องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม การคำนวณโปรตอนและนิวตรอน
ตาม ความคิดที่ทันสมัยอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ ในทางกลับกัน นิวเคลียสของอะตอมก็ประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานที่มีขนาดเล็กกว่า - จากจำนวนที่แน่นอน โปรตอนและนิวตรอน(ชื่อที่ยอมรับโดยทั่วไปคือนิวคลีออน) ซึ่งเชื่อมโยงถึงกันด้วยพลังนิวเคลียร์
จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสจะเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม และเปลือกอิเล็กตรอนจะกำหนดลักษณะทางกายภาพ คุณสมบัติทางเคมีสาร จำนวนโปรตอนสอดคล้องกับเลขลำดับของอะตอมในระบบองค์ประกอบทางเคมีตามคาบของเมนเดเลเยฟ หรือที่เรียกว่าเลขประจุ เลขอะตอม เลขอะตอม ตัวอย่างเช่น จำนวนโปรตอนในอะตอมฮีเลียมคือ 2.B ตารางธาตุมีหมายเลข 2 และกำหนดให้เป็น He 2 สัญลักษณ์แสดงจำนวนโปรตอนคืออักษรละติน Z เมื่อเขียนสูตร ตัวเลขระบุจำนวนโปรตอนมักจะอยู่ใต้สัญลักษณ์ของธาตุไม่ว่าจะทางขวาหรือทางขวาก็ตาม หรือทางซ้าย: เขา 2 / 2 เขา.
จำนวนนิวตรอนสอดคล้องกับไอโซโทปจำเพาะของธาตุ ไอโซโทปเป็นองค์ประกอบที่มีเลขอะตอมเท่ากัน (จำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากัน) แต่มีเลขมวลต่างกัน เลขมวล– จำนวนนิวตรอนและโปรตอนทั้งหมดในนิวเคลียสของอะตอม (แสดงด้วยตัวอักษรละติน A) เมื่อเขียนสูตร เลขมวลจะแสดงที่ด้านบนของสัญลักษณ์ธาตุที่ด้านหนึ่ง: He 4 2 / 4 2 He (ไอโซโทปฮีเลียม - ฮีเลียม - 4)
ดังนั้น ในการหาจำนวนนิวตรอนในไอโซโทปใดไอโซโทปหนึ่งๆ ควรลบจำนวนโปรตอนออกจากจำนวนมวลทั้งหมด ตัวอย่างเช่น เรารู้ว่าอะตอมของฮีเลียม-4 He 4 2 มีอนุภาคมูลฐาน 4 ตัว เนื่องจากเลขมวลของไอโซโทปคือ 4 ยิ่งกว่านั้น เรารู้ว่า He 4 2 มีโปรตอน 2 ตัว ลบจาก 4 (จำนวนมวลรวม) 2 (จำนวนโปรตอน) เราจะได้ 2 - จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของฮีเลียม-4
กระบวนการคำนวณจำนวนอนุภาคแฟนทอมในนิวเคลียสของอะตอม ตัวอย่างเช่น ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่เราพิจารณาฮีเลียม-4 (He 4 2) ซึ่งนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว เนื่องจากนิวเคลียสของฮีเลียม-4 ที่เรียกว่าอนุภาคแอลฟา (อนุภาคแอลฟา) มีประสิทธิภาพมากที่สุดใน ปฏิกิริยานิวเคลียร์มักใช้สำหรับการทดลองในทิศทางนี้ เป็นที่น่าสังเกตว่าในสูตรสำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์มักใช้สัญลักษณ์αแทน He 4 2
ด้วยการมีส่วนร่วมของอนุภาคอัลฟาที่ E. Rutherford ดำเนินการในครั้งแรก ประวัติศาสตร์อย่างเป็นทางการปฏิกิริยาฟิสิกส์ของการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ ในระหว่างปฏิกิริยาอนุภาคอัลฟา (He 4 2) “โจมตี” นิวเคลียสของไอโซโทปไนโตรเจน (N 14 7) ส่งผลให้เกิดไอโซโทปออกซิเจน (O 17 8) และโปรตอนหนึ่งตัว (p 1 1)
ปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้มีลักษณะดังนี้:
ลองคำนวณจำนวนอนุภาค Phantom Po ก่อนและหลังการแปลงนี้กัน
ในการคำนวณจำนวนอนุภาค PHANTOM ที่คุณต้องการ:
ขั้นตอนที่ 1 นับจำนวนนิวตรอนและโปรตอนในแต่ละนิวเคลียส:
- จำนวนโปรตอนระบุไว้ในตัวบ่งชี้ด้านล่าง
- เราค้นหาจำนวนนิวตรอนโดยการลบจำนวนโปรตอน (ตัวบ่งชี้ที่ต่ำกว่า) ออกจากจำนวนมวลทั้งหมด (ตัวบ่งชี้บน)
ขั้นตอนที่ 2 นับจำนวนอนุภาค Phantom Po ในนิวเคลียสของอะตอม:
- คูณจำนวนโปรตอนด้วยจำนวนอนุภาค Phantom Po ที่มีอยู่ใน 1 โปรตอน
- คูณจำนวนนิวตรอนด้วยจำนวนอนุภาค Phantom Po ที่มีอยู่ใน 1 นิวตรอน
ขั้นตอนที่ 3 เพิ่มจำนวนอนุภาค Phantom Po:
- เพิ่มจำนวนผลลัพธ์ของอนุภาค Phantom Po ในโปรตอนด้วยจำนวนผลลัพธ์ในนิวตรอนในนิวเคลียสก่อนเกิดปฏิกิริยา
- เพิ่มจำนวนผลลัพธ์ของอนุภาค Phantom Po ในโปรตอนด้วยจำนวนผลลัพธ์ในนิวตรอนในนิวเคลียสหลังปฏิกิริยา
- เปรียบเทียบจำนวนอนุภาค Phantom Po ก่อนทำปฏิกิริยากับจำนวนอนุภาค Phantom Po หลังปฏิกิริยา
ตัวอย่างการคำนวณจำนวนอนุภาคหลอกในนิวเคลียสของอะตอมที่พัฒนาขึ้น
(ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับอนุภาค α (He 4 2) ดำเนินการโดย E. Rutherford ในปี 1919)
ก่อนเกิดปฏิกิริยา (N 14 7 + He 4 2)
ยังไม่มีข้อความ 14 7
จำนวนโปรตอน: 7
จำนวนนิวตรอน: 14-7 = 7
ใน 1 โปรตอน – 12 Po ซึ่งหมายถึงใน 7 โปรตอน: (12 x 7) = 84;
ใน 1 นิวตรอน – 33 Po ซึ่งหมายถึงใน 7 นิวตรอน: (33 x 7) = 231;
จำนวนอนุภาค Phantom Po ในนิวเคลียสทั้งหมด: 84+231 = 315
เขา 4 2
จำนวนโปรตอน – 2
จำนวนนิวตรอน 4-2 = 2
จำนวนอนุภาค Phantom Po:
ใน 1 โปรตอน – 12 Po ซึ่งหมายถึงใน 2 โปรตอน: (12 x 2) = 24
ใน 1 นิวตรอน – 33 Po ซึ่งหมายถึงใน 2 นิวตรอน: (33 x 2) = 66
