Читать книгу Философско-научная теория «Время Света». Том 2 - Кама Фетисова - Страница 5

Атом состоит из ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из протонов, несущих положительный заряд, и нейтральных нейтронов. Масса протона равна массе нейтрона. Отрицательно заряженные электроны вращается вокруг своей оси и одновременно вокруг ядра атома по орбитам. Количество протонов равно количеству электронов в нейтральном атоме. Практически вся масса атома сосредоточена в его ядре, так как масса электрона составляет всего лишь 1/1836 часть массы протона. Плотность вещества в ядре фантастически велика – порядка 1013—1014 г/см³. Спичечный коробок, наполненный веществом такой плотности, весил бы 2,5 миллиарда тонн!

Внешние размеры атома – это размеры гораздо менее плотного электронного облака, которое примерно в 100 000 раз больше диаметра ядра.

Устройство атома совпадает с устройством Солнечной системы: Солнце – ядро атома, планеты – электроны. Значит, по аналогии предположим, что Солнце имеет положительный заряд, а планеты – отрицательный. Макромир подобен микромиру, а значит, свойства макро- и микросистем Сознаний идентичны во Вселенной.

По законам физики одинаковые заряды отталкиваются, а противоположные заряды притягиваются. Протоны и нейтроны в ядре атома удерживаются ядерными силами, что препятствует взаимодействию ядра с электронами.

Чем вызваны свойства ядерных сил?

Атом одного и того же элемента имеет в Природе несколько изотопных состояний.

Изотопами называются вещества, состоящие из атомов с одинаковым зарядом ядра (то есть с одинаковым числом протонов), но с разным числом нейтронов в ядре. Изотопы отличаются друг от друга только массовым числом. Все химические элементы имеют один или несколько изотопных состояний.

Что есть нейтроны и как они образуются?

Атом может потерять один или несколько электронов или, наоборот, захватить электроны извне. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом.

Почему атом теряет либо приобретает электрон?

При неких внешних воздействиях атом подвергается альфа-, бета- и гамма-распаду.

При взаимодействии распадающегося ядра с электронной оболочкой возможно испускание частиц (рентгеновских фотонов, оже-электронов, конверсионных электронов) из электронной оболочки. Первые два типа излучений возникают при появлении в электронной оболочке вакансии (в частности, при электронном захвате и при изомерном переходе с излучением конверсионного электрона) и последующем каскадном заполнении этой вакансии. Конверсионный электрон испускается в процессе изомерного перехода с внутренней конверсией, когда энергия, выделяющаяся при переходе между уровнями ядра, не уносится гамма-квантом, а передаётся одному из электронов оболочки.

При спонтанном делении ядро распадается на два (реже три) относительно легких ядра – так называемые осколки деления – и несколько нейтронов. При кластерном распаде (являющемся промежуточным процессом между делением и альфа-распадом) тяжелым материнским ядром испускается относительно легкое ядро (14C, 16O и т. п.).

При протонном (двухпротонном) и нейтронном распаде ядро испускает соответственно протоны и нейтроны.

Во всех типах бета-распада (кроме предсказанного, но пока не открытого безнейтринного) ядром испускается нейтрино или антинейтрино.

Альфа-распад

Альфа-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He).

Альфа-распад, как правило, происходит в тяжелых ядрах с массовым числом А ≥ 140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжелых ядер за счет свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его и вылететь наружу.

В результате α-распада атом смещается на две клетки к началу таблицы Менделеева (то есть заряд ядра Z уменьшается на два), массовое число дочернего ядра уменьшается на четыре.

Какие внешние силы способствуют распаду протонов ядра?

Бета-распад

Бета-минус-распад – это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и электронного антинейтрино.

Бета-распад является внутринуклонным процессом.

Происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

нейтрон = протон + электрон + антинейтрино

После β–распада элемент смещается на одну клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

Существуют также другие типы бета-распада.

В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и электронное нейтрино.

При β+-распаде заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева).

протон = нейтрон + позитрон + нейтрино

Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом – электронным захватом; в этом процессе ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу.

После захвата электрона образовавшаяся вакансия в электронной оболочке заполняется путем перехода электрона из более высокой оболочки, этот процесс может быть каскадным (после перехода вакансия не исчезает, а смещается на более высокую оболочку), а энергия уносится посредством рентгеновских фотонов и/или оже-электронов с дискретным энергетическим спектром.

После позитронного распада и электронного захвата элемент смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева (заряд ядра уменьшается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

Наиболее редким из всех известных типов радиоактивного распада является двойной бета-распад, он обнаружен на сегодня лишь для одиннадцати нуклидов, и период полураспада для любого из них превышает 1019 лет. Двойной бета-распад в зависимости от нуклида может происходить:

– с повышением заряда ядра на два (при этом испускаются два электрона и два антинейтрино, 2β–распад);

– с понижением заряда ядра на два, при этом испускаются два нейтрино и два позитрона (двухпозитронный распад, 2β+-распад);

– испускание одного позитрона сопровождается захватом электрона из оболочки (электрон-позитронная конверсия, или εβ+-распад);

– захватываются два электрона (двойной электронный захват, 2ε-захват).

Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра, поскольку при любом бета-распаде общее количество нуклонов в ядре не изменяется, лишь один или два нейтрона превращаются в протоны (или наоборот).

Гамма-распад (изомерный переход)

Почти все ядра имеют, кроме основного квантового состояния, дискретный набор возбужденных состояний с большей энергией (исключением являются ядра 1H, 2H, 3H и 3He). Возбужденные состояния могут заселяться при ядерных реакциях либо радиоактивном распаде других ядер. Большинство возбужденных состояний имеют очень малые времена Жизни (менее наносекунды). Однако существуют и достаточно долгоживущие состояния (чьи времена Жизни измеряются микросекундами, сутками или годами), которые называются изомерными, хотя граница между ними и короткоживущими состояниями весьма условна. Изомерные состояния ядер, как правило, распадаются в основное состояние (иногда через несколько промежуточных состояний). При этом излучаются один или несколько гамма-квантов; возбуждение ядра может сниматься также посредством вылета конверсионных электронов из атомной оболочки. Изомерные состояния могут распадаться также и посредством обычных бета- и альфа-распадов.

Что есть атомы? Почему атомы подвержены внутриядерным изменениям и изменениям в электронных оболочках? Почему атомы взаимодействуют друг с другом, образуя молекулярные соединения? Спонтанны ли эти процессы? Кто и как управляет этими процессами?