Kärnan i den enklaste atomen - väteatomen - består av en elementarpartikel som kallas en proton. Kärnan i alla andra atomer består av två typer av partiklar - protoner och neutroner. Dessa partiklar kallas nukleoner. Proton. En proton har en laddning och massa

För jämförelse, låt oss påpeka att elektronmassan är lika med

Av en jämförelse av (66.1) och (66.2) följer att -Protonen har ett spinn lika med hälften och sitt eget magnetiska moment

En enhet för magnetiskt moment som kallas en kärnmagneton. Av jämförelse med (33.2) följer att den är 1836 gånger mindre än Bohr-magneten. Följaktligen är protonens eget magnetiska moment ungefär 660 gånger mindre än elektronens magnetiska moment.

Neutron. Neutronen upptäcktes 1932 av den engelske fysikern D. Chadwick. Dess elektriska laddning är noll och dess massa

mycket nära massan av en proton.

Skillnaden mellan massorna av en neutron och en proton är 1,3 MeV, d.v.s.

Neutronen har ett spinn lika med hälften och (trots frånvaron av en elektrisk laddning) sitt eget magnetiska moment

(minustecknet indikerar att riktningarna för de inneboende mekaniska och magnetiska momenten är motsatta). Förklaring till detta fantastisk fakta kommer att ges i 69 §.

Observera att förhållandet mellan experimentella värden med en hög grad av noggrannhet är lika med -3/2. Detta märktes först efter att ett sådant värde erhölls teoretiskt.

I ett fritt tillstånd är en neutron instabil (radioaktiv) - den sönderfaller spontant, förvandlas till en proton och avger en elektron och en annan partikel som kallas antineutrino (se § 81). Halveringstiden (dvs den tid under vilken hälften av det ursprungliga antalet neutroner sönderfaller) är ungefär 12 minuter. Förfallsschemat kan skrivas på följande sätt:

Massan av antineutrino är noll. Neutronens massa är större än protonens massa. Därför överstiger neutronens massa den totala massan av partiklarna som uppträder på höger sida av ekvationen (66,7), dvs. med 0,77 MeV. Denna energi frigörs under sönderfallet av en neutron i form av kinetisk energi hos de resulterande partiklarna.

Egenskaper atomkärna. En av de viktigaste egenskaperna atomkärnan är laddningstalet Z. Det är lika med antalet protoner som utgör kärnan och bestämmer dess laddning, vilket lika med Antal Z definierar serienummer kemiskt element i periodiska systemet Mendelejev. Därför kallas det också för kärnans atomnummer.

Antalet nukleoner (dvs det totala antalet protoner och neutroner) i kärnan betecknas med bokstaven A och kallas kärnans massnummer. Antalet neutroner i kärnan är lika med

Symbolen som används för att beteckna kärnor är

där X betyder kemisk symbol av detta element. Massnumret är placerat uppe till vänster, längst ner till vänster - atomnummer(den sista ikonen utelämnas ofta).

Ibland skrivs massnumret inte till vänster, utan till höger om symbolen för ett kemiskt element

Kärnor med samma Z men olika A kallas isotoper. De flesta kemiska grundämnen har flera stabila isotoper. Så, till exempel, syre har tre stabila isotoper: tenn har tio, etc.

Väte har tre isotoper:

Protium och deuterium är stabila, tritium är radioaktivt.

Kärnor med samma massnummer A kallas isobarer. Som ett exempel kallas kärnor med samma antal neutroner för isotoner. Slutligen finns det radioaktiva kärnor med samma Z och A, som skiljer sig i halveringstid. De kallas isomerer. Till exempel finns det två isomerer av kärnan; en av dem har en halveringstid på 18 minuter, den andra har en halveringstid på 4,4 timmar.

Cirka 1500 kärnor är kända, som skiljer sig antingen i Z eller A, eller i båda. Ungefär 1/5 av dessa kärnor är stabila, resten är radioaktiva. Många kärnor producerades artificiellt med hjälp av kärnreaktioner.

Grundämnen med atomnummer Z från 1 till 92 finns i naturen, exklusive teknetium och prometium, efter att ha producerats artificiellt, hittades i små mängder naturligt mineral- hartsblandning. De återstående transuranelementen (dvs. suburan) (med Z från 93 till 107) producerades artificiellt genom olika kärnreaktioner.