จำนวนอนุภาค Phantom Po ในนิวเคลียสทั้งหมด: 24+66 = 90
จำนวนอนุภาค Phantom Po ทั้งหมดก่อนเกิดปฏิกิริยา
น 14 7 + เขา 4 2
315 + 90 = 405
หลังปฏิกิริยา (O 17 8) และโปรตอนหนึ่งตัว (p 1 1):
โอ 17 8
จำนวนโปรตอน: 8
จำนวนนิวตรอน: 17-8 = 9
จำนวนอนุภาค Phantom Po:
ใน 1 โปรตอน – 12 Po ซึ่งหมายถึงใน 8 โปรตอน: (12 x 8) = 96
ใน 1 นิวตรอน – 33 Po ซึ่งหมายถึงใน 9 นิวตรอน: (9 x 33) = 297
จำนวนอนุภาค Phantom Po ในนิวเคลียสทั้งหมด: 96+297 = 393
หน้า 1 1
จำนวนโปรตอน: 1
จำนวนนิวตรอน: 1-1=0
จำนวนอนุภาค Phantom Po:
มี 12 Po ใน 1 โปรตอน
ไม่มีนิวตรอน
จำนวนอนุภาค Phantom Po ทั้งหมดในนิวเคลียส: 12
จำนวนอนุภาค Phantom Po ทั้งหมดหลังปฏิกิริยา
(โอ 17 8 + หน้า 1 1):
393 + 12 = 405
ลองเปรียบเทียบจำนวนอนุภาค Phantom Po ก่อนและหลังปฏิกิริยา:
ตัวอย่างรูปแบบย่อสำหรับการคำนวณจำนวนอนุภาคหลอนในปฏิกิริยานิวเคลียร์
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่รู้จักกันดีคือปฏิกิริยาของอันตรกิริยาของอนุภาคαกับไอโซโทปเบริลเลียมซึ่งมีการค้นพบนิวตรอนครั้งแรกโดยแสดงตัวว่าเป็นอนุภาคอิสระอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในปี 1932 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Chadwick สูตรปฏิกิริยา:
213 + 90 → 270 + 33 - จำนวนอนุภาค Phantom Po ในแต่ละนิวเคลียส
303 = 303 - ผลรวมของอนุภาค Phantom Po ก่อนและหลังปฏิกิริยา
จำนวนอนุภาค Phantom Po ก่อนและหลังปฏิกิริยาจะเท่ากัน
นานมาแล้วก่อนที่จะมีข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับโครงสร้างภายในของสรรพสิ่ง นักคิดชาวกรีกจินตนาการถึงสสารที่อยู่ในรูปของอนุภาคไฟเล็กๆ ที่เคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลา อาจเป็นไปได้ว่านิมิตเกี่ยวกับระเบียบโลกนี้มาจากข้อสรุปเชิงตรรกะล้วนๆ แม้จะมีความไร้เดียงสาและขาดหลักฐานของข้อความนี้โดยสิ้นเชิง แต่กลับกลายเป็นเรื่องจริง แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะสามารถยืนยันการคาดเดาที่กล้าหาญนี้ได้เพียงยี่สิบสามศตวรรษต่อมา
โครงสร้างอะตอม
ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 มีการตรวจสอบคุณสมบัติของท่อระบายที่กระแสไฟไหลผ่าน การสังเกตพบว่าในกรณีนี้มีการปล่อยอนุภาคออกมาสองกระแส:
อนุภาคลบของรังสีแคโทดเรียกว่าอิเล็กตรอน ต่อจากนั้น อนุภาคที่มีอัตราส่วนประจุต่อมวลเท่ากันถูกค้นพบในหลายกระบวนการ อิเล็กตรอนดูเหมือนจะเป็นองค์ประกอบสากลของอะตอมต่างๆ ซึ่งแยกออกจากกันได้ง่ายเมื่อถูกไอออนและอะตอมถล่ม
อนุภาคที่มีประจุบวกจะถูกแสดงเป็นชิ้นส่วนของอะตอมหลังจากที่พวกมันสูญเสียอิเล็กตรอนไปตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป ในความเป็นจริง รังสีบวกคือกลุ่มอะตอมที่ไม่มีอนุภาคลบ และส่งผลให้มีประจุบวก
โมเดลทอมป์สัน
จากการทดลองพบว่าอนุภาคบวกและลบเป็นตัวแทนของแก่นแท้ของอะตอมและเป็นส่วนประกอบของมัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เจ. ทอมสัน เสนอทฤษฎีของเขา ในความเห็นของเขา โครงสร้างของอะตอมและนิวเคลียสของอะตอมนั้นเป็นมวลชนิดหนึ่งซึ่งมีประจุลบถูกบีบให้เป็นลูกบอลที่มีประจุบวก เหมือนลูกเกดกลายเป็นคัพเค้ก การชดเชยการชาร์จทำให้ "คัพเค้ก" มีความเป็นกลางทางไฟฟ้า
แบบจำลองรัทเทอร์ฟอร์ด
รัทเทอร์ฟอร์ด นักวิทยาศาสตร์หนุ่มชาวอเมริกัน วิเคราะห์ร่องรอยที่อนุภาคอัลฟาทิ้งไว้ สรุปว่าแบบจำลองของทอมป์สันไม่สมบูรณ์ อนุภาคอัลฟ่าบางส่วนเบี่ยงเบนไปเป็นมุมเล็ก ๆ - 5-10 o ในบางกรณีที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก อนุภาคอัลฟ่าจะเบนไปที่มุมขนาดใหญ่ 60-80 o และในกรณีพิเศษ มุมจะมีขนาดใหญ่มาก - 120-150 o แบบจำลองอะตอมของทอมป์สันไม่สามารถอธิบายความแตกต่างได้
Rutherford เสนอแบบจำลองใหม่ที่อธิบายโครงสร้างของอะตอมและนิวเคลียสของอะตอม ฟิสิกส์ของกระบวนการระบุว่าอะตอมควรว่างเปล่า 99% โดยมีนิวเคลียสและอิเล็กตรอนขนาดเล็กหมุนรอบอะตอมและเคลื่อนที่ในวงโคจร
เขาอธิบายความเบี่ยงเบนระหว่างการกระแทกโดยข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคของอะตอมมีประจุไฟฟ้าในตัวเอง ภายใต้อิทธิพลของการทิ้งระเบิดอนุภาคที่มีประจุ องค์ประกอบอะตอมมีพฤติกรรมเหมือนวัตถุที่มีประจุธรรมดาในจักรวาลมหภาค: อนุภาคที่มีประจุเท่ากันจะผลักกัน และอนุภาคที่มีประจุตรงกันข้ามจะดึงดูดกัน
สถานะของอะตอม
ในตอนต้นของศตวรรษที่ผ่านมา เมื่อมีการเปิดตัวเครื่องเร่งอนุภาคเครื่องแรก ทฤษฎีทั้งหมดที่อธิบายโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมและตัวอะตอมเองนั้นกำลังรอการตรวจสอบเชิงทดลองอยู่ เมื่อถึงเวลานั้น ปฏิสัมพันธ์ของรังสีอัลฟ่าและเบต้ากับอะตอมก็ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดแล้ว จนถึงปี 1917 เชื่อกันว่าอะตอมมีความเสถียรหรือมีกัมมันตภาพรังสี อะตอมที่เสถียรไม่สามารถแยกออกได้ และไม่สามารถควบคุมการสลายตัวของนิวเคลียสกัมมันตภาพรังสีได้ แต่รัทเทอร์ฟอร์ดสามารถหักล้างความคิดเห็นนี้ได้
