Pirms daudziem gadiem cilvēki domāja, no kā sastāv visas vielas. Pirmais, kurš mēģināja uz to atbildēt, bija sengrieķu zinātnieks Demokrits, kurš uzskatīja, ka visas vielas sastāv no molekulām. Tagad mēs zinām, ka molekulas ir veidotas no atomiem. Atomi sastāv no vēl mazākām daļiņām. Atoma centrā atrodas kodols, kas satur protonus un neitronus. Mazākās daļiņas – elektroni – pārvietojas orbītās ap kodolu. To masa ir niecīga salīdzinājumā ar kodola masu. Bet kā atrast kodola masu, palīdzēs tikai aprēķini un ķīmijas zināšanas. Lai to izdarītu, jums jānosaka protonu un neitronu skaits kodolā. Apskatiet viena protona un viena neitrona masu tabulas vērtības un atrodiet to kopējo masu. Tā būs kodola masa.

Bieži var saskarties ar šādu jautājumu, kā atrast masu, zinot ātrumu. Saskaņā ar klasiskajiem mehānikas likumiem masa nav atkarīga no ķermeņa ātruma. Galu galā, ja automašīna, attālinoties, sāk uzņemt ātrumu, tas nepavisam nenozīmē, ka tās masa palielināsies. Tomēr divdesmitā gadsimta sākumā Einšteins iepazīstināja ar teoriju, saskaņā ar kuru šī atkarība pastāv. Šo efektu sauc par relativistisku ķermeņa masas pieaugumu. Un tas izpaužas, kad ķermeņu ātrumi tuvojas gaismas ātrumam. Mūsdienu daļiņu paātrinātāji ļauj paātrināt protonus un neitronus līdz tik lieliem ātrumiem. Un patiesībā šajā gadījumā tika reģistrēts to masas pieaugums.

Bet mēs joprojām dzīvojam augsto tehnoloģiju pasaulē, bet mazā ātrumā. Tāpēc, lai zinātu, kā aprēķināt vielas masu, nemaz nav nepieciešams paātrināt ķermeni līdz gaismas ātrumam un apgūt Einšteina teoriju. Ķermeņa svaru var izmērīt uz svariem. Tiesa, ne katru ķermeni var nolikt uz svariem. Tāpēc ir vēl viens veids, kā aprēķināt masu no tā blīvuma.

Arī mums apkārt esošajam gaisam, cilvēcei tik nepieciešamajam gaisam ir sava masa. Un, risinot problēmu, kā noteikt gaisa masu, piemēram, telpā, nav nepieciešams skaitīt gaisa molekulu skaitu un summēt to kodolu masu. Jūs varat vienkārši noteikt telpas tilpumu un reizināt to ar gaisa blīvumu (1,9 kg / m3).

Zinātnieki tagad ir iemācījušies ar lielu precizitāti aprēķināt dažādu ķermeņu masas, sākot no atomu kodoliem līdz zemeslodes masai un pat zvaigznēm, kas atrodas vairāku simtu gaismas gadu attālumā no mums. Masa kā fiziskais lielums ir ķermeņa inerces mērs. Viņi saka, ka masīvāki ķermeņi ir inertāki, tas ir, tie maina ātrumu lēnāk. Tāpēc galu galā ātrums un masa ir savstarpēji saistīti. Bet šī daudzuma galvenā iezīme ir tāda, ka jebkuram ķermenim vai vielai ir masa. Pasaulē nav matērijas, kam nebūtu masas!

Pētot vielas sastāvu, zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka visa matērija sastāv no molekulām un atomiem. Ilgu laiku atoms (tulkojumā no grieķu valodas kā "nedalāms") tika uzskatīts par mazāko matērijas struktūrvienību. Tomēr turpmākie pētījumi ir parādījuši, ka atomam ir sarežģīta struktūra un tas, savukārt, ietver mazākas daļiņas.

No kā sastāv atoms?

1911. gadā zinātnieks Rezerfords ierosināja, ka atomam ir centrālā daļa, kurai ir pozitīvs lādiņš. Tādējādi pirmo reizi parādījās atoma kodola jēdziens.

Saskaņā ar Rezerforda shēmu, ko sauc par planētu modeli, atoms sastāv no kodola un elementārdaļiņām ar negatīvu lādiņu – elektroniem, kas pārvietojas ap kodolu, tāpat kā planētas riņķo ap Sauli.