De transuraniska elementen curium, einsteinium, fermium) och mendelevium) namngavs för att hedra de framstående vetenskapsmännen P. och M. Curie, A. Einstein, E. Fermi och D. I. Mendeleev. Lawrence är uppkallad efter uppfinnaren av cyklotronen, E. Lawrence. Kurchatov) fick sitt namn för att hedra den enastående sovjetiska fysikern I.V.

Vissa transuranelement, inklusive Kurchatovium och element numrerade 106 och 107, erhölls vid Laboratory of Nuclear Reactions vid Joint Institute for Nuclear Research i Dubna av den sovjetiska vetenskapsmannen G. N. Flerov och hans medarbetare.

Kärnstorlekar. Till en första approximation kan kärnan betraktas som en boll, vars radie bestäms ganska exakt av formeln

(Fermi är namnet som används i kärnfysik längdenhet lika med cm). Av formel (66.8) följer att kärnans volym är proportionell mot antalet nukleoner i kärnan. Alltså är materiadensiteten i alla kärnor ungefär densamma.

Kärnkraftssnurr. Nukleonernas snurr summerar till det resulterande snurrandet av kärnan. Nukleonens spinn är lika stor. Därför kommer kvanttalet för kärnans l att vara ett halvt heltal för ett udda antal nukleoner A och ett heltal eller noll för ett jämnt antal av A. Spinnen av kärnorna l gör det inte. överstiga flera enheter. Detta indikerar att spinn av de flesta nukleoner i kärnan tar ut varandra, eftersom de är antiparallella. Alla jämna jämna kärnor (det vill säga kärnor med ett jämnt antal protoner och ett jämnt antal neutroner) har ett spinn på noll.

Lägg till webbplats till bokmärken

Begreppet atom. Strukturen av atomen och atomkärnan

En atom är den minsta partikeln element, bevara dess egenskaper.

Atomerna i olika grundämnen skiljer sig från varandra. Eftersom det finns över 100 olika element finns det över 100 olika typer atomer.

Bild 1-2. Delar av en atom.

Varje atom har en kärna , belägen i atomens centrum. Den innehåller positivt laddade partiklar - protoner och oladdade partiklar - neutroner.

Elektroner, negativt laddade partiklar, kretsar runt kärnor (se figur 1-2).

Antalet protoner i en atoms kärna kallas grundämnets atomnummer.

Ris. 1-3. Elektroner som finns i skal runt kärnan.

Atomnummer hjälper till att skilja ett element från ett annat. Varje grundämne har en atomvikt. Atomvikt är massan av en atom, som bestäms av det totala antalet protoner och neutroner i kärnan. Elektroner ger praktiskt taget inget bidrag till den totala massan av en elektron är bara 1/1845 av massan av en proton och kan försummas.

Elektroner roterar i koncentriska banor runt kärnan. Varje bana kallas ett skal. Dessa skal fylls i följande ordning: skal K fylls först, sedan L, M, N, etc. (Se bild 1-3). Maxbelopp elektroner som får plats på varje skal visas i fig. 1-4.

Det yttre skalet kallas valensskalet och antalet elektroner som finns i det kallas valens. Ju längre bort från kärnan valensskalet , desto mindre attraktion upplever varje valenselektron från kärnan. Således ökar potentialen för en atom att få eller förlora elektroner om valensskalet inte är fyllt och ligger tillräckligt långt från kärnan.

Ris. 1-4 och 1-5. Atomens sammansättning.

Valensskalelektroner kan få energi. Om dessa elektroner får tillräckligt med energi från yttre krafter, kan de lämna atomen och bli fria elektroner, som rör sig slumpmässigt från atom till atom. Material som innehåller Ett stort antal fria elektroner kallas ledare.

Ris. 1-6. Valens av koppar.

I fig. 1-5 jämför ledningsförmågan hos olika metaller som används som ledare . I tabellen har silver, koppar och guld valensen ett (se figur 1-6). Men silver är en bättre ledare eftersom dess valenselektroner är lösare bundna.

Isolatorer, till skillnad från ledare, förhindrar flödet av elektricitet. Isolatorer är stabila på grund av det faktum att valenselektronerna i vissa atomer fäster vid andra atomer, fyller deras valensskal, vilket förhindrar bildandet av fria elektroner.