โปรตอนตัวแรก
ในปี 1911 อี. รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอแนวคิดที่ว่านิวเคลียสทั้งหมดประกอบด้วยองค์ประกอบที่เหมือนกัน โดยมีอะตอมไฮโดรเจนเป็นพื้นฐาน นักวิทยาศาสตร์ได้รับแจ้งถึงแนวคิดนี้โดยข้อสรุปที่สำคัญจากการศึกษาโครงสร้างของสสารก่อนหน้านี้: มวลขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดจะถูกหารโดยไม่มีส่วนที่เหลือด้วยมวลของไฮโดรเจน ข้อสันนิษฐานใหม่นี้เปิดโอกาสที่เป็นไปได้อย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน ทำให้เรามองเห็นโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมในรูปแบบใหม่ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ควรจะยืนยันหรือหักล้างสมมติฐานใหม่
การทดลองเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2462 โดยใช้อะตอมไนโตรเจน ด้วยการถล่มพวกมันด้วยอนุภาคอัลฟ่า Rutherford ก็บรรลุผลลัพธ์ที่น่าอัศจรรย์
อะตอม N ดูดซับอนุภาคอัลฟ่า จากนั้นกลายเป็นอะตอมออกซิเจน O 17 และปล่อยนิวเคลียสไฮโดรเจนออกมา นี่เป็นการเปลี่ยนแปลงประดิษฐ์ครั้งแรกของอะตอมขององค์ประกอบหนึ่งไปสู่อีกองค์ประกอบหนึ่ง ประสบการณ์ดังกล่าวให้ความหวังว่าโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมและฟิสิกส์ของกระบวนการที่มีอยู่ทำให้สามารถดำเนินการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์อื่น ๆ ได้
นักวิทยาศาสตร์ใช้วิธีแสงวาบวาบในการทดลองของเขา จากความถี่ของแสงแฟลร์ เขาได้ข้อสรุปเกี่ยวกับองค์ประกอบและโครงสร้างของนิวเคลียสอะตอม ลักษณะของอนุภาคที่เกิดขึ้น มวลอะตอม และเลขอะตอม อนุภาคที่ไม่รู้จักนี้ถูกตั้งชื่อว่าโปรตอนโดยรัทเทอร์ฟอร์ด มันมีคุณลักษณะทั้งหมดของอะตอมไฮโดรเจนที่แยกอิเล็กตรอนตัวเดียวออกไป นั่นคือประจุบวกเพียงตัวเดียวและมวลที่สอดคล้องกัน ดังนั้นจึงได้รับการพิสูจน์แล้วว่าโปรตอนและนิวเคลียสของไฮโดรเจนเป็นอนุภาคเดียวกัน
ในปี 1930 เมื่อมีการสร้างและปล่อยเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่เครื่องแรก แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดได้รับการทดสอบและพิสูจน์: อะตอมไฮโดรเจนแต่ละอะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอนตัวเดียว ซึ่งไม่สามารถระบุตำแหน่งได้ และอะตอมหลวมที่มีโปรตอนบวกเพียงตัวเดียวอยู่ข้างใน . เนื่องจากโปรตอน อิเล็กตรอน และอนุภาคอัลฟาสามารถบินออกจากอะตอมได้ในระหว่างการทิ้งระเบิด นักวิทยาศาสตร์จึงคิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นส่วนประกอบของนิวเคลียสของอะตอม แต่แบบจำลองอะตอมของนิวเคลียสดังกล่าวดูไม่เสถียร - อิเล็กตรอนมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะใส่ในนิวเคลียสได้นอกจากนี้ยังมีปัญหาร้ายแรงที่เกี่ยวข้องกับการละเมิดกฎโมเมนตัมและการอนุรักษ์พลังงาน กฎหมายทั้งสองนี้เหมือนกับนักบัญชีที่เข้มงวดกล่าวว่าโมเมนตัมและมวลในระหว่างการทิ้งระเบิดหายไปในทิศทางที่ไม่รู้จัก เนื่องจากกฎหมายเหล่านี้เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป จึงจำเป็นต้องค้นหาคำอธิบายสำหรับการรั่วไหลดังกล่าว
นิวตรอน
นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกทำการทดลองโดยมีเป้าหมายเพื่อค้นหาองค์ประกอบใหม่ของนิวเคลียสของอะตอม ในช่วงทศวรรษที่ 1930 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน เบกเกอร์และโบธระดมยิงอะตอมเบริลเลียมด้วยอนุภาคอัลฟา ในเวลาเดียวกัน มีการบันทึกรังสีที่ไม่รู้จักซึ่งตัดสินใจเรียกรังสีเอกซ์ การศึกษาโดยละเอียดเผยให้เห็นคุณสมบัติบางประการของรังสีใหม่: พวกมันสามารถแพร่กระจายเป็นเส้นตรงอย่างเคร่งครัด, ไม่มีปฏิกิริยากับไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูง ต่อมาพบอนุภาคที่ก่อให้เกิดรังสีประเภทนี้ระหว่างปฏิกิริยาของอนุภาคอัลฟากับองค์ประกอบอื่น ๆ เช่น โบรอน โครเมียม และอื่น ๆ
การคาดเดาของแชดวิก
จากนั้น เจมส์ แชดวิก เพื่อนร่วมงานและนักเรียนของรัทเทอร์ฟอร์ด ได้เขียนข้อความสั้นๆ ในวารสาร Nature ซึ่งต่อมากลายเป็นที่รู้จักโดยทั่วไป แชดวิกดึงความสนใจไปที่ข้อเท็จจริงที่ว่าความขัดแย้งในกฎการอนุรักษ์สามารถแก้ไขได้ง่ายถ้าเราสันนิษฐานว่ารังสีใหม่นั้นเป็นกระแสของอนุภาคที่เป็นกลาง ซึ่งแต่ละอนุภาคมีมวลประมาณเท่ากับมวลของโปรตอน เมื่อพิจารณาสมมติฐานนี้ นักฟิสิกส์ได้ขยายสมมติฐานที่อธิบายโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมอย่างมีนัยสำคัญ โดยสรุป แก่นแท้ของการเติมถูกลดขนาดลงเป็นอนุภาคใหม่และบทบาทของมันในโครงสร้างของอะตอม