1932. gadā cits zinātnieks Čedviks atklāja neitronu, daļiņu, kurai nav elektriskā lādiņa.

Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām kodols atbilst Ratherforda ierosinātajam planētu modelim. Kodols nes lielāko daļu atomu masas. Tam ir arī pozitīvs lādiņš. Atomu kodols satur protonus – pozitīvi lādētas daļiņas un neitronus – daļiņas, kurām nav lādiņa. Protonus un neitronus sauc par nukleoniem. Ap kodolu riņķo negatīvi lādētas daļiņas – elektroni.

Protonu skaits kodolā ir vienāds ar protonu skaitu, kas pārvietojas orbītā. Tāpēc pats atoms ir daļiņa, kas nenes lādiņu. Ja atoms uztver svešus elektronus vai zaudē savus, tad tas kļūst pozitīvs vai negatīvs un tiek saukts par jonu.

Elektronus, protonus un neitronus kopā sauc par subatomiskām daļiņām.

Atomu kodola lādiņš

Kodolam ir lādiņa skaitlis Z. To nosaka protonu skaits, kas veido atoma kodolu. Noskaidrot šo summu ir vienkārši: vienkārši skatiet Mendeļejeva periodisko sistēmu. Elementa, kuram pieder atoms, atomu skaits ir vienāds ar protonu skaitu kodolā. Tādējādi, ja ķīmiskais elements skābeklis atbilst kārtas numuram 8, tad arī protonu skaits būs vienāds ar astoņiem. Tā kā protonu un elektronu skaits atomā ir vienāds, tad būs arī astoņi elektroni.

Neitronu skaitu sauc par izotopu skaitu un apzīmē ar burtu N. To skaits var atšķirties viena un tā paša ķīmiskā elementa atomā.

Protonu un elektronu summu kodolā sauc par atoma masas skaitli un apzīmē ar burtu A. Tādējādi masas skaitļa aprēķināšanas formula izskatās šādi: A \u003d Z + N.

izotopi

Gadījumā, ja elementiem ir vienāds protonu un elektronu skaits, bet atšķirīgs neitronu skaits, tos sauc par ķīmiskā elementa izotopiem. Var būt viens vai vairāki izotopi. Tie ir ievietoti vienā un tajā pašā periodiskās sistēmas šūnā.

Izotopiem ir liela nozīme ķīmijā un fizikā. Piemēram, ūdeņraža izotops - deitērijs - savienojumā ar skābekli dod pilnīgi jaunu vielu, ko sauc par smago ūdeni. Tam ir atšķirīgs viršanas un sasalšanas punkts nekā parasti. Un deitērija kombinācija ar citu ūdeņraža izotopu - tritiju noved pie kodolsintēzes reakcijas, un to var izmantot, lai radītu milzīgu enerģijas daudzumu.

Kodola un subatomisko daļiņu masa

Atomu lielums un masa cilvēka apziņā ir niecīgi. Kodolu izmērs ir aptuveni 10 -12 cm.Atomu kodola masu fizikā mēra tā saucamajās atommasas vienībās - a.m.u.

Par vienu a.m.u. ņem vienu divpadsmito daļu no oglekļa atoma masas. Izmantojot parastās mērvienības (kilogrami un grami), masu var izteikt šādi: 1 a.m.u. \u003d 1,660540 10 -24 g. Šādi izsakoties, to sauc par absolūto atommasu.

Neskatoties uz to, ka atoma kodols ir masīvākā atoma sastāvdaļa, tā izmēri attiecībā pret apkārtējo elektronu mākoni ir ārkārtīgi mazi.

kodolspēki

Atomu kodoli ir ārkārtīgi stabili. Tas nozīmē, ka protonus un neitronus kodolā notur daži spēki. Tie nevar būt elektromagnētiskie spēki, jo protoni ir līdzīgi uzlādētas daļiņas, un ir zināms, ka daļiņas ar vienādu lādiņu viena otru atgrūž. Gravitācijas spēki ir pārāk vāji, lai noturētu nukleonus kopā. Līdz ar to daļiņas kodolā notur cita mijiedarbība – kodolspēki.

