Jądro atomowe Page 1 of 2
Jądro
Budowa jądra atomowego
Cały nasz wielki świat zbudowany jest z atomów. Atomy składają się
z trzech rodzajów cząstek: protonów, neutronów i elektronów.
Protony i neutrony upakowane są w jądrze, które zajmuje w atomie
pozycję centralną, elektrony zaś krą\
ą wokół niego. Często
wyobra\
amy sobie atom jak na rysunku obok. Przeciętna jego
średnica wynosi jedną lub dwie dziesięciomiliardowe części metra.
Taki planetarny model atomu, chocia\
niezbyt wiernie
odzwierciedlający rzeczywistość, jest wystarczający dla naszych
celów. Patrząc na ten schematyczny rysunek pamiętajmy, \
e
średnica jądra atomowego jest naprawdę około 10 000 razy
mniejsza od średnicy orbity elektronu, a rozmiarów przestrzennych
elektronu w ogóle nie znamy!
Jądro atomowe to centralna część ka\
dego atomu, w której
skoncentrowana jest niemal cała masa atomu. Istnienie masywnych jąder atomowych o objętości
stanowiącej tylko niewielką część objętości całego atomu zostało stwierdzone w 1911 roku przez
E. Rutherforda i jego współpracowników. Nie znamy kształtu jądra, ale najczęściej przyjmujemy,
\
e jest on kulisty.
Jądro składa się z protonów (ich liczbę Z nazywa się liczbą atomową) i neutronów. Składniki jądra
czyli protony i neutrony nazywamy nukleonami (liczba A nukleonów w jądrze zwana jest liczbą
masową tego jądra. Jądra atomowe o tej samej liczbie protonów a ró\
nej liczbie neutronów
nazywamy izotopami (jądra tego samego pierwiastka).
Protony i neutrony jak wszystkie hadrony składają się z kwarków. Kwarki
wewnątrz protonu i neutronu oddziaływują ze sobą w wyniku oddziaływania
silnego wymieniając gluony. Oprócz tego kwarki jednego protonu mogą się
"sklejać" z kwarkami innego protonu lub neutronu co utrzymuje jądro w
całości. Nazywamy to szczątkowym oddziaływaniem silnym.
W przyrodzie występują pierwiastki zawierające w jądrze od jednego protonu
(wodór) do 92 (uran) (śladowo w rudzie uranowej występuje jeszcze 93
neptun i 94 pluton). Cię\
sze pierwiastki otrzymujemy sztucznie. Istnieje tylko
około 270 jąder stabilnych czyli nierozpadających się. Najcię\
szym takim
jądrem jest bizmut o liczbie atomowej 83 i masowej 209. Pozostałe jądra są niestabilne i ulegają
rozpadowi na inne. Istnieją trzy rodzaje rozpadów: alfa, beta minus i beta plus (na tej stronie
jednak ich nie omawiamy).
Liczby Z protonów i N neutronów w jądrze atomowym są do siebie zbli\
one w wypadku lekkich i
średnio cię\
kich, natomiast dla jąder cię\
kich N>Z. Wią\
e się to z osłabieniem wiązania jąder o
zbyt du\
ej liczbie protonów, spowodowanym siłami odpychania kulombowskiego.
Hiperjądro
Jądro atomowe zawierające co najmniej jeden barion lambda
(hiperon lambda) nazywamy hiperjądrem. Poniewa\
neutron i
hiperon lambda zero są cząstkami elektrycznie obojętnymi, zatem,
tak jak w przypadku zwykłego jądra, o liczbie atomowej hiperjądra
decyduje liczba jego protonów. Wiązanie hiperonu w jądrze
atomowym pozwala mówić o materii hiperjądrowej, albo dziwnej
materii jądrowej, poniewa\
hiperon lambda składa się oprócz
kwarka dolnego "u" i górnego "d" z kwarka dziwnego "s" (uds).
Pierwsze hiperjądro odkryli w 1952 roku profesorowie Marian
Danysz i Jerzy Pniewski z Instytutu Fizyki Doświadczalnej
Uniwersytetu Warszawskiego. Najprostszym hiperjądrem jest
hiperwodór 3 (hipertryt) składający się z protonu, neutronu i
Ślady na emulsji fotograficznej
hiperonu lambda zero. Najczęstszym jest jądro składające się z
pierwszego hiperjądra
dwóch protonów, z dwóch neutronów i hiperonu lambda zero, Takie
jądro nazwano hiperhelem 5. Obecnie znamy ponad dwadzieścia hiperjąder, a najcię\
szym jest
hiperwapń 40. Podobnie jak hiperon lambda, hiperjądra są nietrwałe i rozpadają się (średni ich
http://www.fizyka.net.pl/struktura/struktura_j.html 2008-03-29
Jądro atomowe Page 2 of 2
czas \
ycia wynosi 10-10 sekundy).
Hiperjądra zawierające dwa hiperony lambda nazywamy hiperjądrami dwulambdowymi albo
podwójnymi. Przykładem takich jąder są: podwójny hiperhel 6, podwójny hiperberyl 10 i
podwójny hiperbor 13.
Przy opracowaniu tematu najwięcej korzystano z następujących publikacji:
Encyklopedia fizyki współczesnej;
Czesław Bobrowski, Fizyka - krótki kurs;
Jądro
http://www.fizyka.net.pl/struktura/struktura_j.html 2008-03-29