Ядро атома

Ядро – центральная часть атома. В ядре сосредоточены положительный электрический заряд и основная часть массы атома.
По сравнению с размерами атома, который определяется радиусом электронных орбит, размеры ядра Чрезвычайный малые 10 -15 -10 -14 м, то есть примерно в 10 миллионов раз меньше размера самого атома.
Ядра всех атомов состоят из протонов и нейтронов, близких по массе и другими свойствами частиц, из которых лишь протоны несут электрический заряд. Полное число протонов называется атомным номером Z атома и совпадает с числом электронов в нейтральном атоме. Протоны и нейтроны, их еще называют нуклонами, удерживаются вместе очень большими силами. По своей природе эти силы не могут быть ни электрическими, ни гравитационными, а по величине они на много порядков превышают силы, которые связывают электроны с ядром. Это взаимодействие получило название сильного взаимодействия.
Ядро простейшего атома – атома водорода – один протоном.
Масса ядра несколько меньше суммарную массу протонов и нейтронов, его составляющих, что обусловлено притяжением между нуклонами. Притяжения уменьшает общую энергию ядра, которая связана с массой формуле Эйнштейна. Уменьшение массы ядра по сравнению с массой его составляющих называется дефектом массы.
Количество протонов в составе ядра определяет химический элемент. При постоянном числе протонов ядро определенного химического элемента может иметь разное количество нейтронов. Ядра с разным количеством нейтронов, но одинаковым количеством протонов называются изотопами химического элемента. Например, ядро водорода имеет три изотопа: без всякого нейтрона – Однако, с одним нейтроном – дейтерий и с двумя нейтронами – тритий. Для большинства элементов периодической таблицы число нейтронов несколько превышает число протонов.
Среди изотопов различают стабильные и нестабильные. Нестабильные изотопы превращаются в ядра других элементов в результате одного из типов радиоактивного распада. Некоторые тяжелые химические элементы не имеют стабильных изотопов.
Один элемент можно преобразовать в другой с помощью ядерной реакции. Ядерные реакции, отличные от реакций радиоактивного распада, происходящих при столкновении очень быстрых ядер. Энергии столкновения должно хватить на преодоление кулоновского барьера, то есть сил кулоновского отталкивания между положительно заряженными ядрами. Исключение составляют реакции, в которых одним из реагентов является незаряженным частица – нейтрон.
Ядро характеризуется зарядовой числом Z, числом нейтронов N, и их суммой массовым числом A. Протоны и нейтроны, входящие в состав ядра, относятся к фермионов, то есть имеют полуцелым спином. Спин ядра является суммой спинов нуклонов, однако эта сумма не является алгебраической, учитывая особые правила сложения спинов и орбитальных моментов в квантовой механике. Соответственно, ядра имеют магнитные моменты, связанные со спином ядерным гиромагнитное отношение, в котором магнетон Бора заменяется на ядерный магнетон.
Ядра большинства химических элементов, встречающихся в природе возникли в результате ядерных реакций в звездах. При большом взрыва возникли протоны и электроны. Остальные элементы являются продуктами нуклеосинтеза, который проходил внутри в звездах. Образованные химические элементы выбрасываются звездами в межзвездное пространство при возникновении новых и сверхновых. Со временем выплюнуть звездами вещество вновь собирается вместе, образуя новые звезды и планеты.
Понятие о ядре атома ввел в 1911 году Эрнест Резерфорд, проведя эксперименты по рассеянию альфа-частиц на металлической фольги и предложив планетарную модель атома.
Ядра атомов и их преобразования изучает ядерная физика.