Повторим и вспомним:

  • - строение атома;
  • - строение атомного ядра;
  • - что такое массовое и зарядовое число.

Мы узнаем:

  • - типы взаимодействия в природе;
  • - то такое ядерные силы;
  • - что такое ядерные реакции.

В природе существует четыре типа взаимодействия: гравитация, электромагнитные, сильные и слабые. Мы рассмотрим только три из них.

Гравитация

При этом типе взаимодействия тела всегда притягиваются друг к другу. Сила взаимодействия уменьшается с увеличением расстояния между телами.

Электромагнитное взаимодействие

Взаимодействие между двумя заряженными частицами называется электромагнитным. Существует 2 типа электрических зарядов: положительный (+) и отрицательный (-). При электромагнитных взаимодействиях заряженные тела могут как притягиваться друг к другу, так и отталкиваться.

Электромагнитные взаимодействия действуют на достаточно больших расстояниях. Сила взаимодействия уменьшается с возрастанием расстояния между телами.

Сравним силы гравитационного и электромагнитного взаимодействий, которые действуют между протоном и электроном:

Fе-р(грав) = 54,16✕10-49Н

Fе-р(элм) = 8,2✕1012Н

Отсюда следует, что сила гравитации для элементарных частиц намного меньше силы электромагнитного взаимодействия.

В мире элементарных частиц мы можем пренебречь гравитацией.

Силы, которые скрепляют отдельные протоны и нейтроны в ядре называются ядерными, а соответствующее взаимодействие сильным. Оно на много порядков величин превышает гравитационное притяжение между протонами и нейтронами в ядре и доминирует над электромагнитными силами кулоновского отталкивания одноимённо заряженных частиц внутри ядра.

Важнейшей особенностью ядерных сил является короткий радиус их действия. Они действуют только внутри атомного ядра, то есть на масштабах фемтометров (10-15). Законы ядерных взаимодействий - это законы квантовой физики, и они носят совершенно другой характер, чем уже известные нам гравитационные взаимодействия.

Исторический эпизод: открытие протона

С древних времён алхимики пытались получить золото из различных элементов. Но никому не удавалось превратить один элемент в другой. И только в 1919г. Резерфорд провёл опыты, в которых было впервые осуществлено превращение элементов.

Установка Резерфорда состояла из источников α-частиц и регистратора этих частиц - флуоресцирующего экрана. Всё это устройство было помещено в сосуд с чистым воздухом. На экране можно было наблюдать бледные вспышки. Позднее учёными было обнаружено, что в воздухе происходит ядерная реакция, в которой α-частицы сталкиваются с ядрами азота. В результате образуется ядро кислорода и ядро водорода, которые Резерфорд назвал протоном.

Ядерная реакция - это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов. Для осуществления реакции между двумя или несколькими частицами необходимо, чтобы взаимодействующие части (ядра) сблизились на расстояние порядка 10-13см, то есть характерного радиуса действия ядерных сил.

Ядерные реакции записываются в виде специальных формул, в которых обозначены атомные ядра и элементарные частицы. При ядерных реакциях выполняются законы сохранения массового и зарядового числа (более общим является утверждение о сохранении в ядерных реакциях электрического и барионного зарядов).

Например, в ядерной реакции по получению протона суммарное массовое число атомов азота и гелия (14 + 4 = 18) и их суммарный заряд (7 + 2 =9) равны суммарному массовому числу атомов кислорода и водорода, образовавшихся в результате реакции (17 + 1 = 18) и их суммарному зарядовому числу (8 + 1 = 9).

Исторический эпизод: открытие нейтрона

В 1930г. немецкие физики В. Бетте и Г. Беккер заметили, что два лёгких элемента - литий и бериллий - не испускают протонов под действием α-частиц. Они также обнаружили, что при этой реакции возникает новое неизвестное излучение. Это излучение не могли задержать самые мощные экраны, полностью поглощающие проникающие γ-лучи. Изучением нового вида излучения занялся английский физик Дж. Чеджи. Он доказал, что излучение возникающее в реакции с бериллием, может выбивать из парафина протоны, а также ядра гелия из атомов лития, бериллия, бора, углерода и т.д. Так были открыты частицы, которые назвали нейтронами.

Узнать ещё больше интересного и проверить свои знания вы можете перейдя в проект Физика.