Kodolieroču mijiedarbība tiek uzskatīta par spēcīgāko no visiem dabā esošajiem. Tāpēc šāda veida mijiedarbību starp atomu kodola elementiem sauc par spēcīgu. Tas atrodas daudzās elementārdaļiņās, kā arī elektromagnētiskajos spēkos.

Kodolspēku iezīmes

1. Īsa darbība. Kodolspēki, atšķirībā no elektromagnētiskajiem spēkiem, izpaužas tikai ļoti mazos attālumos, kas ir salīdzināmi ar kodola izmēru.
2. Maksas neatkarība. Šī iezīme izpaužas faktā, ka kodolspēki vienādi iedarbojas uz protoniem un neitroniem.
3. Piesātinājums. Kodola nukleoni mijiedarbojas tikai ar noteiktu skaitu citu nukleonu.

Kodola saistošā enerģija

Ar spēcīgas mijiedarbības jēdzienu ir cieši saistīts kaut kas cits – kodolu saistīšanas enerģija. Kodolenerģija ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams atoma kodola sadalīšanai tā sastāvā esošajos nukleonos. Tas ir vienāds ar enerģiju, kas nepieciešama, lai no atsevišķām daļiņām izveidotu kodolu.

Lai aprēķinātu kodola saistīšanas enerģiju, ir jāzina subatomisko daļiņu masa. Aprēķini liecina, ka kodola masa vienmēr ir mazāka par to veidojošo nukleonu summu. Masas defekts ir starpība starp kodola masu un tā protonu un elektronu summu. Izmantojot attiecības starp masu un enerģiju (E \u003d mc 2), varat aprēķināt enerģiju, kas rodas kodola veidošanās laikā.

Par kodola saistīšanās enerģijas stiprumu var spriest pēc šāda piemēra: veidojoties vairākiem gramiem hēlija, rodas tāds pats enerģijas daudzums kā sadegot vairākām tonnām ogļu.

Kodolreakcijas

Atomu kodoli var mijiedarboties ar citu atomu kodoliem. Šādas mijiedarbības sauc par kodolreakcijām. Reakcijas ir divu veidu.

1. Sadalīšanās reakcijas. Tās rodas, kad smagāki kodoli mijiedarbības rezultātā sadalās vieglākos.
2. Sintēzes reakcijas. Process ir pretējs dalīšanās procesam: kodoli saduras, tādējādi veidojot smagākus elementus.

Visas kodolreakcijas pavada enerģijas izdalīšanās, ko pēc tam izmanto rūpniecībā, militārajā jomā, enerģētikā utt.

Iepazīstoties ar atoma kodola sastāvu, varam izdarīt šādus secinājumus.

1. Atoms sastāv no kodola, kas satur protonus un neitronus, un elektronus ap to.
2. Atoma masas skaitlis ir vienāds ar tā kodola nukleonu summu.
3. Nukleonus satur kopā spēcīgais spēks.
4. Milzīgos spēkus, kas nodrošina atoma kodola stabilitāti, sauc par kodola saistīšanas enerģijām.

atoma kodols ir atoma centrālā daļa, kas sastāv no protoniem un neitroniem (kopā saukti nukleoni).

Kodolu 1911. gadā atklāja E. Rezerfords, pētot fragmentu α - daļiņas caur vielu. Izrādījās, ka gandrīz visa atoma masa (99,95%) ir koncentrēta kodolā. Atomu kodola izmērs ir 10 -1 3 -10 - 12 cm, kas ir 10 000 reižu mazāks par elektronu apvalka izmēru.

E. Rezerforda piedāvātais atoma planetārais modelis un viņa eksperimentālais ūdeņraža kodolu novērojums izsists. α -daļiņas no citu elementu kodoliem (1919-1920), noveda zinātnieku pie idejas par protonu. Termins protons tika ieviests XX gadsimta 20. gadu sākumā.

Protons (no grieķu valodas. protoni- Pirmkārt, raksturs lpp) ir stabila elementārdaļiņa, ūdeņraža atoma kodols.

Protons- pozitīvi lādēta daļiņa, kuras lādiņš pēc absolūtās vērtības ir vienāds ar elektrona lādiņu e\u003d 1,6 10 -1 9 Cl. Protona masa ir 1836 reizes lielāka par elektrona masu. Protona miera masa m p= 1,6726231 10–27 kg = 1,007276470 amu

Otrā daļiņa kodolā ir neitronu.

