Свойства сильных ядерных сил, источник энергии связи ядра и кварковая модель

Ядро занимает небольшое пространство от объема атома, оно содержит некоторое количество нуклонов (протонов и нейтронов), протоны положительно заряжены, а нейтроны не меняются,  но вы спрашивали себя, как ядро ​​сохраняет свою стабильность, несмотря на огромные силы электрического отталкивания (называемые кулоновской электрической силой) между положительными протонами по сравнению с небольшими силами притяжения между нуклонами?

Это связано с наличием других сил, работающих на объединение этих нуклонов. Эти силы называются сильными ядерными силами.

Сильные ядерные силы

Силы, которые связывают нуклоны внутри ядра. Силы, связывающие нуклоны, названы сильными ядерными силами, потому что они имеют большое влияние на нуклоны внутри маленького ядра.

Свойства сильных ядерных сил

Это великая сила, она не зависит от сущности (типа) нуклонов, но может быть между: (протон — протон), (протон — нейтрон), (нейтрон — нейтрон) и является короткодействующей. сила. Эти силы возникают из-за энергии связи между составляющими ядра, которая работает при объединении нуклонов вместе.

Источник ядерной энергии связи

Многие точные измерения доказали, что: Масса связанных нуклонов (фактическая масса ядра) меньше массы свободных нуклонов (теоретическая масса ядра).

Дефект массы = теоретическая масса — фактическая масса

Где теоретическая масса = [нет. протонов × масса протона] + [нет. нейтронов × масса нейтрона]

Потеря массы (дефект массы) преобразуется в энергию для связывания компонентов ядра гелия, где это называется энергией связи ядра. Энергия связи ядра — это количество энергии, которое эквивалентно уменьшению (потере) массы ядра. составляющие ядра.

Энергию связи ядра (BE) можно рассчитать из этого соотношения:

Энергия связи ядра (BE) = дефект массы × 931

Энергия связи ядра (Me V), дефект массы (u)

Величина, в которой каждый нуклон вносит вклад в энергию связи ядра, называется энергией связи на нуклон. Ядерная стабильность увеличивается за счет увеличения значения энергии связи на нуклон (BE / A).

Энергия связи на нуклон = BE / A

BE — энергия связи, A — массовое число (количество нуклонов). Фактическая масса ядра меньше теоретической массы, потому что часть массы составляющих ядра превращается в энергию для связывания составляющих вместе в ядре.

Ядерная стабильность

Термин ядерная стабильность используется для описания вероятности распада ядра атома элемента со временем. Таким образом, элементы можно классифицировать в соответствии с их ядерной стабильностью на стабильные элементы и нестабильные элементы .

Стабильные элементы

Стабильный элемент — это элемент, в котором ядро ​​атома остается стабильным в течение времени без какой-либо радиоактивности.

Неустойчивые элементы

Нестабильный элемент — это элемент, в котором ядро ​​атома распадается с течением времени в результате радиоактивности.

Соотношение между числом нейтронов и протонов (N / Z) определяет степень ядерной стабильности: когда N = Z, эта область образована ядрами стабильного элемента и называется поясом стабильности. Что касается ядерной стабильности, есть два типа ядер:

Ядра атомов стабильных элементов

Количество нейтронов равно количеству протонов. Отношение (N / Z) их нуклонов равно 1, таких как легкие элементы (у которых количество нуклонов меньше 38).

Отношение (N / Z) постепенно увеличивается за счет увеличения атомного номера, пока отношение (N / Z) не достигнет своего максимума, который составляет 1,536 в ядре изотопа свинца.

Ядра атомов нестабильных элементов:

На левой стороне пояса стабильности: Т он причины из — за нестабильности атомов ядер: нет. нейтронов больше, чем уровень устойчивости (отношение N / Z большое ).

Как нестабильные ядра достигают состояния стабильности: испуская бета-частицы ß ^— (отрицательный электрон ядра) из ядра атома нестабильного элемента, чтобы преобразовать один из дополнительных нейтронов в протон, и отношение (N / Z) приближается к поясу стабильности.

Справа от пояса стабильности: Причина нестабильности ядер атомов: Нет протонов, превышающих уровень стабильности (отношение N / Z мало).

Как нестабильные ядра достигают состояния стабильности: испуская позитрон ß ⁺ (положительный электрон ядра) из ядра атома нестабильного элемента, чтобы преобразовать один из дополнительных протонов в нейтрон, и отношение (N / Z) приближается к поясу стабильности.

Выше пояса стабильности: Причина нестабильности ядер атомов: количество нуклонов превышает уровень стабильности.

Как нестабильные ядра достигают состояния стабильности : испуская альфа α из ядра атома нестабильного элемента, чтобы уменьшить количество нуклонов (2 протона, 2 нейтрона), чтобы приблизиться к поясу стабильности.

Модель кварка

В 1964 году ученый Мерри Гелл-Манн доказал, что протоны образуются из первичных частиц, называемых кварками, кварк — первичная частица, которая не может существовать свободно, и все нуклоны образованы из нее.

Есть шесть типов кварков.

Кварки с зарядом + (2/3) e, такие как Top-кварк (t), очарованный (c) кварк, up (u) кварк.

Кварки с зарядом — (1/3) е, такие как нижний (b) кварк, странный (s) кварк, даун (d) кварк.

Состав протона (p)

Протон состоит из трех кварков (d, u, u), положительный электрический заряд (Q) протона можно рассчитать следующим образом:

Q _p  = d + u + u = + 1 е

Состав нейтрона (n)

Нейтрон состоит из трех кварков (u, d, d), нейтральный электрический заряд (Q) нейтрона можно рассчитать следующим образом:

Q _n = u + d + d = 0

Пример: состав кварков в ядре атома гелия.

Ядро атома гелия состоит из: 2 протонов (каждый состоит из комбинации 1 d кварка и 2 кварков u), 2 нейтронов (каждый состоит из комбинации 1 кварка u и 2 кварка d).