decay_2 radioactifs
le noyau
Lorsque nous avons examiné l'atome du point de vue de la mécanique quantique, nous avons traité le noyau comme une charge de point positif et concentré sur ce que les électrons faisaient. Dans de nombreux cas, comme dans les réactions chimiques, qui est tout ce qui compte; dans d'autres cas, comme la radioactivité, ou pour des réactions nucléaires, ce qui se passe dans le noyau est critique, et les électrons peuvent être ignorés.
Un noyau se compose d'un groupe de protons et de neutrons; ceux-ci sont connus sous le nom nucléons. Chaque noyau peut être caractérisé par deux nombres A, le nombre de masse atomique, qui est le nombre total de nucléons; et Z, le numéro atomique, représentant le nombre de protons. Tout noyau peut être écrit sous une forme comme ceci:
où Al est l'élément (aluminium dans ce cas), la figure 27 est le numéro de masse atomique (le nombre de neutrons plus le nombre de protons), et la figure 13 est Z, le numéro atomique, le nombre de protons.
Quelle est la taille d'un noyau? Nous savons que les atomes sont quelques angströms, mais la plupart de l'atome est un espace vide. Le noyau est beaucoup plus petit que l'atome, et est généralement quelques femtomètres. Le noyau peut être considéré comme un tas de boules (les protons et neutrons) emballés dans une sphère, le rayon de la sphère étant approximativement:
La force nucléaire forte
Ce qui tient ensemble le noyau? Le noyau est minuscule, de sorte que les protons sont tous très proches. La force gravitationnelle les attirer à l'autre est beaucoup plus petite que la force électrique les repousser, il doit y avoir une autre force les garder ensemble. Cette autre force est connue comme la force nucléaire forte; il ne fonctionne que sur de petites distances. La force nucléaire forte est une force d'attraction très forte pour les protons et les neutrons séparés par quelques femtomètres, mais est essentiellement négligeable pour des distances plus grandes.
Le remorqueur de la guerre entre la force d'attraction de la force nucléaire forte et la force électrostatique de répulsion entre protons a des implications intéressantes pour la stabilité d'un noyau. Atomes avec de très faibles numéros atomiques ont à peu près le même nombre de neutrons et de protons; comme Z devient plus grande, cependant, les noyaux stables auront plus de neutrons que de protons. Finalement, on atteint un point au-delà duquel il n'y a pas de noyaux stables: le noyau de bismuth avec 83 protons et 126 neutrons est le plus grand noyau stable. Noyaux avec plus de 83 protons sont tous instables, et finira par briser en petits morceaux; ceci est connu comme la radioactivité.
énergie de liaison nucléaire et le défaut de masse
Un neutron a une masse légèrement supérieure à celle du proton. Ceux-ci sont souvent donnés en termes d'une unité de masse atomique, où une unité de masse atomique (u) est défini comme 1 / 12e de la masse d'un atome de carbone-12.
Quelque chose devrait frapper probablement vous être un peu bizarre ici. L'atome de carbone 12 a une masse de 12,000 u, et pourtant il contient 12 objets (6 protons et 6 neutrons) qui ont chacune une masse supérieure à 1,000 u. Le fait est que ces six protons et six neutrons ont une masse plus importante quand ils sont séparés que quand ils sont liés ensemble en un noyau carbone-12.
Cela est vrai pour tous les noyaux, que la masse du noyau est un peu inférieure à la masse des neutrons et des protons individuels. Cette masse manquante est connu comme le défaut de masse, et est essentiellement la masse équivalente de l'énergie de liaison.
la célèbre équation d'Einstein concerne l'énergie et de la masse:
Si vous convertissez une masse à l'énergie, l'équation d'Einstein vous indique la quantité d'énergie que vous obtenez. En tout noyau il y a une certaine énergie de liaison, l'énergie dont vous auriez besoin de mettre pour diviser le noyau en protons individuels et neutrons. Pour trouver l'énergie de liaison, alors, tout ce que vous devez faire est d'ajouter la masse des protons individuels et neutrons et soustraire la masse du noyau:
L'énergie de liaison est alors:
Dans un noyau typique l'énergie de liaison est mesurée en MeV, considérablement plus grande que les quelques eV associée à l'énergie de liaison des électrons de l'atome. Les réactions nucléaires impliquent des changements dans l'énergie de liaison nucléaire, ce qui explique pourquoi les réactions nucléaires vous donnent beaucoup plus d'énergie que les réactions chimiques; ceux qui impliquent des changements dans les énergies de liaison électronique.
Le procédé de transformation d'un élément à l'autre est connu comme la transmutation.
Les particules alpha ne se déplacent pas loin dans l'air avant d'être absorbé; ce qui les rend très sûr pour une utilisation dans les détecteurs de fumée, un élément de ménage commun.
En termes de sécurité, des particules bêta sont beaucoup plus pénétrants que les particules alpha, mais beaucoup moins que les particules gamma.
Quand un électron change de niveau, l'énergie impliquée est habituellement quelques eV, donc un photon visible ou ultraviolet est émis. Dans le noyau, les différences d'énergie entre les niveaux sont beaucoup plus grandes, généralement quelques centaines de keV, de sorte que le photon émis est un rayon gamma.
Les rayons gamma sont très pénétrants; ils peuvent être plus efficacement absorbés par une couche relativement épaisse de matériau à haute densité tels que le plomb.
Une liste des noyaux connus et leurs propriétés se trouvent dans le tableau des nucléides au Brookhaven National Laboratory.