Характеристика атомного ядра
Масса протона mp = 938,2 МэВ (в ядерной физике принято выражать массы в единицах энергии, умножая их для этого на с2).
Масса электрона mе = 0,511 МэВ. Масса нейтрона mn = 939,5 МэВ. Спин этих частиц равен ½.
В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен). Он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (е-) и еще одну частицу, называемую антинейтрино ν
n → p + e- + ν
Масса покоя ν = 0. Масса нейтрона > массы протона на 2,5 mе. Разность энергий, связанная с разностью масс частиц в левой и правой частях уравнения, выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.
Большинство химических элементов имеет по несколько разновидностей изотопов, отличающихся значениями массового числа А.
Так, например, водород имеет 3 изотопа
1Н1 – обычный водород, или протий (Z=1, N=0);
1Н2 – тяжелый водород, или дейтерий (Z=1, N=1);
1Н3 – тритий (Z=1, N=2).
У изотопов ядра имеют одинаковое число протонов Z. Ядра с одинаковым массовым числом А называются изобарами (18Аr40, 20Ga40). Ядра с одинаковым числом нейтронов N = A – Z называются изотопами (6С13, 7N14). Существуют радиоактивные ядра с одинаковыми Z и А, отличающиеся периодом полураспада. Они называются изомерами.
Радиус ядра определяется формулой
r = 1,3 · 10-13 A1/3 см = 1,3 A1/3 ферми (10-15 м)
(1 ферми = 10-13 см). Объем ядра ~ числу нуклонов в ядре.
В настоящее время известно около 1500 ядер, различных Z либо А, либо и тем и другим. Около ¼ этих ядер устойчивы, остальные радиоактивны. Для устойчивых ядер характерно определенное отношение числа нейтронов N к числу протонов Z. У легких ядер оно близко к 1. С увеличением числа нуклонов в ядре N/Z растет, достигая для урана значения 1,6.