Neitrons (no lat. kastrēts- ne viens, ne otrs, simbols n) ir elementārdaļiņa, kurai nav lādiņa, t.i., neitrāla.

Neitrona masa ir 1839 reizes lielāka par elektrona masu. Neitrona masa ir gandrīz vienāda ar (nedaudz lielāka par) protona masu: brīvā neitrona pārējā masa m n= 1,6749286 10–27 kg = 1,0008664902 amu un pārsniedz protonu masu par 2,5 elektronu masām. Neitrons kopā ar protonu ar parasto nosaukumu nukleons ir daļa no atoma kodola.

Neitronu 1932. gadā atklāja E. Rezerforda students D. Čadvigs, bombardējot ar beriliju. α - daļiņas. Iegūtais starojums ar lielu iespiešanās spēju (tas pārvarēja šķērsli, kas izgatavots no 10–20 cm biezas svina plāksnes) pastiprināja savu iedarbību, izejot cauri parafīna plāksnei (sk. attēlu). Džolio-Kirī aprēķini par šo daļiņu enerģiju no sliedēm mākoņu kamerā un papildu novērojumi ļāva novērst sākotnējo pieņēmumu, ka šis γ -kvanti. Jauno daļiņu, ko sauc par neitroniem, lielā iespiešanās spēja tika izskaidrota ar to elektrisko neitralitāti. Galu galā uzlādētas daļiņas aktīvi mijiedarbojas ar vielu un ātri zaudē savu enerģiju. Neitronu eksistenci paredzēja E. Rezerfords 10 gadus pirms D. Čadviga eksperimentiem. Uz sitiena α - daļiņas berilija kodolos, notiek šāda reakcija:

Šeit ir neitrona simbols; tā lādiņš ir vienāds ar nulli, un relatīvā atommasa ir aptuveni vienāda ar vienu. Neitrons ir nestabila daļiņa: brīvs neitrons ~ 15 minūšu laikā. sadalās protonā, elektronā un neitrīno – daļiņā, kurai nav miera masas.

Pēc tam, kad Dž.Čadviks 1932. gadā atklāja neitronu, D. Ivanenko un V. Heizenbergs neatkarīgi ierosināja kodola protonu-neitronu (nukleonu) modelis. Saskaņā ar šo modeli kodols sastāv no protoniem un neitroniem. Protonu skaits Z sakrīt ar elementa kārtas numuru D. I. Mendeļejeva tabulā.

Pamatmaksa J nosaka protonu skaits Z, kas ir daļa no kodola un ir elektronu lādiņa absolūtās vērtības reizinājums e:

Q = + Ze.

Numurs Z sauca kodollādiņa numurs vai atomskaitlis.

Kodola masas skaitlis BET sauc par kopējo tajā esošo nukleonu, t.i., protonu un neitronu skaitu. Neitronu skaitu kodolā apzīmē ar burtu N. Tātad masas skaitlis ir:

A = Z + N.

Nukleoniem (protoniem un neitroniem) tiek piešķirts masas skaitlis, kas vienāds ar vienu, un elektronam tiek piešķirta nulles vērtība.

Ideju par kodola sastāvu veicināja arī atklājums izotopi.

Izotopi (no grieķu valodas. isos vienāds, vienāds un topoa- vieta) - tās ir viena un tā paša ķīmiskā elementa atomu šķirnes, kuru atomu kodolos ir vienāds protonu skaits ( Z) un atšķirīgs neitronu skaits ( N).

Šādu atomu kodolus sauc arī par izotopiem. Izotopi ir nuklīdus viens elements. Nuklīds (no lat. kodols- kodols) - jebkurš atoma kodols (attiecīgi atoms) ar norādītajiem skaitļiem Z un N. Nuklīdu vispārējais apzīmējums ir ……. kur X- ķīmiskā elementa simbols, A=Z+N- masas skaitlis.

Izotopi elementu periodiskajā tabulā ieņem vienu un to pašu vietu, tāpēc arī to nosaukums. Parasti izotopi būtiski atšķiras pēc kodolīpašībām (piemēram, pēc spējas iesaistīties kodolreakcijās). Izotopu ķīmiskās (un gandrīz tikpat fizikālās) īpašības ir vienādas. Tas izskaidrojams ar faktu, ka elementa ķīmiskās īpašības nosaka kodola lādiņš, jo tieši šis lādiņš ietekmē atoma elektronu apvalka struktūru.