คุณสมบัติของนิวตรอน
อนุภาคที่ค้นพบถูกตั้งชื่อว่า “นิวตรอน” อนุภาคที่เพิ่งค้นพบไม่ได้ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบตัวมันและผ่านสสารได้ง่ายโดยไม่สูญเสียพลังงาน ในการชนกันที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนักกับนิวเคลียสของอะตอมเบา นิวตรอนสามารถผลักนิวเคลียสออกจากอะตอมได้ โดยสูญเสียพลังงานส่วนสำคัญไป โครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมสันนิษฐานว่ามีจำนวนนิวตรอนต่างกันในแต่ละสาร อะตอมที่มีประจุนิวเคลียร์เท่ากันแต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันเรียกว่าไอโซโทป
นิวตรอนทำหน้าที่ทดแทนอนุภาคแอลฟาได้อย่างดีเยี่ยม ปัจจุบันใช้เพื่อศึกษาโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม เป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายสั้น ๆ ถึงความสำคัญของวิทยาศาสตร์ แต่ต้องขอบคุณการทิ้งนิวเคลียสของอะตอมด้วยนิวตรอนที่ทำให้นักฟิสิกส์สามารถรับไอโซโทปขององค์ประกอบที่รู้จักเกือบทั้งหมด
องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม
ในปัจจุบัน โครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมเป็นกลุ่มของโปรตอนและนิวตรอนที่ยึดติดกันด้วยแรงนิวเคลียร์ ตัวอย่างเช่น นิวเคลียสฮีเลียมประกอบด้วยก้อนนิวตรอนสองตัวและโปรตอนสองตัว ธาตุแสงมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนเกือบเท่ากัน ในขณะที่ธาตุหนักมีจำนวนนิวตรอนมากกว่ามาก
ภาพโครงสร้างของนิวเคลียสนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองกับเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่สมัยใหม่ที่มีโปรตอนเร็ว แรงผลักไฟฟ้าของโปรตอนมีความสมดุลโดยแรงนิวเคลียร์ ซึ่งทำหน้าที่เฉพาะในนิวเคลียสเท่านั้น แม้ว่าธรรมชาติของแรงนิวเคลียร์ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างถี่ถ้วน แต่การดำรงอยู่ของพวกมันนั้นได้รับการพิสูจน์ในทางปฏิบัติแล้ว และอธิบายโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมได้อย่างสมบูรณ์
ความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน
ในปี พ.ศ. 2475 กล้องของวิลสันได้ถ่ายภาพอันน่าทึ่งซึ่งพิสูจน์การมีอยู่ของอนุภาคที่มีประจุบวกกับมวลของอิเล็กตรอน
ก่อนหน้านี้ P. Dirac ทำนายอิเล็กตรอนเชิงบวก อิเล็กตรอนเชิงบวกที่แท้จริงก็ถูกค้นพบในรังสีคอสมิกด้วย อนุภาคใหม่นี้เรียกว่าโพซิตรอน เมื่อชนกับอิเล็กตรอนคู่ของมัน การทำลายล้างจะเกิดขึ้น - การทำลายล้างร่วมกันของอนุภาคทั้งสอง สิ่งนี้จะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนหนึ่ง
ดังนั้นทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นสำหรับจักรวาลมหภาคจึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการอธิบายพฤติกรรมขององค์ประกอบที่เล็กที่สุดของสสาร
จากการศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคแอลฟาผ่านแผ่นฟอยล์สีทองบางๆ (ดูหัวข้อ 6.2) อี. รัทเทอร์ฟอร์ดได้ข้อสรุปว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกหนักและอิเล็กตรอนที่อยู่รอบๆ
แกนกลาง เรียกว่า ส่วนกลางของอะตอม,ซึ่งมีมวลเกือบทั้งหมดของอะตอมและประจุบวกมีความเข้มข้น.
ใน องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม รวมถึงอนุภาคมูลฐาน : โปรตอน และ นิวตรอน (นิวเคลียส มาจากคำภาษาละติน นิวเคลียส- แกนกลาง). แบบจำลองโปรตอน-นิวตรอนของนิวเคลียสดังกล่าวถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์โซเวียตในปี 1932 D.D. อิวาเนนโก. โปรตอนมีประจุบวก e + = 1.06 · 10 –19 C และมีมวลนิ่ง ม.พี= 1.673·10 –27 กก. = 1836 ฉัน. นิวตรอน ( n) – อนุภาคที่เป็นกลางและมีมวลนิ่ง ม= 1.675·10 –27 กก. = 1839 ฉัน(มวลอิเล็กตรอนอยู่ที่ไหน ฉันเท่ากับ 0.91·10 –31 กก.) ในรูป รูปที่ 9.1 แสดงโครงสร้างของอะตอมฮีเลียมตามแนวคิดในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 - ต้นศตวรรษที่ 21
ค่าใช้จ่ายหลัก เท่ากับ ซี, ที่ไหน จ– ประจุโปรตอน ซี– หมายเลขค่าธรรมเนียม, เท่ากัน หมายเลขซีเรียลองค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุของ Mendeleev ได้แก่ จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส แสดงจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส เอ็น. โดยปกติ ซี > เอ็น.
ปัจจุบันรู้จักเมล็ดข้าวด้วย ซี= 1 ถึง ซี = 107 – 118.
จำนวนนิวเคลียสในนิวเคลียส ก = ซี + เอ็นเรียกว่า เลขมวล . แกนเดียวกันด้วย ซีแต่แตกต่าง กถูกเรียก ไอโซโทป. แกนนั้นด้วยเหมือนกัน กมีความแตกต่าง ซีเรียกว่า ไอโซบาร์.
