Радиоактивные превращения атомных ядер. излучения: альфа, бета и гамма / справочник

Как лечить и нужно ли?

Если пирамидальная недостаточность не сопровождается другим, более серьезным диагнозом (из приведенных выше списков), для ее устранения достаточно процедур физиотерапии. Для лечения детей повсеместно используют массаж. Профессионал – массажист помогает укрепить мышцы и снять гипертонус. Родители же выполняют с ребенком в домашних условиях комплекс специальных профилактических упражнений.

Также помогают наладить двигательную активность и укрепить организм плавание, гимнастика, упражнения на координацию движений, бальнеотерапия (целебные ванны). Данная рекомендация актуальна как для детей, так и для взрослых.

В дополнение врач может назначить витамины, активирующие микроциркуляцию вазоактивные вещества или препараты для улучшения метаболизма нервных клеток (Ноотропил, Церебролизин, Энцефабол и другие). Нормализовать проведение нервных импульсов помогают Прозерин и Дибазол. Улучшить тонус мышц можно с помощью витаминов групп Е и В, а также препараты Баклофен, Лиоресал и Мидокалм.

Нейрохирургическая терапия назначается, если имеют место травмы спинного или головного мозга, либо опухоли. Оперативное вмешательство применяется при нарушениях кровообращения в мозгу, мальформациях церебральных сосудов, а также при внутримозговой гематоме и тромбозе экстрацеребральных артерий.

Лицам, страдающим от данной патологии, особенно малышам, которые только учатся ходить, необходимо носить специальную ортопедическую обувь. Ее отличает закрытый перед и жесткая задняя часть.

Взрослым для лечения пирамидальной недостаточности назначаются ощутимые физические нагрузки: бег, плавание, прогулки, занятия лечебной физкультурой и спортом. Отличные результаты дает ЛФК, точечный массаж и рефлексотерапия.

Если же синдром возник на фоне другого заболевания, основной упор следует сделать на исцеление от него

Так же важно восстановить двигательную активность пациента, если имеется паралич. Однако не стоит забывать и о необходимости купировать симптомы описываемой патологии; в особенности это важно для маленьких пациентов

Чтобы избежать такого неприятного и опасного своими осложнениями патологического состояния, как пирамидная недостаточность, необходимо:

тщательно следить за своим здоровьем и здоровьем детей;
принимать все необходимые меры для предотвращения травм, могущих стать провокаторами развития патологии;
своевременно лечить болезни, на фоне которых может возникнуть синдром, а также предпринимать меры для их профилактики.

Анатомическая справка

Продолговатый мозг, соединяющий головной мозг со спинным, отвечает за работу сложных рефлексов. Состоит данный орган из клеток особой пирамидальной формы, которые так и называют – пирамиды. Поэтому и синдром именуется пирамидным. Нарушение координации движений – следствие повреждения вышеозначенных клеток.

Основная причина развития у младенца такой патологии – механическая либо ишемическая внутриутробная травма шейного отдела спинного мозга. При нарушении тока крови в шейном утолщении и стволе головного мозга мышечный тонус сгибателей конечностей претерпевает значительное отклонение от нормы.

Степень выраженности синдрома находится в прямой зависимости от тяжести поражения мозга. Легкая форма недостаточности проявляется в скованности рук, а более распространенная ишемия добавляет к симптоматике нарушения двигательной активности нижних конечностей: при попытке поставить малыша на ножки он упорно опирается только на носки, то есть работает дистальный отдел стопы.

Термоядерная реакция. Водородный цикл. Синтез легких ядер. Деление тяжелых ядер

Наряду с ядерным распадом существует еще один тип ядерных превращений – термоядерные реакции. В них происходит слияние ядер легких элементов (водород, гелий) при высоких температурах (> 106 °С).

Высокая температура – ключевой фактор для протекания реакций данного типа. Она необходима для того, чтобы придать вступающим в реакцию ядрам кинетическую энергию, достаточную для преодоления электрических сил отталкивания и сближения до расстояний действия сил ядерного притяжения.

При термоядерных реакциях, слиянии легких ядер, выделяется огромное количество энергии, гораздо большее, чем при распаде тяжелых.