Izņēmums ir gaismas elementu izotopi. Ūdeņraža izotopi 1 H — protium, 2 H— deitērijs, 3 H — tritijs tie tik ļoti atšķiras pēc masas, ka atšķiras to fizikālās un ķīmiskās īpašības. Deitērijs ir stabils (t.i., nav radioaktīvs) un ir iekļauts kā neliels piemaisījums (1:4500) parastajā ūdeņradi. Deitērijs savienojas ar skābekli, veidojot smagu ūdeni. Tas vārās normālā atmosfēras spiedienā 101,2°C un sasalst pie +3,8°C. Tritijs β ir radioaktīvs ar pussabrukšanas periodu aptuveni 12 gadi.

Visiem ķīmiskajiem elementiem ir izotopi. Dažiem elementiem ir tikai nestabili (radioaktīvi) izotopi. Visiem elementiem mākslīgi iegūti radioaktīvie izotopi.

Urāna izotopi. Elementam urānam ir divi izotopi – ar masas skaitļiem 235 un 238. Izotopam ir tikai 1/140 no biežāk sastopamā.

Atomu kodolu masas ir īpaši interesantas, lai identificētu jaunus kodolus, izprastu to struktūru, prognozētu sabrukšanas raksturlielumus: kalpošanas laiku, iespējamos sabrukšanas kanālus utt.
Pirmo reizi atomu kodolu masu aprakstu sniedza Weizsäcker, pamatojoties uz kritiena modeli. Weizsäcker formula dod iespēju aprēķināt atoma kodola masu M(A,Z) un kodola saistīšanas enerģiju, ja ir zināms masas skaitlis A un protonu skaits Z kodolā.
Veizsakera formulai kodolu masām ir šāda forma:

kur m p = 938,28 MeV/c 2, m n = 939,57 MeV/c 2, a 1 = 15,75 MeV, a 2 = 17,8 MeV, a 3 = 0,71 MeV, a 4 = 23,7 MeV, a 5 = 34 MeV, = 1, 0, -1), attiecīgi nepāra-pāra kodoliem, kodoliem ar nepāra A, pāra-pāra kodoliem.
Pirmie divi formulas termini ir brīvo protonu un neitronu masu summas. Atlikušie termini raksturo kodola saistīšanas enerģiju:

• a 1 A ņem vērā aptuveno kodola īpatnējās saistīšanas enerģijas noturību, t.i. atspoguļo kodolspēku piesātinājuma īpašību;
• a 2 A 2/3 raksturo virsmas enerģiju un ņem vērā faktu, ka virsmas nukleoni kodolā ir vājāk saistīti;
• a 3 Z 2 /A 1/3 raksturo kodola saistīšanās enerģijas samazināšanos protonu Kulona mijiedarbības dēļ;
• a 4 (A - 2Z) 2 /A ņem vērā kodolspēku lādiņa neatkarības īpašību un Pauli principa darbību;
• a 5 A -3/4 ņem vērā pārošanās efektus.

Parametri a 1 - a 5, kas iekļauti Weizsäcker formulā, ir izvēlēti tā, lai optimāli aprakstītu kodolu masas β-stabilitātes apgabala tuvumā.
Tomēr jau pašā sākumā bija skaidrs, ka Veizsakera formula neņēma vērā dažas specifiskas atomu kodolu struktūras detaļas.
Tādējādi Weizsäcker formula pieņem vienmērīgu nukleonu sadalījumu fāzes telpā, t.i. būtībā neievēro atoma kodola apvalka struktūru. Faktiski apvalka struktūra izraisa neviendabīgumu nukleonu sadalījumā kodolā. Rezultātā iegūtā vidējā lauka anizotropija kodolā izraisa arī kodolu deformāciju pamata stāvoklī.