นิวเคลียสจะแสดงด้วยสัญลักษณ์เดียวกับอะตอมที่เป็นกลางโดยที่ เอ็กซ์– สัญลักษณ์ขององค์ประกอบทางเคมี ตัวอย่างเช่น: ไฮโดรเจน ซี= 1 มีสามไอโซโทป: – โปรเทียม ( ซี = 1, เอ็น= 0), – ดิวเทอเรียม ( ซี = 1, เอ็น= 1), – ไอโซโทป ( ซี = 1, เอ็น= 2) ดีบุกมี 10 ไอโซโทป เป็นต้น ในไอโซโทปส่วนใหญ่ขององค์ประกอบทางเคมีชนิดเดียว พวกมันมีสารเคมีเหมือนกันและคล้ายกัน คุณสมบัติทางกายภาพ. โดยรวมแล้วมีการรู้จักไอโซโทปเสถียรประมาณ 300 ไอโซโทปและไอโซโทปที่ได้จากธรรมชาติและเทียมมากกว่า 2,000 รายการ ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี.
ขนาดของนิวเคลียสมีลักษณะเฉพาะคือรัศมีของนิวเคลียส ซึ่งมีความหมายทั่วไปเนื่องจากการเบลอของขอบเขตของนิวเคลียส แม้แต่ E. Rutherford วิเคราะห์การทดลองของเขา พบว่าขนาดของนิวเคลียสอยู่ที่ประมาณ 10–15 ม. (ขนาดของอะตอมคือ 10–10 ม.) มีสูตรเชิงประจักษ์ในการคำนวณรัศมีของแกนกลาง:
| , | (9.1.1) |
ที่ไหน ร 0 = (1.3 – 1.7)·10 –15 ม. ซึ่งแสดงว่าปริมาตรของนิวเคลียสเป็นสัดส่วนกับจำนวนนิวคลีออน
ความหนาแน่นของสสารนิวเคลียร์มีลำดับความสำคัญ 10 17 กก./ลบ.ม. และคงที่สำหรับนิวเคลียสทั้งหมด มันเกินความหนาแน่นของสารธรรมดาที่มีความหนาแน่นมากที่สุดอย่างมาก
โปรตอนและนิวตรอนเป็น เฟอร์มิออน, เพราะ มีการหมุน ħ /2.
นิวเคลียสของอะตอมก็มี โมเมนตัมเชิงมุมภายใน – การหมุนของนิวเคลียร์ :
 ,
|
(9.1.2) |
ที่ไหน ฉัน – ภายใน(สมบูรณ์)หมุนหมายเลขควอนตัม
ตัวเลข ฉันยอมรับค่าจำนวนเต็มหรือครึ่งจำนวน 0, 1/2, 1, 3/2, 2 เป็นต้น แกนด้วย สม่ำเสมอ กมี การหมุนจำนวนเต็ม(เป็นหน่วย ħ ) และปฏิบัติตามสถิติ บอส–ไอน์สไตน์(โบซอน). แกนด้วย แปลก กมี การหมุนครึ่งจำนวน(เป็นหน่วย ħ ) และปฏิบัติตามสถิติ เฟอร์มี–ดิแรก(เหล่านั้น. นิวเคลียส - เฟอร์มิออน).
อนุภาคนิวเคลียร์มีโมเมนต์แม่เหล็กในตัวเอง ซึ่งเป็นตัวกำหนดโมเมนต์แม่เหล็กของนิวเคลียสโดยรวม หน่วยวัดโมเมนต์แม่เหล็กของนิวเคลียสคือ แมกนีตันนิวเคลียร์ พิษ:
| . | (9.1.3) |
ที่นี่ จ– ค่าสัมบูรณ์ของประจุอิเล็กตรอน ม.พี– มวลโปรตอน
แมกนีตันนิวเคลียร์ใน ม.พี/ฉัน= 1836.5 เท่าน้อยกว่าแมกนีตอนบอร์ ตามมาด้วย พิจารณาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม คุณสมบัติทางแม่เหล็กอิเล็กตรอนของมัน .
มีความสัมพันธ์ระหว่างการหมุนของนิวเคลียสกับโมเมนต์แม่เหล็กของมัน:
| , | (9.1.4) |
โดยที่ γ พิษ – อัตราส่วนไจโรแมกเนติกนิวเคลียร์.
นิวตรอนมีโมเมนต์แม่เหล็กเป็นลบ μ nพิษ µ – 1.913μ เนื่องจากทิศทางของการหมุนของนิวตรอนและโมเมนต์แม่เหล็กของมันอยู่ตรงกันข้าม ช่วงเวลาแม่เหล็กโปรตอนเป็นบวกและเท่ากับμ รµ พิษ 2.793μ ทิศทางของมันเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการหมุนของโปรตอน
การกระจายประจุไฟฟ้าของโปรตอนเหนือนิวเคลียสใน กรณีทั่วไปอสมมาตร. การวัดความเบี่ยงเบนของการกระจายนี้จากสมมาตรทรงกลมคือ โมเมนต์ไฟฟ้าสี่เท่าของนิวเคลียส ถาม. หากถือว่าความหนาแน่นของประจุเท่ากันทุกแห่ง ถามกำหนดโดยรูปร่างของนิวเคลียสเท่านั้น ดังนั้น สำหรับทรงรีของการปฏิวัติ
 ,
|
(9.1.5) |
ที่ไหน ข– กึ่งแกนของทรงรีตามทิศทางการหมุน ก– ครึ่งแกนในทิศทางตั้งฉาก สำหรับนิวเคลียสที่ยืดออกตามทิศทางการหมุน ข > กและ ถาม> 0. สำหรับแกนที่แบนไปในทิศทางนี้ ข < กและ ถาม < 0. Для сферического распределения заряда в ядре ข = กและ ถาม= 0 นี่เป็นจริงสำหรับนิวเคลียสที่มีสปินเท่ากับ 0 หรือ ħ /2.
