38. Fizyka jądrowa

38.1 Wstęp

  Każde jądro atomowe składa się z protonów i neutronów wiązanych siłami jądrowymi, niezależnymi od ładunku. Ponieważ neutron i proton mają prawie taką samą masę i bardzo zbliżone inne własności, więc obydwa określa się wspólną nazwą nukleon . Nazwa nuklid jest używana zamiennie z terminem jądro.

Nuklidy o tej samej liczbie protonów, różniące się liczbą neutronów nazywamy izotopami . Łączną liczbę protonów i neutronów w jądrze nazywamy liczbą masową jądra i oznaczamy literą A. Liczba neutronów jest dana równaniem A − Z, gdzie Z jest liczbą protonów zwaną liczbą atomową. Wartość liczby A dla jądra atomowego jest bardzo bliska masie odpowiadającego mu atomu. Atom pierwiastka X o liczbie atomowej Z i liczbie masowej A oznaczamy symbolem .

Wyniki pomiarów rozpraszania wysokoenergetycznych protonów lub neutronów na jądrach atomowych pozwalają wyznaczyć rozkład masy w jądrze i jego rozmiar. Z tych pomiarów wynika, że jądra mają kształt kulisty oraz że średni promień dla wszystkich jąder (oprócz najmniejszych) jest dany wyrażeniem

(38.1)

Jednostki
Ponieważ rozmiary jąder i cząstek elementarnych są bardzo małe dlatego stosujemy jednostkę femtometr zwaną też fermi (fm);
1 fm = 10−15 m.

W tabeli 14.1 przedstawione zostały gęstości wybranych obiektów min. gęstość jądra uranu ρ = 1017 kg/m3. Obliczymy teraz tę gęstość na podstawie wzoru (38.1).

Dla jądra o promieniu R i liczbie masowej A liczba cząstek na jednostkę objętości wynosi

(38.2)

Gęstość ρ obliczamy jako iloczyn liczby nukleonów N w jądrze i masy nukleonu. Masa protonu jest z dobrym przybliżeniem równa masie neutronu i wynosi M = 1.67·10−27 kg. Stąd

(38.3)

Zauważmy, że gęstość materii jądrowej nie zależy od rozmiarów jądra, ponieważ jego objętość jest proporcjonalna do liczby masowej A.