено тим, що під час утворення ядра виділяється певна кількість енергії зв’язку, яка пов’язана зі зміною маси. Порівняння енергії зв’язку для легких і важких ядер показує, що для одержання енергії атомної доцільні синтез легких і поділ важких атомних ядер.
Електричний заряд атомного ядра — також його важлива характеристика. Величина заряду дорівнює Zе, де е — заряд одного протона.
Складнішими електричними характеристиками ядра є дипольний і квадрупольний моменти (див. Мультиполь), які є мірою відхилення форми заряду від сферично симетричної.
Розмір і форма атомного ядра
Мікрочастинки не ототожнюють з макроскопічними тілами, проте для наочності вважають, що атомні ядра мають форму кулі (сферичні ядра), радіусом якої є та віддаль, на якій починає проявлятися дія ядерних сил; кінець такого радіуса-вектора може описати в просторі еліпсоїд обертання чи навіть неаксіальне тіло (деформовані ядра).
Різними дослідами (розсіювання електронів, б-частинок, швидких нуклонів, б- і в-розпади) встановлено, що радіуси атомного ядра порядку (1,2–1,3) Ч 10-15 А1/3 м. Об’єм атомного ядра пропорційний числу нуклонів у ньому, об’єм одного нуклона постійний; отже, густина ядерної речовини в усіх атомних ядрах приблизно однакова (1,4 Ч 1017 кг/м3).
Перетворювання атомного ядра
Окрім стабільних ядер, у природі існують і радіоактивні ядра (див. Радіоактивність). Багато їх утворюється в процесі поділу важких ядер у ядерних реакторах. Радіоактивні перетворювання відбуваються відповідно до трьох основних законів: збереження і перетворювання енергії, збереження заряду та збереження імпульсу. Основна величина, яка характеризує стійкість атомного ядра, — період піврозпаду. Деякі стабільні й радіоактивні ядра мають кілька ізомерів — ядер з однаковим складом, але з різною енергією зв’язку й періодом піврозпаду. Усі атомні ядра під дією нейтронів, протонів, дейтронів, б-частинок, фотонів, мезонів і електронів, а також під дією інших ядер, прискорених важких іонів відповідної енергії, внаслідок ядерних реакцій можуть перетворюватися на інші атомні ядра. При цьому виділяється (екзотермічні реакції) або поглинається (ендотермічні реакції) енергія. Найбільше енергії виділяється в процесі поділу важких і синтезу легких ядер (термоядерні реакції). Ці реакції використовують для здійснення ядерних реакцій ланцюгових, які є джерелом атомної енергії (див. Енергетика атомна, Електростанція атомна). У результаті використання ядерних реакцій одержано велике число нових ізотопів, відкрито нові хімічні елементи — технецій, прометій, астат, францій і трансуранові елементи (від 93-го до 104-го). Розпочато пошуки далеких трансуранових елементів в експериментах із вивчення взаємодії важких іонів із важкими ядрами, а також нейтронних і надважких ядер.
Будова атомного ядра
За сучасними уявленнями, атомне ядро — квантова система, що існує переважно у збуджених станах. Її характеризують квантовими числами: спіном S, парністю стану р, магнітним m і квадрупольним Q0 моментами тощо.
Центральною проблемою фізики атомного ядра є питання про сили, що діють між ядерними частинками. Те, що однойменно заряджені протони не розлітаються, означає, що в ядрі, крім кулонівських сил відштовхування, діють і сили притягання — ядерні сили, величина яких значно більша за величину кулонівських, магнітних чи гравітаційних сил.
Закон дії ядерних сил ще остаточно не встановлено. Проте відомо, що ці сили діють тільки між сусідніми частинками на віддалях, сумірних із розмірами ядра, і мають здатність насичуватися.
Сучасна мезонна теорія ядерних сил вважає, що ці сили є віртуальним (див. Віртуальні переходи) обміном мезонами, маса яких близька до маси 200 електронів. Окрім ядерних, у ядрі діють і електромагнітні сили та мають місце слабкі взаємодії. У зв’язку з відсутністю теорії поля ядерних сил доводиться вдаватися до ядерних моделей, за допомогою яких розв’язують окремі задачі. Так, за допомогою краплинної моделі атомного ядра вдалося завбачити закономірності поділу ядер, з’ясувати процеси взаємодії повільних нейтронів з атомним ядром і створити термодинаміку ядерної речовини. Модель ядерних оболонок створено на основі встановлених періодичностей у властивостях ядер, багато в чому подібних до періодичностей у властивостях атомів. Синтезом краплинної та оболонкової моделей є узагальнена модель ядра, яка дає змогу систематизувати й завбачати енергетичні рівні ядер. Надплинна модель перебуває в стані свого розвитку. Вивчення процесів взаємодії частинок з атомним ядром призвело до створення статистичної, оптичної й дифракційної моделей ядерних реакцій. Проте всі ці моделі тільки приблизно відображають властивості атомного ядра. Створення теорії атомного ядра, яка б охоплювала всі властивості й закономірності ядерних перетворень, є черговим завданням сучасної науки, насамперед фізики ядерної. Розвиток фізики атомного ядра показує, що кожна форма матерії, зокрема атомні ядра й елементарні частинки, які не є останньою «цеглиною світу», змінюється, перетворюючись на інші форми матерії.
Література
- Широков Ю. М., Юдин Н. П. Ядерная физика. Москва, 1972.
- Давидов О. С. Атоми. Ядра. Частинки. Київ, 1973.
- Вальтер А. К., Залюбовский И. И. Ядерная фізика: Учебник. Xарьков: Издательство Харьковского государственного университета, 1974.
- Каденко І. М., Плюйко В. А. Фізика атомного ядра та частинок. Київ, 2019.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Пасічник М. В. Атомне ядро // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Атомне ядро (дата звернення: 27.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 03.09.2020
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
Національна поліція України
