Нейтронно-протонное соотношение

Отношение нейтрон -протонов ( отношение N/Z или ядерное соотношение ) атомного ядра представляет собой отношение количества нейтронов к числу протонов . Среди стабильных ядер и ядер естественного происхождения это соотношение обычно увеличивается с увеличением атомного номера. ^{[ 1 ]} Это связано с тем, что электрические силы отталкивания между протонами масштабируются с расстоянием иначе, чем сильные ядерные силы притяжения. В частности, большинство пар протонов в больших ядрах расположены недостаточно далеко друг от друга, так что электрическое отталкивание доминирует над сильным ядерным взаимодействием, и, таким образом, плотность протонов в стабильных ядрах большего размера должна быть ниже, чем в стабильных ядрах меньшего размера, где большее количество пар протонов имеет значительную Привлечение ядерных сил ближнего действия.

Для многих элементов с атомным номером Z, достаточно малым, чтобы занимать только первые три ядерные оболочки , то есть вплоть до кальция ( Z = 20), существует стабильный изотоп с соотношением N / Z, равным единице. Исключением являются бериллий ( N / Z = 1,25) и каждый элемент с нечетным атомным номером от 9 до 19 включительно (хотя в этих случаях N = Z + 1 всегда обеспечивает стабильность). Водород-1 ( отношение N / Z = 0) и гелий-3 ( отношение N / Z = 0,5) — единственные стабильные изотопы с отношением нейтрон-протонов ниже единицы. Уран-238 имеет самое высокое N / Z соотношение среди всех первичных нуклидов - 1,587. ^{[ 2 ]} в то время как ртуть-204 имеет самое высокое соотношение N / Z среди всех известных стабильных изотопов - 1,55. Радиоактивный распад обычно протекает так, чтобы изменить соотношение N / Z для повышения стабильности. Если отношение N / Z больше 1, альфа-распад увеличивает отношение N / Z и, следовательно, обеспечивает общий путь к стабильности для распадов с участием больших ядер со слишком малым количеством нейтронов. Эмиссия позитронов и захват электронов также увеличивают это соотношение, тогда как бета-распад уменьшает это соотношение.

Ядерные отходы существуют главным образом потому, что ядерное топливо имеет более стабильное соотношение N / Z его , чем продукты деления .

Полуэмпирическое описание

Для стабильных ядер соотношение нейтрон-протон таково, что энергия связи находится на локальном минимуме или близка к минимуму.

В модели жидкой капли эта энергия связи аппроксимируется эмпирической формулой Бете – Вайцзеккера

E_{B}=a_{V}A-a_{S}A^{2/3}-a_{C}{\frac {Z^{2}}{A^{1/3}}}-a_{A}{\frac {(A-2Z)^{2}}{A}}\pm \delta (A,Z).

Учитывая значение $A$ и игнорирование вклада спинового спаривания нуклонов (т.е. игнорирование $\pm \delta (A,Z)$ член), энергия связи представляет собой квадратичное выражение в $Z$ который минимизируется, когда соотношение нейтрон-протонов равно $N/Z\approx 1+{\frac {a_{C}}{2a_{A}}}A^{2/3}$ .

См. также

Ссылки

^ «21.2: Закономерности ядерной стабильности» . Химия LibreTexts . 18 ноября 2014 г. Проверено 10 апреля 2019 г.
^ «Радиоактивный распад» . chemed.chem.purdue.edu . Проверено 9 апреля 2019 г.

Эта ядерной или атомной физикой, статья, связанная с незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[1] «21.2: Закономерности ядерной стабильности» . Химия LibreTexts . 18 ноября 2014 г. Проверено 10 апреля 2019 г.

[2] «Радиоактивный распад» . chemed.chem.purdue.edu . Проверено 9 апреля 2019 г.

[ 1 ]

[ 2 ]