Первой термоядерной реакцией, которую осуществили ученые, было слияние изотопов водорода:

Эта реакция была неуправляемой, то есть носила характер взрыва. Для использования в мирных целях необходимо научиться осуществлять управляемые термоядерные реакции. Однако это сопряжено с рядом трудностей, часть из которых не разрешена к настоящему моменту.

Несмотря на все это, термоядерные реакции – фактически послужили основой для существования жизни на Земле. Энергия, выделяемая Солнцем, синтезируется за счет термоядерных превращений, происходящих в недрах этой звезды.

Цепная реакция. Критическая масса. Замедлитель нейтронов. Управляемая ядерная реакция

В схеме на рисунках 1-3 было рассмотрено деление одного ядра урана. А что если взять несколько ядер, в одно из которых «выстрелить» нейтроном? Это ядро, подвергшись столкновению, разделится на две части и, например, два нейтрона. Эти два нейтрона тоже могут столкнуться с ядрами урана, находящимися рядом, которые тоже распадутся и выделят несколько нейтронов, которые могут столкнуться с ядрами урана и т.д…

Описанный выше процесс называется цепной реакцией – это когда одно деление ядра провоцирует дальнейшие процессы деления.

Однако протекание цепной реакции зависит от многих факторов:

не всегда и не все свободные нейтроны сталкиваются с ядрами урана и инициируют дальнейшее деление. Может случиться такое, что количества ядер урана слишком мало, чтобы цепная ядерная реакция продолжалась. То есть ход реакции зависит от массы урана;
свободные нейтроны могут затормаживаться в окружающей среде;
если в уране есть примеси, нейтроны могут поглощаться ее атомами;
если реакция деления происходит в сосуде, стенки которого отражают нейтроны (не дают им улететь) – это будет способствовать процессу. То есть ход реакции зависит от наличия отражающей оболочки.

Для того, чтобы цепная реакция могла осуществиться, масса урана должна быть больше или равна определенного значения, называемого критической массой.

Критическая масса урана – это наименьшая масса, при которой возможно протекание цепной реакции.

Что касается окружающей среды: уран-235 хорошо делится под воздействием медленных нейтронов. При делении ядра получившиеся свободные нейтроны имеют большие скорости. Следовательно, для более интенсивного протекания реакции их нужно замедлить. Для этого уран обычно помещают в вещество, называемого замедлителем (самые часто используемые – это графит и вода).

Критическая масса куска урана равна примерно 50 кг. Однако, используя отражающую оболочку и замедлитель нейтронов можно снизить критическую массу в десятки раз.

С помощью изменения всех перечисленных характеристик – массы урана, окружающей среды, наличия отражателя вокруг реакции и примесей в уране можно регулировать цепную реакцию, повышать или понижать ее интенсивность. Такая реакция будет называться управляемой цепной реакцией.

Свойства правильной пирамиды

У такой фигуры можно отметить особые свойства.

Вот их список:

У правильной пирамиды все боковые треугольники одинаковы.
Каждая из них является равнобедренным треугольником.
Внутрь любой такого типа пирамиды можно вписать сферу. При этом она будет касаться основания и всех граней, имея с каждой из этих сторон по одной общей точке.
Снаружи возможна сфера, касающаяся всех вершин.
Нетрудно вычислить площадь поверхности такой фигуры. Для этого надо умножить длину периметра многоугольника, находящегося в её основании, на половину длины апофемы.
Особым случаем является ситуация, когда у вписанной и описанной сфер центры совпадают. В этом случае можно утверждать, что если сложить все плоские углы у боковых граней, то их сумма будет равна числу «Пи». При этом, для того чтобы узнать величину каждого из них, достаточно эту величину разделить на количество граней.

12 Альфа-распад

Явление α — распада состоит в том, что тяжелые ядра самопроизвольно испускают α — частицы. Происходит самопроизвольное деление атомного ядра на α — частицу (ядро атома гелия ₂He4) и ядро-продукт. При этом массовое число нового ядра уменьшается на четыре единицы, а его зарядовое число ( атомный номер) — на две:

Частота характеризует скорость повторяемости колебательного движения. Частоту измеряют количеством полных колебаний за единицу времени

_ZXA→₂He4+_Z-2YA-4.