Precizitāti, ar kādu Weizsäcker formula apraksta atomu kodolu masas, var novērtēt no att. 6.1, kas parāda atšķirību starp eksperimentāli izmērītajām atomu kodolu masām un aprēķiniem, pamatojoties uz Weizsäcker formulu. Novirze sasniedz 9 MeV, kas ir aptuveni 1% no kopējās kodola saistīšanas enerģijas. Tajā pašā laikā ir skaidri redzams, ka šīm novirzēm ir sistemātisks raksturs, kas ir saistīts ar atomu kodolu apvalka struktūru.
Kodolsaistīšanas enerģijas novirze no gludās līknes, ko prognozēja šķidruma pilienu modelis, bija pirmā tiešā norāde uz kodola apvalka struktūru. Atšķirība saistīšanās enerģijā starp pāra un nepāra kodoliem norāda uz savienošanās spēku klātbūtni atomu kodolos. Novirze no divu nukleonu atdalīšanas enerģiju "vienmērīgas" uzvedības kodolos starp piepildītajiem apvalkiem liecina par atomu kodolu deformāciju pamata stāvoklī.
Dati par atomu kodolu masām ir pamatā dažādu atomu kodolu modeļu verifikācijai, tāpēc kodolu masu noteikšanas precizitātei ir liela nozīme. Atomu kodolu masas tiek aprēķinātas, izmantojot dažādus fenomenoloģiskus vai daļēji empīriskus modeļus, izmantojot dažādus makroskopisko un mikroskopisko teoriju tuvinājumus. Pašreiz esošās masu formulas diezgan labi raksturo kodolu masas (saistīšanas enerģijas) stabilitātes ielejas tuvumā. (Saistošās enerģijas novērtējuma precizitāte ir ~100 keV). Tomēr kodoliem, kas atrodas tālu no stabilitātes ielejas, saistošās enerģijas prognozēšanas nenoteiktība palielinās līdz vairākiem MeV. (6.2. att.). 6.2. attēlā var atrast atsauces uz darbiem, kuros dotas un analizētas dažādas masu formulas.

Dažādu modeļu prognožu salīdzinājums ar izmērītajām kodolu masām liecina, ka priekšroka jādod modeļiem, kuru pamatā ir mikroskopisks apraksts, kurā ņemta vērā kodolu apvalka struktūra. Tāpat jāpatur prātā, ka kodolu masu prognozēšanas precizitāti fenomenoloģiskajos modeļos bieži nosaka tajos izmantoto parametru skaits. Pārskatā sniegti eksperimentālie dati par atomu kodolu masām. Turklāt to pastāvīgi atjauninātās vērtības ir atrodamas starptautiskās datu bāzu sistēmas atsauces materiālos.
Pēdējos gados ir izstrādātas dažādas metodes īsa mūža atomu kodolu masu eksperimentālai noteikšanai.

Pamatmetodes atomu kodolu masu noteikšanai

Mēs uzskaitām, neiedziļinoties detaļās, galvenās metodes atomu kodolu masu noteikšanai.

• β-sabrukšanas enerģijas Q b mērīšana ir diezgan izplatīta metode kodolu masas noteikšanai, kas atrodas tālu no β-stabilitātes robežas. Lai noteiktu nezināmo masu, kas piedzīvo kodola A β-sabrukšanu

,

tiek izmantota attiecība

M A \u003d M B + m e + Q b / c 2.

Tāpēc, zinot gala kodola B masu, var iegūt sākotnējā kodola masu A. Beta sabrukšana bieži notiek gala kodola ierosinātā stāvoklī, kas jāņem vērā.

Šī attiecība ir uzrakstīta α-sabrukšanai no sākotnējā kodola pamatstāvokļa līdz gala kodola pamatstāvoklim. Uzbudinājuma enerģijas var viegli ņemt vērā. Precizitāte, ar kādu no sabrukšanas enerģijas nosaka atomu kodolu masas, ir ~ 100 keV. Šo metodi plaši izmanto, lai noteiktu supersmago kodolu masas un to identificēšanu.

1. Atomu kodolu masu mērīšana ar lidojuma laika metodi

Kodola masas noteikšana (A ~ 100) ar precizitāti ~ 100 keV ir ekvivalenta masas mērīšanas relatīvajai precizitātei ΔM/M ~10 -6 . Lai sasniegtu šo precizitāti, kopā ar lidojuma laika mērīšanu tiek izmantota magnētiskā analīze. Šo paņēmienu izmanto spektrometrā SPEG - GANIL (6.3. att.) un TOFI - Los Alamos. Magnētiskā stingrība Bρ, daļiņu masa m, daļiņas ātrums v un lādiņš q ir saistīti ar

