Выгорание ядерного топлива. Классификация ядерных реакторов. Принципиальная схема ядерного энергетического реактора. Термоядерные реакторы. Теплообменный аппарат ядерных энергетических установок, страница 5

15. Характеристика нейтрона и атомных ядер

НЕЙТРОН – элементарная частица с массой покоя m_n=1,008665 а.е.м., спином (собственным моментом вращения), равным S=h/2, магнитным моментом      m_п=-1,9132 ядерного магнито. Знак минус означает, что магнитный момент нейтрона направлен в сторону противоположную спину. Электрический заряд нейтрона равен нулю. Отсутствует у нейтрона и электрический дипольный момент. Свободный нейтрон нестабилен по отношению к бета-распаду (на протон, электрон и антинейтрино). Период полураспада свободного нейтрона 12 мин.  Движущийся свободный нейтрон характеризуется длиной волны Де-Бройля  l=l/2p. Для  нерелятивистского  нейтрона  

ПРОТОН – элементарная частица с массой покоя m_p=1,007825 а.е.м. ,спином S=h/2, магнитным моментом m_р=2,79277 ядерного магнето и электрическим зарядом, равным по величине заряду электрона, но противоположного знака – положительного. Протон стабилен в свободном состоянии.

АТОМНЫЕ ЯДРА – связанные состояния из протонов и нейтронов. Легчайшее ядро состоит из одного лишь протона – это ядро атома водорода. Наиболее тяжелое из существующих в земной коре ядер – ядро урана – содержит 92 протона и 146 нейтронов.

Атомное ядро характеризуется:

-  числом протонов Z (определяющим электрический заряд ядра);

-  числом нейтронов N;

-  массой M;

-  спином I;

-  четностью p, т.е. четностью волновой функции, описывающей ядро.

Четность может принимать два значения – положительное и отрицательное. Полное число нуклонов (т.е. нейтронов и протонов) называется массовым числом или атомным номером и обозначается через А=N+Z.

Для встречающихся в земной коре ядер M<Zm_p+Nm_n Разность E_св=Zm_p+Nm_n-M  -  называется энергией связи ядра.

Число Z определяет химический символ атома элемента , которому принадлежит ядро. Эти символы используются и для обозначения атомных ядер, с тем лишь исключением, что слева вверху ставится в виде индекса массовое число: 

  -  железо с массовым числом 56;

   -   уран  с массовым числом  238;

Ядра с одинаковыми Z , но с разными N называются изотопами. Когда говорят о ядре вообще, не конкретизируя ни Z ни N используют термин «нуклид»

Нуклиды в ядре так сильно связаны между собой, что плотность ядерной материи практически не зависит от числа нуклонов в ядре , поэтому радиус ядра равен R»1,35*10^-13*A^1/3 см.  Ядра с четным числом нейтронов и протонов (четно-четные ядра) особенно сильно связаны (обладают большим отношением E_св/M, чем соседние нечетные ядра) и наиболее распространены в природе. Спины основных состояний этих ядер I=0,что является следствием принципа Паули. Если Z и (или)N нечетно, I¹0. Для большинства четно-нечетных ядер I=1/2 или 3/2, реже 5/2. Нечетно-нечетные ядра имеют целочисленные спины.