(1)

Исходное ядро _ZXA называется материнским, а ядро-продукт _Z-2YA-4 — дочерним. Известны следующие характерные эмпирические особенности α — распада:

Альфа-распад идет только для тяжелых ядер при значениях зарядового числа Z≥82
Периоды полураспада α радиоактивных ядер варьируются в широчайших пределах от 1,4·1017 до 10-6 с.
Альфа-частицы, вылетающие из ядер определенного сорта, имеют, как правило, одну и ту же определенную энергию, но для разных ядер эти энергии варьируются в диапазоне от 3,99 МэВ до 8,78 МэВ.

Закон сохранения массы-энергии для α — распада имеет вид

m_Xc2=m_Yc2+m_αc2+K_Y+K_α,

(2)

где K_Y,K_α — соответственно кинетические энергии дочернего ядра и частицы. Материнское ядро считается неподвижным, поэтому K_X=0. Энергетический эффект α — распада — разность энергий материнского ядра и продуктов распада равен сумме кинетических энергий этих новых частиц:

Q=[m_X-(m_Y—m_я)]c2=K_Y+K_α.

(3)

Энергетический эффект α — распада можно определить соотношением

Q=E_св(A-4,Z-2)-E_св(Z,A)-E_св(α).

(4)

Примером α — радиоактивного изотопа может служить первый из открытых радиоактивных изотопов — изотоп урана ₉₂U238. Схема его распада имеет вид

₉₂U238→₂He4+₉Th234.

(5)

Кинетическая энергия частицы равна 4,18 МэВ, а кинетическая энергия изотопа тория равна 0,07 МэВ.

В большинстве случаев испускается несколько групп частиц близкой, но различной энергии. Этим обусловлена тонкая структура α — спектра. Причина заключается в том, что дочернее ядро может возникать не только в нормальном, состоянии, но и в возбужденных состояниях. В возбужденном состоянии ядро находится в среднем порядка 10-8÷10-16 с. Затем переходит либо в основном состоянии, либо в менее возбужденном состоянии, но, в конечном счете, все же окажется в основное состояние. Когда ядро переходит в менее возбужденное состояние, оно излучает фотоны высокой энергии, которые обычно называют γ — фотонами. Таким образом, альфа-распад сопровождается γ — излучением. Однако ядро может передать избыток энергии непосредственно одному из электронов атомной оболочки, в результате чего этот электрон покидает атом. Это явление называется электронной конверсией. Следствием электронной конверсии будет рентгеновское излучение, когда вакантное энергетическое состояние переходит электрон внешней оболочки атома, при котором происходит излучение фотонов.

Характерной особенностью распада является сильная зависимость периода полураспада от энергии вылетающей α — частицы K_α. Эта зависимость выражается законом Гейгера — Наталла

lnT_1/2=ClnK_α+B.

(6)

Клиническая картина и диагностические методы

Для выявления пирамидального синдрома у взрослых недостаточно простого осмотра невропатолога. Пациент должен пройти ряд современных диагностических процедур. Чтобы получить исчерпывающие сведения о состоянии здоровья больного, невропатологу потребуются результаты следующих обследований:

магнитно-резонансной томографии (назначается при наличии судорог либо подозрении на эпилепсию);
компьютерной томографии мозга;
электроэнцефалографии, которая помогает проследить скрытые судороги (в большинстве случаев они имеют место во сне и поэтому не могут быть выявлены на осмотре невропатолога);
электромиографии, позволяющей определить электрический потенциал мышц;
УЗИ головного мозга (при подозрении на опухолевые образования).

Пирамидальная недостаточность во взрослом возрасте также проявляется и в более заметных симптомах, которые возможно выявить на врачебном осмотре:

гипертонии;
повышенном тонусе мышц рук и ног;
судорогах;
полном либо частичном параличе разных частей тела;
нарушениях рефлекторной деятельности, в частности, снижении ее скорости;
в некоторых случаях, особенно если поражение настигло гипоталамо-гипофизарную систему, могут наблюдаться половая дисфункция и повышенная масса тела.