Tādējādi, zinot spektrometra B magnētisko stingrību, var noteikt m/q daļiņām ar vienādu ātrumu. Šī metode ļauj noteikt kodolu masas ar precizitāti ~ 10 -4 . Kodolu masu mērījumu precizitāti var uzlabot, ja vienlaicīgi mēra lidojuma laiku. Šajā gadījumā jonu masu nosaka no attiecības

kur L ir lidojuma bāze, TOF ir lidojuma laiks. Laiduma pamatnes svārstās no dažiem metriem līdz 10 3 metriem un ļauj palielināt kodolu masu mērīšanas precizitāti līdz 10-6 .
Būtisku atomu kodolu masu noteikšanas precizitātes pieaugumu veicina arī tas, ka vienā eksperimentā vienlaicīgi tiek mērītas dažādu kodolu masas un par atskaites punktu var izmantot precīzas atsevišķu kodolu masu vērtības. punktus. Metode neļauj atdalīt atomu kodolu pamatstāvokus un izomērus. GANIL tiek veidots uzstādījums ar lidojuma trajektoriju ~3,3 km, kas uzlabos kodolu masu mērīšanas precizitāti līdz vairākām vienībām par 10 -7 .

1. Tieša kodola masas noteikšana, mērot ciklotronu frekvenci

Daļiņai, kas rotē pastāvīgā magnētiskajā laukā B, rotācijas frekvence ir saistīta ar tās masu un lādiņu ar attiecību

Neskatoties uz to, ka 2. un 3. metodes pamatā ir viena un tā pati attiecība, ciklotronu frekvences mērīšanas 3. metodē precizitāte ir augstāka (~ 10 -7), jo tas ir līdzvērtīgs garāka laiduma pamatnes izmantošanai.

2. Atomu kodolu masu mērīšana uzglabāšanas gredzenā

   Šo metodi izmanto ESR uzglabāšanas gredzenā GSI (Darmštate, Vācija). Metode izmanto Šotkija detektoru, kas ir izmantojams tādu kodolu masas noteikšanai, kuru kalpošanas laiks > 1 min. Metode jonu ciklotronu frekvences mērīšanai uzglabāšanas gredzenā tiek izmantota kombinācijā ar jonu iepriekšēju atdalīšanu lidojuma laikā. FRS-ESR iestatījums GSI (6.4. att.) veica liela skaita kodolu masu precīzus mērījumus plašā masu skaitļu diapazonā.

   209 Bi kodoli, kas paātrināti līdz enerģijai 930 MeV/nukleons, tika fokusēti uz 8 g/cm 2 biezu berilija mērķi, kas atrodas pie FRS ieejas. 209 Bi fragmentācijas rezultātā veidojas liels skaits sekundāro daļiņu diapazonā no 209 Bi līdz 1 H. Reakcijas produkti tiek atdalīti lidojuma laikā atbilstoši to magnētiskajai cietībai. Mērķa biezums ir izvēlēts tā, lai paplašinātu kodolu diapazonu, ko vienlaikus uztver magnētiskā sistēma. Kodolu diapazona paplašināšanās notiek tāpēc, ka daļiņas ar dažādu lādiņu berilija mērķī tiek palēninātas atšķirīgi. FRS separatora fragments ir noregulēts tādu daļiņu caurlaidei, kuru magnētiskā cietība ir ~350 MeV/nukleons. Caur sistēmu izvēlētajā atklāto kodolu lādiņa diapazonā (52 < Z < 83) var vienlaicīgi iziet cauri pilnībā jonizētiem atomiem (kailajiem joniem), ūdeņradim līdzīgiem (ūdeņradim līdzīgiem) joniem ar vienu elektronu vai hēlijam līdzīgiem joniem (hēlijam līdzīgiem) ar diviem elektroniem. Tā kā daļiņu ātrums FRS caurbraukšanas laikā praktiski nemainās, tad, izvēloties daļiņas ar vienādu magnētisko stingrību, tiek atlasītas daļiņas ar M/Z vērtību ar precizitāti ~ 2%. Tāpēc katra jona rotācijas frekvenci ESR uzglabāšanas gredzenā nosaka M/Z attiecība. Tas ir pamatā precizitātes metodei atomu kodolu masu mērīšanai. Jonu apgriezienu biežumu mēra, izmantojot Šotkija metodi. Jonu dzesēšanas metodes izmantošana uzglabāšanas gredzenā papildus palielina masas noteikšanas precizitāti par lielumu. Uz att. 6.5. parādīts ar šo metodi atdalīto atomu kodolu masu grafiks GSI. Jāpatur prātā, ka kodolus, kuru pussabrukšanas periods pārsniedz 30 sekundes, var identificēt, izmantojot aprakstīto metodi, ko nosaka staru kūļa dzesēšanas laiks un analīzes laiks.

