Атомное ядро

Нуклид (Atomic Nucleus)

Фундаментальный объект материи, содержащий практически всю массу атома и характеризующийся определенным количеством нуклонов (протонов и нейтронов). Других частиц в ядре нет. Ядра, сохраняющие нуклонный состав в течение неограниченно долгого времени, называются стабильными; в противном случае речь идет о радиоактивных А. я., или о радионуклидах.

Нуклиды обозначаются в общепринятой символике. С левой стороны от химического знака нуклида сверху ставится суммарное число нуклонов (протонов и нейтронов) в его ядре (A). С округлением до целого числа A совпадает с массой ядра в атомных единицах, поэтому оно часто и называется массой ядра, или его массовым числом. Снизу слева ставится заряд ядра (атомный номер) нуклида (Z) в единицах элементарного заряда, соответствующий числу содержащихся в нем одних лишь протонов. Это число обычно опускается, т. к. заряд ядра определяется его положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и, следовательно, его химическим знаком. Например, знак U (уран, 92-й элемент в Периодической системе) соответствует числу Z = 92 и никакому иному. Число нейтронов (N) в обозначении нуклида отсутствует, т. к. N = A – Z. Символьное обозначение урана-235 – ²³⁵U. Часто то же самое записывается без символики: уран-235, или U-235.

Точное значение массы любого стабильного ядра всегда меньше суммы масс всех входящих в него нуклонов, поскольку часть этой суммы переходит в энергию связи ядра (по принципу эквивалентности массы и энергии). Освобождение этой энергии или ее части в ходе ядерных превращений (ядерных реакций) и является физической сущностью атомной энергии. По порядку величин она в миллионы раз превосходит энергию перестройки электронных оболочек атома, определяющую энергетический выход химических реакций.

Энергия связи, отнесенная к массе ядра, является важнейшей характеристикой его стабильности. Она максимальна для ядер Fe–Niобласти Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева и существенно меньше для более легких и более тяжелых ядер. Это является базовой физической идеей для освобождения ядерной энергии: осуществить синтез наиболее легких ядер в более тяжелые или деление наиболее тяжелых ядер на более легкие.

Радионуклиды часто называют изотопами. Это неверно: так называются нуклиды (как стабильные, так и радиоактивные, как естественные, так и искусственные), обладающие одинаковым числом протонов (и вследствие этого полностью или почти химически тождественные, поскольку эти нуклиды принадлежат одному и тому же элементу из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева). Например, водород имеет три изотопа, все ядра которых имеют по одному протону, но разное количество нейтронов: обычный водород (¹H, протий) не имеет нейтронов вовсе, водород-2 (²Н, дейтерий) имеет один нейтрон, водород-3 (³Н, тритий) – два нейтрона. Протий и дейтерий стабильны и встречаютсявприроде,тритийрадиоактивенс Т1/2 = 12,4 года и в природе отсутствует. Элементы с А ≥ 83 [начиная с полония (Ро)] вовсе не имеют стабильных изотопов. Понятие изотопа отдельно от элемента лишено смысла.

Лит.: Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. Т. 1. Физика атомного ядра. М.: Атомиздат, 1974. С. 11–16;

Абрамов А.И. Основы ядерной физики. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 35–56;

Колдобский А.Б., Насонов В.П. Вокруг атомной энергии: правда и вымыслы. М.: МИФИ, 2002. С. 17–18.

А.Б. Колдобский