หากต้องการดูการสาธิต ให้คลิกที่ไฮเปอร์ลิงก์ที่เหมาะสม:
อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่ยังคงคุณสมบัติทางเคมีทั้งหมดไว้ อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก และอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ประจุของนิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ เท่ากับผลคูณของ Z และ e โดยที่ Z คือหมายเลขซีเรียลขององค์ประกอบนี้ในระบบธาตุเคมีเป็นคาบ e คือค่าของประจุไฟฟ้าเบื้องต้น
อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ e=1.6·10 -19 คูลอมบ์ ซึ่งถือเป็นประจุไฟฟ้าเบื้องต้น อิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียส อยู่ในเปลือกอิเล็กตรอน K, L, M ฯลฯ K คือเปลือกที่อยู่ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุด ขนาดของอะตอมถูกกำหนดโดยขนาดของเปลือกอิเล็กตรอน อะตอมสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนบวก หรือได้รับอิเล็กตรอนและกลายเป็นไอออนลบ ประจุของไอออนจะกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่สูญเสียหรือได้รับ กระบวนการเปลี่ยนอะตอมที่เป็นกลางให้เป็นไอออนที่มีประจุเรียกว่าไอออนไนซ์
นิวเคลียสของอะตอม(ส่วนกลางของอะตอม) ประกอบด้วยอนุภาคนิวเคลียร์เบื้องต้น ได้แก่ โปรตอนและนิวตรอน รัศมีของนิวเคลียสมีขนาดเล็กกว่ารัศมีของอะตอมประมาณหนึ่งแสนเท่า ความหนาแน่นของนิวเคลียสของอะตอมนั้นสูงมาก โปรตอน- สิ่งเหล่านี้เป็นอนุภาคมูลฐานที่เสถียรซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวกเพียงประจุเดียวและมีมวลมากกว่ามวลอิเล็กตรอนถึง 1836 เท่า โปรตอนคือนิวเคลียสของอะตอมของธาตุที่เบาที่สุด ซึ่งก็คือไฮโดรเจน จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสคือ Z นิวตรอน- มีความเป็นกลาง (ไม่มีประจุไฟฟ้า) อนุภาคมูลฐานโดยมีมวลใกล้เคียงกับมวลโปรตอนมาก เนื่องจากมวลของนิวเคลียสประกอบด้วยมวลของโปรตอนและนิวตรอน จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมจึงเท่ากับ A - Z โดยที่ A คือจำนวนมวลของไอโซโทปที่กำหนด (ดู) โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบเป็นนิวเคลียสเรียกว่านิวคลีออน ในนิวเคลียส นิวคลีออนเชื่อมต่อกันด้วยพลังนิวเคลียร์พิเศษ
นิวเคลียสของอะตอมมีพลังงานสำรองจำนวนมากซึ่งถูกปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ ปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสของอะตอมมีปฏิกิริยากับอนุภาคมูลฐานหรือกับนิวเคลียสของธาตุอื่น อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ทำให้เกิดนิวเคลียสใหม่ ตัวอย่างเช่น นิวตรอนสามารถเปลี่ยนเป็นโปรตอนได้ ในกรณีนี้ อนุภาคบีตา เช่น อิเล็กตรอน จะถูกดีดออกจากนิวเคลียส
การเปลี่ยนโปรตอนเป็นนิวตรอนในนิวเคลียสสามารถทำได้สองวิธี: อนุภาคที่มีมวลเท่ากับมวลของอิเล็กตรอน แต่มีประจุบวกเรียกว่าโพซิตรอน (การสลายตัวของโพซิตรอน) จะถูกปล่อยออกมาจาก นิวเคลียสหรือนิวเคลียสจับอิเล็กตรอนตัวหนึ่งจากเปลือก K ที่อยู่ใกล้กับมันมากที่สุด (K -capture)
บางครั้งนิวเคลียสที่เกิดขึ้นนั้นมีพลังงานมากเกินไป (อยู่ในสถานะตื่นเต้น) และเมื่อกลับสู่สภาวะปกติจะปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมาในรูปของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก - . พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์นั้นนำไปใช้จริงในอุตสาหกรรมต่างๆ
อะตอม (กรีกอะตอม - แบ่งแยกไม่ได้) เป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติทางเคมี แต่ละองค์ประกอบประกอบด้วยอะตอมประเภทเฉพาะ อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวก และอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ (ดู) ก่อตัวเป็นเปลือกอิเล็กตรอน ขนาดของประจุไฟฟ้าของนิวเคลียสเท่ากับ Z-e โดยที่ e คือประจุไฟฟ้าเบื้องต้นซึ่งมีขนาดเท่ากับประจุของอิเล็กตรอน (4.8·10 -10 หน่วยไฟฟ้า) และ Z คือเลขอะตอมขององค์ประกอบนี้ใน ตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมี (ดู .) เนื่องจากอะตอมที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนเป็นกลาง จำนวนอิเล็กตรอนที่อยู่ในนั้นจึงเท่ากับ Z องค์ประกอบของนิวเคลียส (ดูนิวเคลียสของอะตอม) รวมถึงนิวคลีออนซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานที่มีมวลมากกว่ามวลของอิเล็กตรอนประมาณ 1,840 เท่า (เท่ากับ 9.1 10 - 28 กรัม) โปรตอน (ดู) มีประจุบวก และนิวตรอนไม่มีประจุ (ดู) จำนวนนิวเคลียสในนิวเคลียสเรียกว่าเลขมวลและกำหนดด้วยตัวอักษร A จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเท่ากับ Z กำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่เข้าสู่อะตอม โครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนและสารเคมี คุณสมบัติของอะตอม จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสคือ A-Z ไอโซโทปเป็นธาตุชนิดเดียวกันซึ่งมีอะตอมต่างกันในมวลเลข A แต่มี Z เท่ากัน ดังนั้นในนิวเคลียสของอะตอมของไอโซโทปต่างกันของธาตุเดียวกันจึงมีจำนวนนิวตรอนต่างกันที่เหมือนกัน จำนวนโปรตอน เมื่อแสดงถึงไอโซโทป เลขมวล A จะถูกเขียนไว้เหนือสัญลักษณ์ธาตุ และเลขอะตอมด้านล่าง ตัวอย่างเช่น มีการกำหนดไอโซโทปของออกซิเจน: 
ขนาดของอะตอมถูกกำหนดโดยขนาดของเปลือกอิเล็กตรอนและสำหรับ Z ทั้งหมดจะมีค่าประมาณ 10 -8 ซม. เนื่องจากมวลของอิเล็กตรอนทั้งหมดในอะตอมนั้นน้อยกว่ามวลของนิวเคลียสหลายพันเท่า มวลของอะตอมจะเป็นสัดส่วนกับเลขมวล มวลสัมพัทธ์ของอะตอมของไอโซโทปที่กำหนดถูกกำหนดโดยสัมพันธ์กับมวลของอะตอมของคาร์บอนไอโซโทป C12 ซึ่งคิดเป็น 12 หน่วย และเรียกว่ามวลไอโซโทป ปรากฎว่าใกล้เคียงกับเลขมวลของไอโซโทปที่สอดคล้องกัน น้ำหนักสัมพัทธ์ของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีคือค่าเฉลี่ย (โดยคำนึงถึงความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของไอโซโทปขององค์ประกอบที่กำหนด) ของน้ำหนักไอโซโทป และเรียกว่า น้ำหนักอะตอม (มวล)