Лечение

Лечение поражений пирамидной системы чаще консервативное, иногда оперативное и направлено прежде всего на основное заболевание. При проведении консервативного лечения применяют лекарственные средства, улучшающие метаболизм в нервной ткани и проведение нервного импульса, нормализующие мышечный тонус и др. Широко используется ЛФК, массаж, физиобальнеотерапия, ортопедическое лечение. Оперативное лечение чаще проводят при поражениях Пирамидной системы, вызванных опухолями и травмами головного и спинного мозга, а также острым нарушением мозгового кровообращения.

См. также Двигательные центры, пути; Двигательный анализатор, Спинной мозг.

Библиография: Боголепов Н. К. Нарушения двигательных функций при сосудистых поражениях головного мозга, М., 1953; Гранит Р. Основы регуляции движений, пер. с англ., М., 1973; Дзугаева С. Б. Проводящие пути головного мозга человека (в онтогенезе), М., 1975; 3авалишин И. А. и Новикова В.П. Анализ механизмов двигательных нарушений при боковом амиотрофическом склерозе, Журн, невропат, и психиат., т. 79, № 12, с. 1635, 1979; Костюк П. Г. Структура и функция нисходящих систем спинного мозга, Л., 1973; он же, Физиология центральной нервной системы, с. 11 и др., Киев, 1977; Лунев Д. К. Нарушения мышечного тонуса при мозговом инсульте, М., 1974; Многотомное руководство по неврологии, под ред. Н. И. Гращенкова, т. 1, кн. 2, с. 182, М., 1960; Саркисов С. А. Очерки по структуре и функции мозга, М., 1964; Старобинец М. X. и Волкова Л. Д. Патофизиология пирамидного синдрома, Журн, невропат, и психиат., т. 78, № 6, с. 931, 1978; Турыгин В. В. Проводящие пути головного и спинного мозга, Омск, 1977; Хондкариан О. А. Боковой амиотрофический склероз, М., 1957; Шеррингтон Ч. Интегративная деятельность нервной системы, пер. с англ., Л., 1969; Clara М. Das Nervensystem des Menschen, Lpz., 1959; Handbook of clinical neurology, ed. by P. J. Yinken a. G. W. Bruyn, v. 1, p. 152, Amsterdam a.o., 1975; Lassek A. M. The pyramidal tract, Springfield, 1954.

Л. А. Кукуев; Л. С. Гамбарян (физ.), В. В. Турыгин (ан., гист.).

Пять правильных многогранников

Вероятно, куб и правильный тетраэдр являются первыми правильными многогранниками, открытыми человечеством. Уже во времена Пифагора люди знали и о третьем правильном многограннике – октаэдре. Каждая его грань – это равносторонний треуг-к, но, в отличие от тетраэдра, из каждой его вершины исходит уже не три, а четыре ребра. Выглядит правильный октаэдр так:

Можно доказать, что октаэдр состоит из двух правильных пирамид, у которых общее основание, но вершины располагаются по разные стороны от плоскости основания. Название октаэдра происходит от греческого слова «окта», означающее число 8. Легко увидеть, что у октаэдра как раз 8 граней. Также видно, что он имеет 6 вершин и 12 ребер.

Следующие два правильных многогранника как раз и были открыты Теэтетем Афинским. Это икосаэдр и додекаэдр. Икосаэдр также состоит из равносторонних треуг-ков, но каждая его вершина принадлежит сразу 5 ребрам.Правильный икосаэдр довольно сложно нарисовать на плоскости, поэтому его внешний вид мы покажем с помощью анимации:

Гранями додекаэдра являются правильные пятиугольники, причем в каждой его вершине соприкасаются ровно 3 грани, и, соответственно, сходятся 3 ребра. Нарисовать правильный додекаэдр ещё тяжелее, поэтому снова посмотрим на него с помощью gif-анимации:

Для подсчета количества ребер, граней и вершин у додекаэдра и икосаэдра можно применить теорему Эйлера. Начнем с икосаэдра. Обозначим количество его граней буквой Г. Теперь подсчитаем ребра (Р), принадлежащие каждой грани. Так как эти грани являются треуг-ками, то получится 3Г ребер. Но при этом каждое ребро мы посчитали дважды, ведь ребра принадлежат строго двум граням. То есть у икосаэдра количество ребер равно 3Г/2 = 1,5Г.

