Стабилност на ядрото
Можете да начертаете ядрата, които са наистина стабилни, ако изчислите броя на неутроните N за всяко от тях и посочите атомния номер Z на всяко ядро. Графика на зависимостта на N от Z в стабилни ядра е показана на фиг. 1.2.
Ориз. 1.2. Съотношението на броя на неутроните N и протоните Z в стабилните ядра
Оказва се, че съотношението на броя на неутроните към броя на протоните N/Z в ядрото определя природата на ядрото и ни позволява да систематизираме почти всичко, което е известно за ядрото до момента. За стабилните елементи, с изключение на водорода, чието ядро се състои само от протон, в ядрото има не по-малко неутрони от протоните, но обикновено има няколко повече от тях. На фиг. 1.2, пунктираната линия, чийто наклон е 45°, представлява ядра с N = Z, т.е. с еднакъв брой неутрони и протони в ядрото. За леките ядра (елемент под желязото в периодичната таблица) броят на неутроните и протоните в ядрото често е равен. С увеличаване на атомния номер за стабилни ядра, това съотношение се увеличава и ще бъде разположено над линията N = Z на графиката. За най-тежкия последен напълно стабилен изотоп, бисмут (A=209, Z=83, N=126), съотношението N/Z е почти точно 1,5. Това се дължи на наличието на сили на привличане между нуклоните в ядрото, които се наричат ядрени сили. Тези сили действат между протоните и протоните, протоните и неутроните, неутроните и неутроните в ядрото по време на техните сблъсъци. Ядрените сили, които задържат нуклоните в ядрата на атома, надвишават силите на отблъскване на Кулон между протоните. Ядрените сили са с малък обсег, те действат на разстояния, сравними с два диаметъра на протона, и след това рязко намаляват до нула с увеличаване на разстоянието. Ако означим разстоянието между нуклоните в ядрото с буквата А, то при разстояния А -3 cm тези сили са сили на отблъскване.при 0,5 10 -13 cm -12 cm - сили на привличане, а на разстояние A > 10 -12 см - бързо изчезват. Ядрените сили са отговорни за свързващата енергия, която предпазва ядрото от разпадане.
В повечето случаи радиоактивният разпад се случва по такъв начин, че дъщерните ядра стават по-стабилни от оригиналните. Разпадът е за предпочитане, ако детето
ядрото се движи към линията на стабилност N = Z. Продуктите на делене на много тежки ядра, като 235 U, ще имат голям излишък от неутрони, в резултат на което те са бета емитери, според реакцията:
n→p+e¯ +
къдетоe¯е електрон,
По-долу ще бъде показано, че бета разпадът е еквивалентен на замяната на неутрон с протон и е придружен от промяна в съотношението N/P към стабилност.
От друга страна, когато целите и части от ускорителя се облъчват с положителни йони, често се получават радиоактивни дъщерни ядра, които излъчват неутрони. В резултат на това в тези ядра се наблюдава дефицит на неутрони и следователно се увеличава вероятността от разпадане, при което съотношението N/P нараства, т.е. ще настъпи позитронно разпадане, в резултат на което протонът се превръща в неутрон и позитрон по схемата:
n→p+e++
където e + е позитрон,