อะตอมเป็นระบบจุลภาค โครงสร้างและคุณสมบัติของมันสามารถอธิบายได้โดยใช้ทฤษฎีควอนตัมเท่านั้น ซึ่งสร้างขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 20 เป็นหลัก และมีวัตถุประสงค์เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ในระดับอะตอม การทดลองแสดงให้เห็นว่าอนุภาคขนาดเล็ก - อิเล็กตรอน, โปรตอน, อะตอม, ฯลฯ - นอกเหนือจากอนุภาคในคอร์ปัสสกี้แล้วยังมีคุณสมบัติของคลื่นซึ่งแสดงออกในการเลี้ยวเบนและการรบกวน ในทฤษฎีควอนตัม เพื่ออธิบายสถานะของวัตถุขนาดเล็ก สนามคลื่นบางสนามจะถูกใช้ ซึ่งมีคุณลักษณะเป็นฟังก์ชันคลื่น (ฟังก์ชัน Ψ) ฟังก์ชันนี้จะกำหนดความน่าจะเป็นของสถานะที่เป็นไปได้ของวัตถุขนาดเล็ก เช่น กำหนดลักษณะความเป็นไปได้ที่เป็นไปได้สำหรับการแสดงคุณสมบัติบางอย่างของมัน กฎของการแปรผันของฟังก์ชัน Ψ ในอวกาศและเวลา (สมการของชโรดิงเจอร์) ซึ่งช่วยให้เราสามารถค้นหาฟังก์ชันนี้ได้ มีบทบาทในทฤษฎีควอนตัมเช่นเดียวกับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันในกลศาสตร์คลาสสิก การแก้สมการชโรดิงเงอร์ในหลายกรณีนำไปสู่สภาวะที่เป็นไปได้ของระบบที่ไม่ต่อเนื่องกัน ตัวอย่างเช่น ในกรณีของอะตอม เราจะได้อนุกรม ฟังก์ชันคลื่นสำหรับอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกับค่าพลังงาน (เชิงปริมาณ) ที่แตกต่างกัน ระบบระดับพลังงานปรมาณูซึ่งคำนวณโดยวิธีของทฤษฎีควอนตัม ได้รับการยืนยันที่ยอดเยี่ยมในสเปกโทรสโกปี การเปลี่ยนแปลงของอะตอมจากสถานะพื้นซึ่งสอดคล้องกับระดับพลังงานต่ำสุด E 0 ไปเป็นสถานะตื่นเต้นใด ๆ E i เกิดขึ้นเมื่อดูดซับพลังงานบางส่วน E i - E 0 . อะตอมที่ถูกกระตุ้นจะเข้าสู่สถานะที่ตื่นเต้นน้อยลงหรืออยู่ในสถานะพื้น โดยปกติแล้วจะปล่อยโฟตอนออกมา ในกรณีนี้ พลังงานโฟตอน hv เท่ากับความแตกต่างในพลังงานของอะตอมในสองสถานะ: hv = E i - E k โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ (6.62·10 -27 erg·sec), v คือความถี่ ปิดไฟ.
นอกจากสเปกตรัมของอะตอมแล้ว ทฤษฎีควอนตัมทำให้สามารถอธิบายคุณสมบัติอื่นๆ ของอะตอมได้ โดยเฉพาะวาเลนซ์ธรรมชาติ พันธะเคมีและโครงสร้างของโมเลกุลจึงเกิดทฤษฎีขึ้น ตารางธาตุองค์ประกอบ
คุณลักษณะของการปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสีซึ่งตรงกันข้ามกับการปนเปื้อนของสารมลพิษอื่น ๆ ก็คือตัวสารกัมมันตภาพรังสี (มลพิษ) ไม่ใช่ตัวมันเองที่มีผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์และวัตถุในสิ่งแวดล้อม แต่เป็นรังสีที่เป็นแหล่งกำเนิด
อย่างไรก็ตาม มีหลายกรณีที่นิวไคลด์กัมมันตรังสีเป็นองค์ประกอบที่เป็นพิษ เช่น หลังจากเกิดอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล สิ่งแวดล้อมพลูโตเนียม 239, 242 Pu ถูกปล่อยออกมาพร้อมอนุภาคเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่าพลูโทเนียมเป็นตัวปล่อยอัลฟ่าและก่อให้เกิดอันตรายที่สำคัญเมื่อกินเข้าไป พลูโทเนียมเองก็ยังเป็นองค์ประกอบที่เป็นพิษอีกด้วย
ด้วยเหตุนี้ จึงมีการใช้ตัวบ่งชี้เชิงปริมาณสองกลุ่ม: 1) เพื่อประเมินเนื้อหาของนิวไคลด์กัมมันตรังสี และ 2) เพื่อประเมินผลกระทบของรังสีบนวัตถุ
กิจกรรม- การวัดเชิงปริมาณของเนื้อหาของนิวไคลด์กัมมันตรังสีในวัตถุที่วิเคราะห์ กิจกรรมถูกกำหนดโดยจำนวนการสลายตัวของกัมมันตรังสีของอะตอมต่อหน่วยเวลา หน่วย SI ของกิจกรรมคือ เบคเคอเรล (Bq) เท่ากับหนึ่งการสลายตัวต่อวินาที (1Bq = 1 การสลายตัว/วินาที) บางครั้งใช้หน่วยวัดกิจกรรมที่ไม่เป็นระบบ - Curie (Ci); 1Ci = 3.7 ×1010 Bq.
ปริมาณรังสี- การวัดเชิงปริมาณของผลกระทบของรังสีบนวัตถุ
เนื่องจากสามารถประเมินผลกระทบของรังสีที่มีต่อวัตถุได้โดย ระดับที่แตกต่างกัน: กายภาพ เคมี ชีวภาพ; ในระดับโมเลกุล เซลล์ เนื้อเยื่อหรือสิ่งมีชีวิต ฯลฯ มีการใช้ขนาดยาหลายประเภท: ดูดซึม, เทียบเท่ามีประสิทธิผล, สัมผัส
เพื่อประเมินการเปลี่ยนแปลงของปริมาณรังสีเมื่อเวลาผ่านไป จะใช้ตัวบ่งชี้ "อัตราปริมาณรังสี" อัตราปริมาณคืออัตราส่วนปริมาณยาต่อเวลา ตัวอย่างเช่น อัตราปริมาณรังสีภายนอกจากแหล่งรังสีธรรมชาติในรัสเซียคือ 4-20 μR/h
มาตรฐานหลักสำหรับมนุษย์ - ขีดจำกัดปริมาณรังสีหลัก (1 มิลลิซีเวิร์ต/ปี) - นำมาใช้ในหน่วยของปริมาณรังสีที่มีประสิทธิผลเทียบเท่ากัน มีมาตรฐานในหน่วยกิจกรรม ระดับมลพิษทางบก VLU, GGP, SanPiN เป็นต้น
โครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอม
อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่ยังคงคุณสมบัติทั้งหมดไว้ ในโครงสร้างของอะตอมเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกซึ่งมีขนาดเล็กมาก (10 -13 ซม.) ซึ่งตั้งอยู่ในใจกลางอะตอมและมีอิเล็กตรอนที่มีประจุลบหมุนรอบนิวเคลียสในวงโคจรที่แตกต่างกัน ประจุลบของอิเล็กตรอนจะเท่ากับประจุบวกของนิวเคลียส ในขณะที่โดยทั่วไปแล้วจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า
นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วย นิวเคลียส -โปรตอนนิวเคลียร์ ( Z-จำนวนโปรตอน) และนิวตรอนนิวเคลียร์ (N - จำนวนนิวตรอน) โปรตอนและนิวตรอน "นิวเคลียร์" แตกต่างจากอนุภาคในสถานะอิสระ ตัวอย่างเช่น นิวตรอนอิสระจะไม่เสถียรและกลายเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอนซึ่งต่างจากนิวตรอนที่ถูกผูกไว้กับนิวเคลียส
จำนวนนิวคลีออน Am (เลขมวล) คือผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอน: Am = ซี+เอ็น.