   Uz att. 6.6. parādīti 171 Ta izotopa masas noteikšanas rezultāti dažādos lādiņa stāvokļos. Analīzē tika izmantoti dažādi atsauces izotopi. Izmērītās vērtības tiek salīdzinātas ar tabulas datiem (Wapstra).

3. Kodolu masu mērīšana, izmantojot Peninga slazdu

   ISOL metožu un jonu slazdu kombinācijā paveras jaunas eksperimentālas iespējas atomu kodolu masu precizitātes mērījumiem. Joniem, kuriem ir ļoti maza kinētiskā enerģija un līdz ar to neliels rotācijas rādiuss spēcīgā magnētiskajā laukā, tiek izmantoti Peninga slazdi. Šī metode ir balstīta uz precīzu daļiņu rotācijas frekvences mērījumu

   ω = B(q/m),

   iesprostots spēcīgā magnētiskajā laukā. Masas mērīšanas precizitāte vieglajiem joniem var sasniegt ~ 10 -9 . Uz att. 6.7. attēlā parādīts ISOLTRAP spektrometrs, kas uzstādīts uz ISOL – CERN separatora.
   Šīs iestatīšanas galvenie elementi ir jonu staru sagatavošanas sekcijas un divi Penninga slazdi. Pirmais Peninga slazds ir cilindrs, kas novietots ~4 T magnētiskajā laukā. Pirmajā slazdā esošie joni tiek papildus atdzesēti, jo notiek sadursmes ar bufergāzi. Uz att. 6.7. attēlā parādīts jonu masas sadalījums ar A = 138 pirmajā Peninga slazdā kā funkcija no rotācijas ātruma. Pēc atdzesēšanas un attīrīšanas jonu mākonis no pirmā slazda tiek ievadīts otrajā. Šeit jona masu mēra ar rotācijas rezonanses frekvenci. Ar šo metodi sasniedzamā izšķirtspēja īslaicīgiem smagajiem izotopiem ir visaugstākā un ir ~ 10 -7 .

   Rīsi. 6.7 ISOLTRAP spektrometrs

Kā atrast atoma kodola masu? un saņēmu vislabāko atbildi

Atbilde no NiNa Martushova[guru]

A = skaitlis p + skaitlis n. Tas ir, visa atoma masa ir koncentrēta kodolā, jo elektrona masa ir niecīga, kas vienāda ar 11800 AU. e.m., savukārt protona un neitrona masa ir 1 atommasas vienība. Relatīvā atommasa ir daļskaitlis, jo tas ir noteikta ķīmiskā elementa visu izotopu atomu masu vidējais aritmētiskais, ņemot vērā to izplatību dabā.

Atbilde no Yoehmet[guru]
Ņem atoma masu un atņem visu elektronu masu.

Atbilde no Vladimirs Sokolovs[guru]
Summējiet visu kodolā esošo protonu un neitronu masu. Tajās jūs iegūsit daudz.

Atbilde no Daša[jauniņais]
periodiskā tabula, lai palīdzētu

Atbilde no Anastasija Durakova[aktīvs]
Periodiskajā tabulā atrodiet atoma relatīvās masas vērtību, noapaļojiet to līdz veselam skaitlim – tā būs atoma kodola masa. Kodola masu jeb atoma masas skaitli veido protonu un neitronu skaits kodolā
A = skaitlis p + skaitlis n. Tas ir, visa atoma masa ir koncentrēta kodolā, jo elektrona masa ir niecīga, kas vienāda ar 11800 AU. e.m., savukārt protona un neitrona masa ir 1 atommasas vienība. Relatīvā atommasa ir daļskaitlis, jo tas ir noteikta ķīmiskā elementa visu izotopu atomu masu vidējais aritmētiskais, ņemot vērā to izplatību dabā. periodiskā tabula, lai palīdzētu

Atbilde no 3 atbildes[guru]

Čau! Šeit ir tēmu izlase ar atbildēm uz jūsu jautājumu: Kā atrast atoma kodola masu?