Образовака🌡️ Физика9 классСтроение атома и атомного ядра. использование энергии атомных ядер

Ядерные силы

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 176.

Элементарные частицы в ядре удерживаются особыми силами, называемыми ядерными. Кратко рассмотрим особенности этих сил.

Строение атомного ядра

В опытах Э. Резерфорда в начале XXв было установлено, что весь положительный заряд атома сконцентрирован в весьма малой части атома – в ядре.

Дальнейшее изучение радиоактивного распада привели его к выводу, что ядра атомов состоят из частиц – протонов. Кроме того, в ядра входят нейтроны, открытые позже. Массы протона и нейтрона (общее название – «нуклоны») очень близки, гораздо больше масс электронов, поэтому практически всю массу атома составляют именно они.

Ядро самого легкого и распространенного элемента в Вселенной – водорода – состоит лишь из одного протона. Но, большинство ядер содержит большее количество протонов, оно равно атомному номеру элемента в таблице Менделеева. Самый тяжелый из стабильных элементов, не подверженных радиоактивному распаду – свинец-208, содержащий 82 протона и 126 нейтронов.

Все протоны заряжены одинаково, и такое большое число протонов, находящихся рядом, должно подвергаться действию больших сил отталкивания. Ядра должны очень быстро распадаться. Однако, в реальности этого не наблюдается. Следовательно, существуют силы, удерживающие протоны внутри ядра. Что это за силы ?

Ядерные силы

Силы электромагнитной природы выталкивают протоны из ядра, и не могут удерживать протоны вместе. Протоны обладают массой, а значит, должны испытывать гравитационное притяжение. Однако, подсчет показывает, что электрическое отталкивание между протонами в .25\times10^{36}$ раз превышает силы гравитации.

Нуклоны в ядре удерживаются силами особой природы, отличной как от электрической, так и от гравитационной. Взаимодействие, порождающее эти силы, называется «ядерным» или Сильным. Оно примерно в сто раз более сильное, чем электрическое, и его действия с запасом хватает, чтобы удерживать протоны рядом.

Рис. 3. Сильное (ядерное) взаимоедйствие.

Важнейшая характеристика ядерных сил – малый радиус их действия, около $10^{-14} – 10^{-15}м$. На больших расстояниях интенсивность ядерного взаимодействия резко убывает. Именно эта особенность и определяет размеры атомных ядер.

Электромагнитное взаимодействие имеет бесконечный радиус действия потому, что его переносчики (фотоны) сами в нем не участвуют, имеют нулевую массу покоя и могут свободно переноситься от одной заряженной частицы к другой. Переносчики же Сильного взаимодействия (глюоны и составленные из них пионы) имеют массу и сами участвуют во взаимодействии, притягиваясь к испустившему их нуклону. В результате они не могут удалиться от нуклона на большие расстояния.

Что мы узнали?

Нуклоны внутри ядер удерживаются ядерными силами, которые в 100 раз сильнее кулоновских. Это взаимодействие особой природы, самое сильное из известных, поэтому оно называется Сильным. Его особенность – малый радиус действия, не превышающий размера атомного ядра.