Ris. 1-7. Dielektriska egenskaper olika material, används som isolatorer.

Material klassificerade som isolatorer jämförs i fig. 1-7. Glimmer är den bästa isolatorn eftersom den har minst antal fria elektroner i sina valensskal.

Halvledare upptar en mellanposition mellan ledare och isolatorer bra guider, inte heller bra isolatorer, men de är viktiga eftersom deras ledningsförmåga kan varieras från ledare till isolator. Kisel och germanium är halvledarmaterial.

Om atomen som har samma nummer elektroner och protoner, sägs det vara elektriskt neutralt. En atom som får en eller flera elektroner är inte elektriskt neutral. Den blir negativt laddad och kallas en negativ jon. Om en atom förlorar en eller flera elektroner blir den positivt laddad och kallas en positiv jon. Processen att få eller förlora elektroner kallas jonisering. Jonisering spelar stor roll i flödet av elektrisk ström.

Tack vare nya metoder för att registrera radioaktivitet har det blivit möjligt att studera nya fenomen som tidigare varit resistenta mot forskning och i synnerhet att försöka svara på frågan om hur atomkärnan är uppbyggd. För att svara på denna fråga beslutade Rutherford att använda kollisionen av α-partiklar med kärnorna av lätta kemiska element.
Genom att skjuta alfapartiklar mot väteatomer upptäckte Rutherford att neutrala väteatomer förvandlades till positivt laddade partiklar. Rutherford visste att den lättaste atomen i det periodiska systemet, väte, består av en kärna med en positiv laddning och en elektron. Följaktligen, när den kolliderade med en väteatom, kom alfapartikeln tillräckligt nära vätekärnan och överförde en del av energin och rörelsemängden till den. Rutherford kallade dessa positivt laddade partiklar för H-atomer. Senare fick de namnet "protoner". Samtidigt slog Rutherford fast att interaktionen mellan en α-partikel och en vätekärna inte följer lagen om spridning av α-partiklar på guldkärnor som han tidigare upptäckt. När α-partikeln närmade sig vätekärnan ökade växelverkanskrafterna mellan α-partikeln och vätekärnan kraftigt.

E. Rutherford, 1920:"När det gäller atomer med en stor kärnladdning kan inte ens den snabbaste α-partikeln penetrera själva kärnans struktur, så vi kan bara uppskatta det maximala mått. Men när det gäller lätta atomer, när kärnladdningen är liten, närmar sig α-partikeln i en direkt kollision så nära kärnan att vi kan uppskatta dess storlek och få en uppfattning om nuvarande krafter. Detta ses bäst i fallet med en direkt kollision av en α-partikel med en väteatom. I det här fallet kommer H-atomen till en sådan snabb rörelse, att den färdas fyra gånger avståndet från alfapartikeln som kolliderar med den, och kan detekteras av scintillationen som orsakas av den på en skärm av zinksulfid... Jag har visat att dessa scintillationer beror på väteatomer som bär en enhet positiv laddning... Förhållandet mellan antalet och hastigheten av dessa H-atomer är helt annorlunda än vad man skulle förvänta sig om vi betraktar α-partikeln och H-atomen som punktladdningar. Till följd av kollisioner med snabba α-partiklar erhålls H-atomer, som flyger med nästan samma hastighet i riktning mot de infallande α-partiklarna. Av detta drogs slutsatsen att lagen om omvänd proportionalitet till kvadraten på avståndet blir orättvis när kärnorna närmar sig varandra på ett avstånd mindre än 3· 10 -13 cm Detta indikerar att kärnorna har dimensioner av denna storleksordning och att krafterna mellan kärnorna förändras mycket snabbt i storlek och riktning över avstånd som är jämförbara med de allmänt accepterade dimensionerna av elektrondiametern. Det påpekades att vid så täta kollisioner mellan kärnor utvecklas enorma krafter och att kärnornas struktur troligen genomgår betydande deformation under kollisionen. Det faktum att heliumkärnan, som kan antas bestå av fyra H-atomer och två elektroner, överlever denna kollision indikerar den extrema stabiliteten hos dess struktur."