Также подсчитаем и вершины (В), находящиеся вокруг граней. На каждую грань приходится 3 вершины, но при этом каждая вершины принадлежит уже 5 граням. Тогда общее количество вершин составит 3Г/5 = 0,6Г.

Записываем теорему Эйлера и подставляем в ней полученные значения:

Теперь проведем аналогичные расчеты для додекаэдра. Его грани – пятиугольники, поэтому количество его ребер составляет 5Г/2. В каждой вершине додекаэдра сходятся три грани, а потому количество вершин составит 5Г/3. Используем теорему Эйлера:

Теперь составим таблицу, в которой отразим основные сведения о пяти известным нам правильных многогранниках:

Возникает вопрос – существуют ли ещё какие-нибудь правильные многогранники? Оказывается, что нет. Действительно, каждая вершина правильного многогранника является одновременно и вершиной многогранного угла. Напомним, что сумма плоских углов в многогранном угле всегда меньше 360°. Легко подсчитать, что в правильном шестиугольнике каждый угол составляет 120°, а в многоуг-ках с большим количеством сторон (семиугольник, восьмиугольник…) этот угол ещё больше. Это значит, что если трехгранный угол образован тремя шестигранниками, то сумма его плоских углов составит ровно 120°•3 = 360°, что невозможно. Также невозможно, чтобы трехгранный угол и любой другой многогранный угол был образован правильными семиугольниками, восьмиугольниками и т. д. То есть грани правильного многогранника могут быть исключительно треуг-ками, четырехуг-ками или пятиугольниками.

Рассмотрим случай, когда грани – это треуг-ки. У равностороннего треуг-ка угол составляет 60°. У тетраэдра в вершине смыкаются 3 грани, у октаэдра – 4 грани, а у икосаэдра – 5 граней. А 6 треуг-ков уже не могут образовать многогранный угол, ведь сумма углов составит 6•60° = 360°.

Теперь рассмотрим случай с четырехуг-ком. Правильный четырехуг-к – это квадрат с углом 90°. Варианту с 3 смыкающимися квадратами соответствует куб, а 4 квадрата уже не образуют многогранный угол, ведь сумма углов снова составит 4•90° = 360°.

Остался случай с пятиугольником. У правильного пятиугольника угол равен 108°. Значит, 4 таких фигуры не смогут сомкнуться и образовать многогранный угол, а варианту с тремя пятиугольниками соответствует додекаэдр.

Итак, мы рассмотрели все возможные варианты, и оказалось, что никаких других правильных многогранников, кроме пяти описанных, существовать не может, ч. т. д. Отметим также, что этот факт можно доказать и без применения свойства многогранного угла, используя только теорему Эйлера.

МНОГОГРАННИКИ В ХИМИИ.

Молекулы фуллеренов могут содержать от 20 до 540 углеродных атомов, расположенных на сферической поверхности. Наиболее устойчивое и лучше изученное из этих соединений — C₆₀-фуллерен (60 атомов углерода) состоит из 20 шестичленных и 12 пятичленных циклов. Углеродный скелет молекулы C₆₀-фуллерена представляет собой усечённый икосаэдр.

В исконной схеме расположения 13-ти полуправильных многогранников (АллатРа стр. 499) эта фигура занимает место передней сущности.

«Ведь в таком порядке наблюдаются все основные символы и знаки, а также схема общего рисунка в виде косого креста, состоящего из самих фигур, причём с пометкой четырёх Сущностей и центра, усовершенствование от простых пространственных форм к более сложным».

Ну а мы с вами так называемая «углеродная форма жизни» в основе нашей органики лежит углерод. Углерод, который образует формы в виде пяти и шестиугольников.

На рисунке ниже представлены 8 аллотропных модификаций углерода.

Строение молекулы перовскита, химическая формула — СаТiO3, точно соответствует правильному многограннику.

Кристалл пирита (сернистого колчедана FeS) имеет.

