Отношение нейтрон – протон - Neutron–proton ratio

В нейтронно-протонное отношение (Соотношение N / Z или же ядерное соотношение) из атомное ядро это соотношение из ее числа нейтроны своему количеству протоны. Среди стабильных ядер и ядер естественного происхождения это соотношение обычно увеличивается с увеличением атомного номера.^[1] Это связано с тем, что силы электрического отталкивания между протонами масштабируются с расстоянием иначе, чем сильная ядерная сила достопримечательности. В частности, большинство пар протонов в больших ядрах не достаточно далеко друг от друга, так что электрическое отталкивание преобладает над сильным ядерным взаимодействием, и, таким образом, плотность протонов в стабильных более крупных ядрах должна быть ниже, чем в стабильных меньших ядрах, где большее количество пар протонов имеет заметную аттракционы ядерных сил ближнего действия.

Для каждого элемента с атомным номером Z достаточно мал, чтобы занимать только первые три ядерные снаряды, то есть до кальций (Z = 20) существует стабильный изотоп с N/Z отношение единицы, за исключением бериллий (N/Z = 1,25) и каждый элемент с нечетным атомным номером от 9 до 19 включительно (N = Z + 1). Водород-1 (N/Z ratio = 0) и гелий-3 (N/Z ratio = 0.5) - единственные стабильные изотопы с нейтронно-протонным отношением меньше единицы. Уран-238 имеет самый высокий N/Z соотношение любых первичный нуклид на уровне 1,587,^[2] пока свинец-208 имеет самый высокий N/Z соотношение любого известного стабильного изотопа 1,537. Радиоактивный распад обычно происходит так, чтобы изменить N/Z соотношение для повышения стабильности. Если N/Z соотношение больше 1, альфа-распад увеличивает N/Z соотношение, и, следовательно, обеспечивает общий путь к стабильности для распадов с участием больших ядер со слишком небольшим количеством нейтронов. Позитронное излучение и захват электронов также увеличьте соотношение, в то время как бета-распад уменьшает соотношение.

Ядерные отходы существует в основном потому, что ядерное топливо имеет более высокую стабильность N/Z соотношение, чем его продукты деления.

Полуэмпирическое описание

Для стабильных ядер нейтронно-протонное отношение таково, что энергия связи находится в местный минимум или близко к минимуму.

В модели жидкой капли эта энергия связи аппроксимируется эмпирическим Формула Бете – Вайцзеккера

{ displaystyle 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 ${ displaystyle A}$ и игнорируя вклад спаривания нуклонов (т.е. игнорируя ${ displaystyle pm delta (A, Z)}$ член), энергия связи представляет собой квадратичное выражение по ${ displaystyle Z}$ что минимизируется, когда нейтронно-протонное отношение равно ${ displaystyle N / Z приблизительно 1 + { frac {a_ {C}} {2a_ {A}}} A ^ {2/3}}$ .

Период полураспада изотопа. Обратите внимание, что график для стабильных изотопов расходится с прямой Z = N как номер элемента Z становится больше

Отношение нейтрон – протон - Neutron–proton ratio

Полуэмпирическое описание

Смотрите также

Рекомендации