Som ett resultat av att studera interaktionen mellan α-partiklar och väteatomer upptäcktes en proton - kärnan i väteatomen. Rutherford fortsatte experiment för att studera interaktionen mellan α-partiklar och lätta atomer och upptäckte 1919 att när kväveatomer bestrålades med α-partiklar emitterades protoner från atomen. Följaktligen är protoner en del av atomkärnor. Men samtidigt borde, under inverkan av α-partiklar, en förändring i kväveatomens kärna ha skett. Dess laddning bör minska med en - kvävekärnan ska förvandlas till en syrekärna.
För första gången gjorde Rutherford vad alkemisterna hade misslyckats med i århundraden – han omvandlade på konstgjord väg ett kemiskt element till ett annat.
Under de närmaste åren genomförde Rutherford och hans elever den konstgjorda omvandlingen av ett tiotal lätta kemiska grundämnen - bor, fluor, litium, natrium, fosfor och andra.

E. Rutherford: "Atomerna av flera lätta element var föremål för bombardement mycket stor mängd a-partiklar. Efter att ha utfört dessa experiment fick jag experimentella bevis 1919 för att ett litet antal kväveatomer under bombardementet sönderföll och avgav snabba vätekärnor, nu kända som protoner ...

Endast en alfapartikel av 50 000 närmar sig kärnan tillräckligt nära för att fångas av den...
I tidigare artiklar, loc. cit., beskrev jag de fenomen som uppstår vid nära kollisioner av snabba α-partiklar med lätta atomer av materia, för att avgöra om kärnorna i vissa lätta atomer kan utsättas för nedbrytning under påverkan enorma krafter, utvecklas under sådana nära kollisioner. Dessa papper gav bevis för att när alfapartiklar passerar genom torrt kväve, produceras snabba partiklar som är mycket lika i scintillationsljusstyrka och penetrationsområde till väteatomer som sätts i rörelse under påverkan av kollisioner med alfapartiklar. Det visades vidare att dessa snabba atomer, som endast förekommer i torrt kväve, men inte i syre eller i kolsyra, kan inte hänföras till närvaron av vattenånga eller annat ämne som innehåller väte, utan att de måste härröra från kollision av α-partiklar med kväveatomer...
I tidigare arbete Jag visade att de långväga partiklar som observeras i torr luft och i rent kväve måste härröra från själva kväveatomerna. Det är alltså tydligt att vissa kväveatomer förstörs vid kollisioner med snabba α-partiklar och att det i detta fall skapas snabba atomer av positivt laddat väte. Av detta måste vi dra slutsatsen att den laddade väteatomen är en av komponenterna i kvävekärnan."

14 N(α,p) 17 O

H-strålar. Av de korpuskulära strålarna som uppstår när α-strålar kolliderar med lätta atomer är vätestrålar de mest studerade, eftersom de har störst penetrerande kraft. Dessa strålar bildas av väteatomer som förlorat sin elektron, d.v.s. protoner. De betecknas med symbolen H... För att observera H-strålar använde de först sin gemensamma egendom med α-strålar för att orsaka scintillation på en skärm med zinksulfid... Som en källa till H-strålar, istället för väte, du kan använda ett väterikt ämne, till exempel paraffin, i form av en mycket tunn film, vanligtvis applicerad direkt på källan.

M. Curie. "Radioaktivitet. Strålar av väte och andra lätta atomer."

Genom att fylla kammaren med kväve, observerade Rutherford att vid ett visst tryck försvann det mesta av scintillationen. Detta inträffar när α-strålar som sänds ut av en radioaktiv källa spenderar all sin energi på att jonisera luften och inte når skärmen. Men de återstående scintillationerna indikerade närvaron av en mycket liten mängd H-strålar med ett intervall flera gånger större än det som sänds ut av källan. Om vi ​​istället för kväve tar en annan gas, till exempel koldioxid eller syre, så uppstår inte sådana restscintillationer. Den enda förklaringen är att de kommer från kväve. Eftersom energin hos kvarvarande H-strålar är större än hos de primära, kan de bara uppstå på grund av nedbrytningen av kärnan i kväveatomen. Därmed var nedbrytningen av kväve bevisad och problemet med alkemi var i grunden löst.

P.L. Kapitsa. "Minnen av professor E. Rutherford"

1919 E. Rutherford. Kärnreaktion. 14 N(α,p) 17 O

Molnkammare fotografi av spår av alfapartiklar i kväve.

