Состав ядра:
Ядро состоит из протонов и нейтронов – нуклонов.
В состав нуклонов входят кварки двух типов: u – кварк (up), d – кварк (down).
Кварки имеют электрические заряды кратные 1/3 e: qu = +2/3e, qd = -1/3e.
В состав протона входит 2 u – кварка и один d – кварк p = (uud).
В состав нейтрона входит 1 u – кварк и два d – кварка n = (udd).
Протон (p) обладает положительным зарядом e и массой mp = 1836,15me = 1,00759 а.е.м. = 938,28 МэВ. Спин протона s = 1/2. Собственный магнитный момент µp = 2,793µя
Нейтрон (n). Электрический заряд равен нулю. Масса mn = 1838,68me = 1,00898 а.е.м. = 939,55 МэВ. Спин протона s = 1/2. Собственный магнитный момент µp = -1,91µя
Знак «-» означает, направление спина и магнитного момента у n взаимно противоположны
В свободном состоянии нейтрон нестабилен и самопроизвольно распадается
n→p+e+ν
Период полураспада 12 минут
Характеристики атомного ядра
Основные характеристики
Z – заряд ядра (равно числу протонов в ядре)
A – масса ядра (определяет число нуклонов в ядре)
N = A – Z (характеризует число нейтронов в ядре)
Символическое обозначение 
Конкретные атомы с данным числом протонов и нейтронов принято называть нуклидами.
Нуклида с одинаковым числом протонов называют изотопами.
Размер ядра
У атомного ядра нет четкой границы. Экспериментально установлено, что в каждом ядре имеется внутренняя область, в которой плотность r ядерного вещества постоянна, и поверхностный слой, где эта плотность падает до нуля.
В первом приближении ядро можно считать сферическим, радиуса r0 = (1,2 ÷ 1,3) A1/3 фм, где 1фм = 10-15 м
Масса ядра, определяемое массовым числом A, пропорционально его объему, поскольку V ~ r03 ~ A. Следовательно, плотность вещества во всех ядрах примерно одинакова, равна ρ≈2*1014 г/см3
Спин ядра
Спином ядра I называется полный угловой момент ядра.
I = S + L = i=1∑Asi + i=1∑Ali
S – суммарный спиновый момент, L – суммарный орбитальный момент нуклонов в ядре.
спин нуклона равен 1/2, поэтому спин I ядра может быть целым и полуцелым, в зависимости от числа нуклонов.
В основных состояниях всех стабильных ядер I≤9/2. Моменты импульса большинства нуклонов в ядре взаимно компенсируют друг друга, располагаясь антипараллельно. У всех ядер с четным числом протонов и нейтронов спин основного состояния I=0.
Масса ядра
Масса ядра не является аддитивной величиной. Причина – сильное взаимодействие. Из-за этого взаимодействия для полного разделения ядра необходимо произвести работу, которая определяет энергия связи Eсв. Энергия покоя частицы E0 = mc2, значит, энергия покоя ядра меньше суммы энергий покоя свободных нуклонов, входящих в состав данного ядра.
Eсв = ∑mN - mЯ
Более детально энергия связи записывается как
Eсв = Zmp + Nmn - mЯ
где Z и N – число протонов и нейтронов в ядре.
Формула неудобна, поскольку в таблицах приводят массы не ядер, а массы нуклидов, т.е. атомов mЯ. Заменим массу протона массой нуклида 1H (mH), а массу ядра mЯ – массой соответствующего нуклида (ma). Т.е. добавим Z электронов и столько же вычитаем, пренебрегая энергией связи электрона с ядром по сравнению с массой ядра.
Eсв = ZmН + Nmn - mа
Для упрощения расчетов вводится понятия дефект массы D как разность между массой (в а.е.м.) и массовым числом A ядра или нуклона:
∆ = m – A.
mН = 1 + ∆Н mn = 1 + ∆n mа = A + ∆а
Eсв = Z∆Н + N∆n - ∆а
Дефект масс
дефект массы может быть как положительным так и отрицательным, за начало отсчета принят нуклон 12C, у которого ∆ = 0.
Удельная энергия связи
Энергию связи приходящуюся в среднем на нуклон, Eсв/A называется удельной энергией связи и характеризует меру прочности ядра. В грубом приближении можно считать, что Eсв/A слабо зависит от массового числа A и примерно равна 8 МэВ. Это означает, что ядерные силы обладают свойством насыщения. Каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом соседних нуклонов.
Если бы каждый нуклон взаимодействовал со всеми остальными, то энергия была бы пропорциональна A-1.
Плотность ядерного вещества внутри ядра однородна благодаря насыщению ядерных сил.
Отсюда следует, что ядерные силы короткодействующие с радиусом порядка 10-13 см. Наиболее прочные ядра с A = 50¸ 60 т.е. Cr до Zn.
Как с ростом, так и с уменьшением A удельная энергия связи уменьшается, тяжелым ядрам энергетически выгодно делится, образуя более легкие ядра, а легким сливаться. В обоих случаях выделяется энергия.
При делении ядра 235U – 200 МэВ, а при d + t = ɑ + n - 17,6 МэВ