В последние годы химики интенсивно изучают явление самосборки – одно из проявлений самоорганизации в химии, которое заключается в том, что супермолекулы, имеющие сложную архитектуру, самопроизвольно образуются (собираются) в растворе из специально подготовленных «строительных блоков» – более простых молекул. Этот процесс моделирует, пока еще в примитивной форме, эволюцию химических структур в природе – от простейших молекул до сложнейших «молекул жизни» – белков и нуклеиновых кислот. В качестве строительных блоков для самосборки используют самые разнообразные органические молекулы, включая даже молекулы ДНК. В результате самосборки часто образуются структуры, имеющие высокосимметричную форму. Так, в 2008 году удалось получить тетраэдр, додекаэдр и ромбоикосододекаэдр, состоящие из специально сконструированных односпиральных нитей ДНК.

Синдром пирамидальной недостаточности у детей

У малышей первых месяцев жизни пирамидальный синдром обычно проявляется повышенным тонусом мышц ручек и ножек (они становятся сильно зажатыми), отсутствием возможности держать головку, подгибанием пальчиков при проверке шагового рефлекса (ходьба на пальчиках), и в других подобных признаках.

Детки старшего возраста, страдающие от пирамидального синдрома, могут все время стоять и – или ходить на цыпочках, быстро уставать и постоянно проситься «на ручки». Некоторые маленькие пациенты не желают ходить вовсе и жалуются на боль в ножках. Родителям трудно отделить подобного рода жалобы от простых капризов, потому что двух – трехлетние малыши не могут их понятно объяснить.

В вопросе, необходимо ли лечить данное нарушение, главное – тяжесть проблемы. При незначительном поражении малыша стоит просто наблюдать у участкового невролога. Также необходимо самостоятельно помогать ребенку массажем, ванночками и специально разработанным комплексом физических упражнений.

При более обширном поражении либо несвоевременном или неправильном лечении ребенок может начать отставать от норм развития моторики. В таком случае возможно появление не увиденных на первичном осмотре признаков неврологического дефицита. Таким деткам следует незамедлительно начать лечение.

О причинах и симптомах

Пирамидальная недостаточность в ногах у детей может развиваться на фоне следующих патологий:

родовые травмы;
врожденные поражения нервной системы (ДЦП, гидроцефалия и другие);
гипоксия мозга;
вирусные и бактериальные инфекции;
гнойные воспаления спинного или головного мозга;
опухоли;
нарушения тока спинномозговой жидкости;
менингит, энцефалит.

Внешне выраженные симптомы:

дрожание подбородка, а также ножек и ручек;
трудности с удержанием вещей;
запрокидывание головы;
плохое управление пальцами;
ходьба на цыпочках;
расстройство речи;
пониженный интеллект.

Синдром пирамидной недостаточности у детей не может быть диагностирован со стопроцентной точностью исключительно по данным врачебного осмотра. Для получения исчерпывающих данных требуется сдать все назначенные врачом анализы. Только на основе их результатов возможна постановка правильного диагноза.

Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы

Между нуклонами ядра действуют самые мощные силы природы – ядерные силы.

Ядерные силы – это силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре и обеспечивающие существование устойчивых ядер.

Свойства ядерных сил:

являются силами притяжения;
являются короткодействующими силами (действуют на малых расстояниях, не превышающих 2·10-15 м; на таком расстоянии ядерные силы больше кулоновских приблизительно в 100 раз);
обладают свойством зарядовой независимости (ядерные силы, действующие между двумя протонами, двумя нейтронами и между протоном и нейтроном, одинаковы);
имеют свойство насыщения (каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов, а не со всеми нуклонами ядра);
не являются центральными (не действуют по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов).

Массу ядра можно точно определить с помощью масс-спектрографов, которые разделяют заряженные частицы с разными удельными зарядами с помощью электрических и магнитных полей.

Опытным путем было установлено, что благодаря действию сил притяжения масса ядра всегда меньше суммы масс протонов и масс нейтронов, входящих в состав этого ядра:

где \( M \) – масса ядра.

Дефект масс – это величина, равная разности суммы масс входящих в ядро нуклонов и массы ядра:

где \( \Delta m \) – дефект масс.

Благодаря ядерным силам ядра атомов обладают огромной энергией связи.

Энергия связи – это энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны, или энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных нуклонов:

где \( \Delta E_{св} \) – энергия связи, \( c \) – скорость света.

Если в формуле энергии связи массы протона и нейтрона выражены в килограммах, а скорость света – в метрах в секунду, то энергия связи будет измерена в джоулях. Однако в физике атома и атомного ядра энергию ядер и элементарных частиц чаще выражают в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Энергетический эквивалент 1 а.е.м.