โปรตอน -อนุภาคมูลฐานของอะตอมใดๆ ซึ่งมีประจุบวก เท่ากับการชาร์จอิเล็กตรอน. จำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกของอะตอมถูกกำหนดโดยจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส
นิวตรอน -อนุภาคนิวเคลียร์อีกประเภทหนึ่งของธาตุทั้งหมด ขาดไปเฉพาะในนิวเคลียสของไฮโดรเจนเบาซึ่งประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัว ไม่มีค่าใช้จ่ายและเป็นกลางทางไฟฟ้า ในนิวเคลียสของอะตอม นิวตรอนจะเสถียร แต่เมื่ออยู่ในสถานะอิสระ นิวตรอนจะไม่เสถียร จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสของอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันสามารถผันผวนได้ ดังนั้นจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสจึงไม่เป็นตัวกำหนดลักษณะของธาตุ
นิวคลีออน (โปรตอน + นิวตรอน) ถูกยึดไว้ภายในนิวเคลียสของอะตอมด้วยแรงดึงดูดของนิวเคลียร์ กองกำลังนิวเคลียร์แรงกว่าแรงแม่เหล็กไฟฟ้าถึง 100 เท่า จึงกักโปรตอนที่มีประจุคล้ายกันไว้ภายในนิวเคลียส พลังนิวเคลียร์ปรากฏตัวในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้น (10 -13 ซม.) พวกมันประกอบขึ้นเป็นพลังงานยึดเหนี่ยวที่เป็นไปได้ของนิวเคลียสซึ่งในระหว่างการเปลี่ยนแปลงบางอย่างจะถูกปล่อยออกมาบางส่วนและกลายเป็นพลังงานจลน์
สำหรับอะตอมที่มีองค์ประกอบของนิวเคลียสแตกต่างกัน จะใช้ชื่อ "นิวไคลด์" และสำหรับอะตอมกัมมันตภาพรังสี - "นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี"
นิวไคลด์เรียกว่าอะตอมหรือนิวเคลียสโดยมีจำนวนนิวคลีออนที่กำหนดและมีประจุนิวเคลียร์ที่กำหนด (ชื่อนิวไคลด์ A X)
เรียกนิวไคลด์ที่มีจำนวนนิวคลีออนเท่ากัน (Am = const) ไอโซบาร์ตัวอย่างเช่น นิวไคลด์ 96 Sr, 96 Y, 96 Zr อยู่ในชุดของไอโซบาร์โดยมีจำนวนนิวคลีออน Am = 96
นิวไคลด์มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน (ซ = const) เรียกว่า ไอโซโทปต่างกันแค่จำนวนนิวตรอนเท่านั้น ดังนั้นจึงอยู่ในองค์ประกอบเดียวกัน: 234 U , 235 คุณ, 236 คุณ , 238 คุณ .
ไอโซโทป- นิวไคลด์ที่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน (N = Am -Z = const) นิวไคลด์: 36 S, 37 Cl, 38 Ar, 39 K, 40 Ca อยู่ในชุดของไอโซโทปที่มี 20 นิวตรอน
ไอโซโทปมักจะแสดงในรูปแบบ Z X M โดยที่ X เป็นสัญลักษณ์ขององค์ประกอบทางเคมี M คือเลขมวลเท่ากับผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส Z คือเลขอะตอมหรือประจุของนิวเคลียส เท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีแต่ละองค์ประกอบมีเลขอะตอมคงที่ จึงมักละเว้นและจำกัดให้เขียนเฉพาะเลขมวลเท่านั้น เช่น 3 H, 14 C, 137 Cs, 90 Sr เป็นต้น
อะตอมของนิวเคลียสที่มีเลขมวลเท่ากัน แต่มีประจุต่างกัน และด้วยเหตุนี้คุณสมบัติต่างกันจึงเรียกว่า “ไอโซบาร์” เช่น ไอโซโทปหนึ่งของฟอสฟอรัสมีเลขมวล 32 - 15 P 32 หนึ่งในไอโซโทป กำมะถันมีเลขมวลเท่ากัน - 16 S 32
นิวไคลด์สามารถเสถียรได้ (หากนิวเคลียสของพวกมันเสถียรและไม่สลายตัว) และไม่เสถียร (หากนิวเคลียสของพวกมันไม่เสถียรและมีการเปลี่ยนแปลงซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การเพิ่มความเสถียรของนิวเคลียสในที่สุด) นิวเคลียสของอะตอมที่ไม่เสถียรซึ่งสามารถสลายตัวได้เองเรียกว่า นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสีปรากฏการณ์การสลายตัวตามธรรมชาติของนิวเคลียสของอะตอมพร้อมกับการปล่อยอนุภาคและ (หรือ) รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่า กัมมันตภาพรังสี.
ผลของการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสี ทำให้เกิดทั้งไอโซโทปที่เสถียรและไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี ซึ่งจะสลายตัวไปเองตามธรรมชาติ สายโซ่ของธาตุกัมมันตภาพรังสีที่เชื่อมต่อกันด้วยชุดของการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์เรียกว่า ครอบครัวกัมมันตภาพรังสี
ปัจจุบัน IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ได้ตั้งชื่ออย่างเป็นทางการว่า 109 องค์ประกอบทางเคมี. ในจำนวนนี้ มีเพียง 81 ไอโซโทปที่เสถียร โดยไอโซโทปที่หนักที่สุดคือบิสมัท (ซ= 83) สำหรับธาตุที่เหลืออีก 28 ธาตุ จะรู้จักเพียงไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเท่านั้นที่มียูเรเนียม (ยู~ 92) เป็นธาตุที่หนักที่สุดที่พบในธรรมชาติ นิวไคลด์ธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดมี 238 นิวคลีออน โดยรวมแล้ว มีการพิสูจน์การมีอยู่ของนิวไคลด์ประมาณ 1,700 นิวไคลด์ของธาตุทั้ง 109 ชนิดนี้ และจำนวนไอโซโทปที่รู้จักสำหรับธาตุแต่ละธาตุมีตั้งแต่ 3 (สำหรับไฮโดรเจน) ถึง 29 (สำหรับแพลตตินัม)
