jądro atomowe

jądro atomowe,

centralna część atomu, o rozmiarach ok. 10⁵ razy mniejszych od rozmiarów atomu, skupiająca prawie całą jego masę;

masa j.a. jest średnio ok. 4000 razy większa od masy elektronów tworzących powłokę atomu, gęstość materii w j.a. wynosi ok. 2,8 · 10¹⁷ kg/m³. Jądro atomowe jest zbud. z nukleonów, tj. elektrycznie naładowanych protonów i elektrycznie obojętnych neutronów, związanych ze sobą siłami jądrowymi. Liczba protonów Z w jądrze nazywa się liczbą atomową lub liczbą porządkową, a liczba wszystkich nukleonów A = Z + N (N jest liczbą neutronów) — liczbą masową. Jądro o liczbach Z, N i A (nuklid) oznacza się gdzie za X wpisuje się symbol chem. pierwiastka; np. jądro berylu o Z = 4 i A = 9 : (lub krócej ⁹Be). Jądro atomowe może znajdować się w wielu stanach; każdy z nich jest scharakteryzowany przez zespół cech, do których należą: energia, całkowity moment pędu (spin), parzystość, a także momenty elektr. i magnet., czas życia, deformacja i in. Badaniem właściwości stanów jądr. oraz przejść pomiędzy nimi, zarówno w jednym jądrze, jak i między różnymi jądrami, zajmuje się spektroskopia jądr.; opiera się ona na badaniu właściwości promieniowania wysyłanego przez jądro (rozpad promieniotwórczy). Stan jądra o najniższej energii nazywa się stanem podstawowym, pozostałe są stanami wzbudzonymi. Jądro atomowe w stanie podstawowym może być trwałe lub nie. Obecnie jest znanych ok. 2700 różnych jąder (nuklidów); mają one liczby atomowej od 1 do 111. Najlżejszym jądrem atomowym jest jądro wodoru ¹H (proton), a najcięższym jądro roentgena (pierwiastek o Z = 112 nie został uznany przez IUPAC, a doniesienia o radioizotopach pierwiastków o Z = 114 i Z = 116 nie zostały dotychczas (2005) potwierdzone (jądra superciężkie). Wśród poznanych dotychczas jąder tylko ok. 270 jest trwałych; pozostałe rozpadają się; najcięższym jądrem trwałym jest ²⁰⁹Bi. Ładunek jądra atomowego jest równy Ze, gdzie e — ładunek elementarny (ładunek elektryczny). Masa jądra atomowego jest mniejsza od sumy mas jego składników; ten niedobór masy stanowi miarę energii wiązania jądra atomowego. Energia jądr. wyzwolona w procesach rozszczepienia jąder ciężkich lub łączenia się (syntezy) jąder lekkich jest częścią energii wiązania. Objętość jądra atomowego jest w przybliżeniu proporcjonalna do liczby nukleonów A; stąd jego gęstość w przybliżeniu nie zależy od A, a jego promień wynosi: R₀ = r₀A^1/3, gdzie r₀ = 1,2 fm. Poznawanie struktury jądra atomowego i oddziaływań jądr. realizuje się przez: badanie właściwości różnych jąder w ich różnych stanach, badanie przemian jądr. oraz badanie mechanizmu reakcji jądrowych. Brak dokładnej znajomości oddziaływania jądr. oraz niemożność dokładnego rozwiązania zagadnienia wielu ciał powoduje, że nie ma ścisłej teorii jądra atomowego, a jego właściwości opisuje się za pomocą odpowiednich modeli (jądrowe modele).