Поэтому энергию связи можно рассчитать следующим образом:

В этом случае энергия связи измеряется в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Для характеристики прочности ядра используется величина, которая называется удельной энергией связи.

Удельная энергия связи – это энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон ядра:

где \( A \) – массовое число.

Удельная энергия связи неодинакова для разных химических элементов и даже для изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре меняется в среднем в пределах от 1 МэВ у легких ядер до 8,6 МэВ у ядер средней массы (с массовым числом \( A \) ≈ 100). У тяжелых ядер (\( A \) ≈ 200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер средней массы, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение легких ядер в более тяжелые ядра дает еще больший энергетический выигрыш в расчете на нуклон.

Зависимость удельной энергии связи от массового числа установили экспериментально. Из рисунка хорошо видно, что, не считая самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Отметим, что энергия связи электрона и ядра в атоме водорода, равная энергии ионизации, почти в миллион раз меньше этого значения. Кривая на рисунке имеет слабо выраженный максимум. Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет возрастающей с увеличением \( Z \) кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.

Изотопы

В результате наблюдения огромного числа радиоактивных превращений было обнаружено, что существуют вещества, идентичные по химическим свойствам, но имеющие совершенно различные радиоактивные свойства — в одних и тех же условиях их распад происходил по-разному. Эти вещества не удавалось разделить ни одним из известных химических способов. Поэтому английский радиохимик Содди в 1911 г. высказал предположение о возможности существования элементов с одинаковыми химическими свойствами, но разной радиоактивностью. Эти элементы, по его мнению, нужно было помещать в одну и ту же клетку периодической системы Д. И. Менделеева. Содди назвал такие элементами изотопами (т. е. занимающими одинаковые места).

Предположение Содди о существовании веществ с разной радиоактивностью, но одинаковыми химическими свойствами, было подтверждено экспериментально. Когда английский физик Томсон проводил точные измерения массы ионов неона методом отклонения их в электрическом и магнитном полях, он установил, что неон есть смесь двух видов атомов. Большая часть атомов имела относительную массу 20, но некоторая часть атомов имела массу, равную 22 а. е. м. В результате относительная атомная масса смеси атомов неона была принята равной 20,2. Причем атомы обладали одинаковыми химическими свойствами, но масса их была различна.

С тех пор изотопы были обнаружены у разных химических элементов. Так, они есть у самого тяжелого из существующих в природе элементов — урана (относительные атомные массы 238, 235 и др.) и у самого легкого — водорода (относительные атомные массы 1, 2, 3).

Было установлено, что:

Изотопы имеют разную массу.
Заряды ядер изотопов одинаковы;
Количество электронов у атомов изотопов одинаково.
Химические свойства изотопов тоже одинаковые.
Радиоактивность у изотопов разная — ядра одних атомов радиоактивны, в то время как другие могли быть стабильными или менее радиоактивными.

Эти обобщения помогли сделать вывод, что свойства радиоактивности изотопов зависят от их массы. Причем некоторые элементы могут иметь только нестабильные, или радиоактивные изотопы.

Особый интерес для физиков того времени представлял атом водорода, изотопы которого могли отличаться по массе в 2 и 3 раза:

Дейтерий — изотоп водорода с атомной массой 2. Это стабильный химический элемент, который можно обнаружить в качестве примеси в обычном водороде. На 4500 атомов обычного водорода приходится 1 атом дейтерия. Совместно с кислородом дейтерий образует тяжелую воду. Ее свойства несколько отличаются от обычной воды. Так, при нормальном атмосферном давлении ее температура кипения составляет 101,2 °С, а температура кристаллизации — 3,8 °С.
Тритий — изотоп водорода с атомной массой 3. Это нестабильный химический элемент. Он претерпевает β-распад. Период полураспада этого вещества составляет 12 лет.

Существование изотопов доказывает, что заряд атомного ядра определяет не все свойства атома, а лишь его химические свойства и те физические свойства, которые зависят от периферии электронной оболочки, например размеры атома. Масса же атома и его радиоактивные свойства не определяются порядковым номером в таблице Д. И. Менделеева.