Обзор структурных уровней

••• ⇔ нуклон ⇔ ядро ⇔ атом ⇔ молекула ⇔ НМС

Элементарные частицы

Классический структурализм

– ΔЕ

Существуют объекты, в отношении которых классический структурализм оказывается неадекватным (и бесполезным)

Электрический заряд, Q

Положительно заряженные
Нейтральные
Отрицательно заряженные

Наблюдаемые ЭЧ

Масса покоя, mo

Лептоны
Мезоны
Барионы

Спин (S) и магнитный момент (μ = γ ⋅ S)

Фермионы
Бозоны

Мультиплеты

Кварк-лептонная модель

Взаимодействия

ЦВЕТОВЫЕ
кварк ↔ кварк

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
кварк ↔ кварк
кварк ↔ лептон
лептон ↔ лептон

Законы сохранения

1) Электрического заряда: ∑ Qi = const

2) Лептонного заряда:

Античастицы

–ΔЕ = 2mc2

Рождение пары

Античастицы

+ΔЕ = 2mc2

Аннигиляция пары

Q = +1 B = +1 L = 0

Q = –1

Атомные ядра

На малых расстояниях диполи чувствуют друг друга, так как силы

Нуклоны

Остаточные цветовые взаимодействия
или «ядерные силы»
(заметны только на малых расстояниях порядка

Отдельные нуклоны

Атомное ядро

Нуклонный состав ядер

Числа нейтронов Nn и протонов Np

Изотопы
1Н 2Н 3Н

Изобары
40K

Внутриядерные взаимодействия

Два типа взаимодействий между нуклонами:
фундаментальное электромагнитное, обусловленное электрическими зарядами протонов,

Кулоновские силы являются силами отталкивания, причем кулоновская энергия отталкивания быстро возрастает

Зависимость удельной энергии связи от массового числа

Область «метастабильности»

Проблема соотношения чисел протонов и нейтронов

Для каждого числа нуклонов N =

Фактор 2 — кинетическая энергия нуклонов

Тождественные нейтроны вынуждены расселяться поодиночке, в

(Np / Nn )*

Область стабильных ядер

При значительном нарушении протонно-нейтронного баланса ядро становтсся РАДИОАКТИВНЫМ и подвергается определенному

Ядерная химия

Нестабильные ядра самопроизвольно превращаются в более стабильные

α-распад
Причина: чрезмерно большой

β-распад
Причина: нарушение протонно-нейтронного баланса

Скорость распада

N = No ∙ e–λt

Электронный распад (β– -распад)

Примеры:
(12 минут)
(12 лет)
(1,4·109 лет)
(23 мин)
(2,3

Позитронный распад (β+ -распад)

Примеры:
(20 минут)
(72 с)
(140 с)

Электронный захват (e-захват, К-захват)

Примеры
(53 дня)
(35 дней)
(370 000 лет)

K-захват: проникновение электрона с K-оболочки в ядро

p+ + е+ →

Причина: потеря устойчивости большого ядра при его возмущении внешними силами

Реакция деления

Цепной

Разветвленная цепная реакция

Регулирование за счет поглотителей нейтронов
(B, Cd и др.)

Причина: выигрыш в энергии за счет появления новых ядерных сил типа

Реакции синтеза протекают при высокой температуре (T > 109 K), так

1H + 12C → 13N + γ
13N → 13C +

Реакции типа «мишень-снаряд»

165Eu + 32S → 196Au + n

Научные исследования в

Ядерная спектроскопия

Ядерный гамма-резонанс

ЯГР-спектр

Мессбауэровская спектроскопия

Fe(II)

Fe(III)

Элементный состав
Валентные состояния

Магнитная СТ структура ядерных уровней 57Fe и характерный вид мёссбауэровского спектра.

Ядерный магнитный резонанс

ΔЕ = hν

Химическое строение молекул