Upptäckten av det radioaktiva sönderfallet av atomer återupplivade den alkemiska idén att omvandla ett element till ett annat. Fram till 1930 utfördes många experiment av detta slag under decennier, särskilt med hjälp av voltaisk båge. Men dessa imaginära förvandlingar stod inte emot kritik. Transformationen uppnås, som vi nu vet, endast genom metoden att koncentrera den erforderliga mängden energi på en enda atom när den bombarderas med andra atomer eller y-kvanta. Men även med dessa experiment fanns det i början (1907) felaktiga resultat. Den första riktiga konstgjorda omvandlingen av atomer uppnåddes 1919 av Rutherford. Han bestrålade kväve med alfapartiklar och fick protoner med lång väglängd. Molnkammarfotografier av detta fenomen tagna av P. Blackett visade tydligt, tillsammans med protonens långa spår, ett kort spår av den resulterande isotopen av syre med en atomvikt på 17. Mellan 1921 och 1924 kunde Rutherford och Chadwick bevisa förekomsten av dessa reaktioner - absorption av en alfapartikel och emission av en proton - även för alla grundämnen från bor (atomnummer 5) till kalium (atomnummer 19), med undantag för kol och syre. Förutom protonen uppträder i dessa reaktioner ständigt ett element, nästa i ordningen periodiska systemet.

M. Laue "Fysikens historia"

Efter att ha upptäckt protoner i atomkärnan föreslog Rutherford en proton-elektronmodell av kärnan. Protoner bestämde massan av atomkärnan, och elektroner kompenserade delvis elektrisk laddning protoner, vilket ledde till det önskade värdet på kärnladdningen. Till exempel trodde man att en kärna med en laddning på +2e består av 4 protoner och 2 elektroner. Ett viktigt argument till förmån för proton-elektronmodellen var β - sönderfallet av atomkärnor. Detta fenomen skulle lätt kunna förklaras om vi ansåg att elektroner var en del av atomkärnan. Proton-elektronmodellen av kärnan stötte på vissa invändningar, den viktigaste var att den inte kunde förklara innebörden av atomkärnors spinn. Den existerade dock fram till upptäckten av neutronen 1932.

E. Rutherford, 1920:”Från studien av radioaktivitet är det känt att kärnorna av radioaktiva grundämnen delvis består av heliumkärnor med en laddning av 2e. Dessutom har vi allvarliga skäl att tro att atomernas kärnor, tillsammans med positivt laddade partiklar, också innehåller elektroner och att kärnans positiva laddning motsvarar ett överskott av den totala positiva laddningen jämfört med den negativa. Det är intressant att notera helt annan roll, som spelas av elektroner utanför och inuti atomen. I det första fallet är de belägna på avstånd från kärnan, vilket utan tvekan främst bestäms av kärnans laddning och samspelet mellan deras egna fält. Inne i kärnan bildar elektroner en mycket nära och stark association med positivt laddade enheter och så vitt vi vet är det utanför kärnan som de är i ett instabilt tillstånd. Varje yttre elektron interagerar utan tvekan med kärnan som en punktladdning, medan detsamma inte kan sägas om den inre elektronen. Tydligen deformeras inre elektroner kraftigt under påverkan av enorma krafter, och krafterna i detta fall kan vara helt annorlunda än de krafter som kan förväntas från en odeformerad elektron, som till exempel utanför kärnan. Kanske är det därför som elektronen kan spela en så olika roll i dessa två fall och till och med bilda stabila system."

Diskussion om strukturen av atomkärnan. I februari 1929 hölls en diskussion vid Royal Society of London om strukturen av atomkärnan. Följande är förkortade tal av E. Rutherford, J. Chadwick och R. Fowler.

