34571

Atom każdego pierwiastka składa się z jądra oraz krążących wokół niego elektrycznie ujemnych elektronów odpowiadających ilości protonów w jądrze. Natomiast jądro atomu składa się z dodatnio naładowanych protonów i obojętnych elektrycznie neutronów, nazywanych wspólnie nukleonami. Liczba protonów w jądrze nosi nazwę liczby atomowej łub liczby porządkowej jądr a i oznaczani)' ją jako Z, natomiast liczba wszystkich nukleonów zawartych w jądrze to liczba A=Z+N (N to liczba neutr onów w jądrze) zwana liczbą masową jądra. Jądro o liczbach Z, N i A oznacza się krótko ^a/Xn, gdzie liczba X oznacza symbol chemiczny pierwiastka odpowiadający liczbie atomowej Z. Na przykład jądro berylu (Z=4) o liczbie masowej A=9 oznacza się Mtej. Często w oznaczeniu tym pomija się liczbę neutr onów N=A-Z (np.M3e).

Jądra o takim samym Z. a różnych A. nazywamy izotopami (np. węgiel ^,:6C i ^,4«Q Jądra o tych samym Z, a różnych A nazywani)’ izotonami (np. “lOio” oraz gNeio). Jądra o tym samym A. ale różnych Z, nazywamy izobarami (np. *°i*Cas. i ^aoAra. Ponieważ w normalnych warunkach jądra występuje me same, ale z powłokami elektronowymi, często nazywamy izotopami, izotonami czy izobarami nic grupy jada’ o omówionych własnościach, lecz odpowiadające im grupy atomów.

Liczby Z i N lub Z i A określające skład jądr a nie charakteryzują go jeszcze w pełni, może ono bowiem znajdować się w różnych stanach. Każdy stan określony jest przez pewien zespół cech. do któr ego należą: aiergia E. całkowity momait pędu I i parzystość P. Parzystość jest cechą czysto kwantową (jest własnością funkcji falowej opisującej stan jądra); może być dodatnia lub ujanna. wśród wszystkich stanów jądra wyróżniony jest stan o najmniejszej aia gii E₀. Nazywam)’ go stanem podstawowym. Wszystkie stany pozostałe są stanami wzbudzonymi. Energia wzbudzenia jest różnicą aiergii stanu wzbudzonego i stanu podstawowego jądra.

Własności jąder w stanie podstawowym

Jądro istnieje dzięki działaniu jądr owych sił wzajannego przyciągania nukleonów. Są to tak zwane sił)’jądrowe. Są to specyficzne siły. które działają między nukleonami (neutronami i protonami), tj. składnikami jądr a atomowego i powodują ich wiązanie. W por ównaniu z siłami, z jakimi spoty kani)- się w Święcie makroskopowym, są to siły olbrzymie. Dwa nukleony, mikroskopijne obiekty o rozmiarach rzędu 10'^ucm. mogą się przyciągać z siłą równą ciężarowi masy ok. 10 ton! Siły te jednak działają tylko wtedy, gdy odległość między nukleonami jest bar dzo mała - rzędu 10*^,łcm., a już w odległości kilku fenometrów zanikają. Zatan "efektywna" siła działająca między nukleonami w jądrze jest kilkadziesiąt razy mniejsza, ale w porównaniu z naszymi wyobrażaiiami jeszcze nadal olbrzymia. Krótki zasięg sił jądrowych powoduje, że nukleon w jądrze "czuje” obecność tylko otaczających go najbliższych sąsiadów, niezależnie od liczby pozostałych nukleonów. Dlatego też gęstość mata ii jądrowej jest stała, nie zależy od liczby nukleonów w jądrze i wynosi około 1,7*10“ nukleonów na lctn\ Z tego też względu objętość jądr a jest proporcjonalna do liczby nukleonów (a więc do liczby masowej A izotopu).

Masa jądra (ze względu na swoją małą wartość) wyrażana jest w jednostkach masy atomowej u równej 1/12 masy izotopu w ęgla ^i:C, czyli 1.660531 • 10^:?kg. We wszystkich pierwiastkach których jądro składa się więcej niż z 2 nukleonów, jest mniejsza od sumy mas tworzących je nukleonów. Zjawisko to nazywamy defektem tnasy jądra atomowego. Spowodowane jest ono oddziaływaniem nukleonów w jądrze. Chociaż często używa się intuicyjnego pojęcia siły, to jednak przy ilościowym opisie oddziaływania pomiędzy nukleonami stosuje się pojęcie aiergii oddziaływania hib potaicjału. tj. te pojęcia, których się używa w mechanice kwantowej opisującej mikroobickty. jakimi są przecież nukleony. Gdyby zgrupować swobodne nukleony, to na skutek icłi wzajannego przyciągania wydzieliłaby się, kosztan ich łącznej masy. pewna aiergia. zwana aiagią wiązania jądr a. Enagia wiązania przypadająca na jedną jednostkę masy atomowej defektu masy jądra (różnica sumy mas nukleonów tworzących jądro i masy tego jądra) wynosi ok. 931.5McV/u (czyli jeżeli defekt masy jądra wynosi lu. to aiergia wiązania takiego jądra wynosi 931.5MeV). Taka energia potrzebna jest do rozbicia jądr a na pojedyncze składniki. Enagia wiązania, a więc i masa jąder o tym samym A (izobarów), zależy parabolicznie od liczby porządkowej Z. Na rysunku obok przedstawiona jest średnia aiergia wiązania przypadająca na jcdai nukleon w zależności od liczby masowej A. Najbardziej związanymi, a tym samym trwałymi izobarami. są jądra o liczbie porządkowej w pobliżu minimum par aboli mas. Jądra te układają się wzdłuż tzw. ścieżki trwałości. Energia wiązania tych pierwiastków wynosi ok. 8MeV. Jądr a poza nią są nietrwałe (ich energią wiązania jest mniejsza) i ulegają ptzanianoin promieniotwórczym prowadzącym do tworzaiia jąda bardziej trwałych.

ft-awo przesunięć, inaczej prawo lub reguła Soddy'ego i Fajansa. określa w jaki sposób określony typ przemiany pierwiastka promiaiiotwórczego wpływa na rodzaj wytworzonego nuklidu:

Prawo rozpadu promieniotwórczego, prawo okr eślające zmianę w czasie ilości jąda substancji promiaiiotwórczcj na skutek rozpadu promiaiiotwórczego.

Rozpad promieniotwórczy, zjawisko spontanicznej przaniany jądr a atomowego danego izotopu w inne jądro. Podstawową własnością rozpadu promiaiiotwórczego jest brak wpływu fizykochemicznych czynników zewnętrznych na proces. Rozpad promieniotwórczy zachodzi zgodnie z kinetyką I rzędu.