atomo branduolys

atòmo branduolỹs, teigiamai elektringa centrinė atomo dalis, kurioje sutelkta beveik visa atomo masė (daugiau kaip 99,9 %); branduolinių jėgų susieta nukleonų (protonų ir neutronų) sistema. Svarbiausios atomo branduolio charakteristikos: elektrinis krūvis, protonų ir neutronų skaičiai, masė, ryšio energija, gyvavimo trukmė, lyginumas, sukinys, magnetinis ir elektrinis momentai, forma, matmenys. Atomo branduolio elektrinis krūvis yra teigiamas, lygus Ze; čia Z – protonų skaičius, vadinamas atominiu skaičiumi, e – elementarusis elektrinis krūvis. Z nusako neutralaus atomo elektronų skaičių. Žinoma apie 2500 atomo branduolių, kurie skiriasi protonų skaičiumi Z ir neutronų skaičiumi N, iš jų apie 276 yra stabilūs, visi, kurių Z > 83, nestabilūs (radioaktyvūs). Lengvuose stabiliuose branduoliuose protonų ir neutronų skaičiai vienodi arba maždaug vienodi, o sunkiausiuose branduoliuose neutronų yra maždaug pusantro karto daugiau nei protonų. Atomo branduolio masė, išreikšta santykinės masės vienetais ir suapvalinta iki artimiausio sveikojo skaičiaus, vadinama masės skaičiumi A = N + Z; masės skaičius reiškia nukleonų skaičių atomo branduolyje. Cheminio elemento atomo branduolys žymimas elemento cheminiu simboliu; simbolio kairėje viršuje užrašomas masės skaičius, apačioje – protonų skaičius. Pvz., anglies branduolys ${}_6{}^{12}\mathrm{C}$ turi 12 nukleonų, iš jų 6 protonus, natrio branduolys ${}_{11}{}^{23}\mathrm{Na}$ – 23 nukleonus, iš jų 11 protonų. Atomo branduolio masė M_br mažesnė už jį sudarančių nukleonų masių sumą: M_br − {Zm_p + (A − Z) m_n} = ΔM < 0 (m_p – protono masė, m_n – neutrono masė). ΔM yra masių skirtumas (masės defektas), lygiavertis atomo branduolio ryšio energijai. Nuo ryšio energijos priklauso atomo branduolio stabilumas (patvarumas savaiminio skilimo požiūriu); jį nusako vidutinė gyvavimo arba jai proporcinga pusėjimo trukmė. Atomo branduolio gyvavimo trukmė kinta nuo daugelio milijardų metų iki milijonųjų sekundės dalių ir dar mažiau. Kaip ir kiekviena kvantinė sistema, atomo branduolys gali turėti diskrečias savosios energijos vertes (vadinamuosius energijos lygmenis arba būsenas). Atomo branduolio būsena, kuriai būdinga mažiausia energijos vertė E, yra pagrindinė (nesužadintoji). Normaliomis sąlygomis atomo branduolys visuomet yra pagrindinės būsenos. Sužadintosios būsenos atomo branduolio energija E* yra didesnė nei pagrindinės būsenos. Energijų skirtumas E* − E lygus atomo branduolio sužadinimo energijai. Be energijos, įvairias atomo branduolio būsenas apibūdina sukinys, lyginumas ir kitos kvantinės charakteristikos. Nukleonų savieji magnetiniai momentai, t. p. protonų judėjimo nulemti momentai sukuria bendrą atomo branduolio magnetinį momentą, apibūdinantį atomo branduolio reakciją į išorinį magnetinį lauką. Protonų elektrinio krūvio pasiskirstymas branduolyje sukuria viso atomo branduolio elektrinį momentą, kurio dydis susijęs su atomo branduolio forma. Pvz., kvadrupolinis elektrinis momentas apibūdina elipsoido formos branduolio elektrinio krūvio išsidėstymo nuokrypį nuo sferinės simetrijos. Atomo branduolio matmenis nusako branduolio spindulys, kurio vertės (1,3–9)·10^–15 m. Kadangi atomo branduolys yra glaudi sistema, jo medžiagos tankis labai didelis, lygus apie (1,4–1,8)·10¹⁷ kg/m³. Atomo branduolio fizikoje gausu įvairių vyksmų, kuriuose dalyvauja įvairios elementariosios dalelės ir patys atomų branduoliai (branduolio skilimas, branduolinės reakcijos). Branduolių skilimo ir sintezės procesai naudojami praktikoje (branduolinė energija, branduolinis ginklas). Atomo branduolio sandarai aiškinti sukurta įvairių branduolio modelių. Tai, kad atomas turi branduolį, 1911 įrodė E. Rutherfordas tirdamas alfa dalelių, einančių per plonus metalo sluoksnius, sklaidą.

883