E. Rutherford: ”Nu kan vi redan formulera en bild av den gradvisa konstruktionen av atomkärnor. Det är troligt att kärnan i de lätta elementen består av en kombination av a-partiklar, protoner och elektroner, varvid de separerade delarna av kärnan är starkt attraherade till varandra, dels genom att störa, dels av magnetiska krafter. För närvarande kan vi bara göra ett eller annat antagande om dessa krafters natur. Först och främst bildas en mycket koncentrerad och tätt bunden kärna, och denna process åtföljs av utsläpp av energi. För en atomvikt på cirka 120 har vi den minsta massan, vilket betyder den närmaste bindningen. Med en ytterligare ökning av atomnumret binds de tillsatta partiklarna allt mindre hårt.
Det kan således antas att kärnan har en mycket tät struktur nära centrum, och densiteten minskar gradvis med avståndet från centrum. Hela detta system är omgivet av en kraftbarriär, som vanligtvis förhindrar att alfapartiklar läcker ut. Kanske är denna statiska synvinkel inte omtyckt av mina teoretikervänner, som skulle vilja föreställa sig att α-partikeln har fullständig rörelsefrihet inuti kärnan. Ändå är denna synpunkt helt legitim och överensstämmer helt med de idéer jag har presenterat. Med andra ord, om vi kunde ta en ögonblicksbild från kärnan - med en slutartid på cirka 10 -28 sekunder - vi skulle se i centrum som om tätt packade, tätt bundna α-partiklar, och densiteten skulle minska med ökande avstånd från centrum. Utan tvekan är alla α-partiklar i rörelse, och deras vågor reflekteras från kraftbarriärer och tränger ibland utanför systemet. Det förefaller mig som om den synpunkt jag har utvecklat är ganska befogad, och jag hoppas att våra teoretikervänner kommer att kunna beskriva hela bilden mer i detalj. Vi måste inte bara förklara konstruktionen av en kärna från α-partiklar, vi måste också hitta en plats för elektroner, och att låsa in elektroner i samma bur med en α-partikel är inte så lätt. Men jag har ett sådant förtroende för våra teoretiska vänners uppfinningsrikedom att jag är övertygad om att de på något sätt kommer att övervinna denna svårighet.
Den synpunkt jag har presenterat förklarar, förefaller det mig, varför atomer av tungt uran inte kan existera. När massan ökade skulle kärnan få mer och mer energi och bli så radioaktiv att den skulle försvinna. Tydligen, ju mer energireserver kärnorna hade, desto snabbare skulle de försvinna, och det är förmodligen ingen slump att uran och torium är de enda överlevande representanterna för tunga kärnor. Det här är inte platsen att gå in på den mycket spekulativa frågan om hur grundämnenas kärnor bildades. Innan vi tar itu med denna fråga behöver vi veta mycket mer om detaljerna i själva kärnans struktur."

J. Chadwick: "När vissa grundämnen bombarderas med alfapartiklar, slås vätekärnor eller protoner ut ur dem, vilket kan detekteras av den scintillation de orsakar på en zinksulfidskärm. Dessa protoner uppträder som ett resultat av den artificiella nedbrytningen av kärnorna i dessa element. Vi tror att kärnsönderfall inträffar när en alfapartikel tränger in i kärnan och hålls kvar där, vilket resulterar i utsläpp av en proton. Sannolikheten för nedbrytning är låg; så, till exempel, i ett gynnsamt fall, när kväve bombarderas, sönderfaller 20 kärnor för varje 10:e 6 a-partiklar. På grund av sällsyntheten av denna effekt, liksom på grund av olika experimentella svårigheter, är den information vi hittills erhållit fortfarande ganska knapp. Med undantag för kol och syre, sönderfaller alla grundämnen från bor till kalium när de bombarderas med alfapartiklar och avger en proton med betydande energi. Detta betyder att kärnorna i alla dessa grundämnen innehåller protoner. Kol och syre, om de sönderfaller alls, avger inte partiklar med en energi som överstiger energin hos de spridda α-partiklarna. Det är möjligt att de sönderfaller till heliumkärnor, men det finns inga bevis för detta ännu. Vissa protoner som frigörs under artificiell nedbrytning har mycket höga energier, till exempel är energin hos protoner som slås ut ur aluminium av α-partiklar av radium G 40 % högre än energin hos de angripande α-partiklarna. I vissa fall frigörs således energi vid nedbrytning. Det finns en skarp skillnad i beteendet hos element med jämna och udda atomnummer. Protoner som emitteras från udda numrerade element har en mycket högre maximal energi än protoner från jämna numrerade element. I en sönderdelning som endast består av infångning av en α-partikel och emission av en proton, går ett grundämne med ett udda nummer in i ett grundämne med ett jämnt tal, och vice versa. Genom att överväga det olika beteendet hos jämna och udda element, såväl som deras relativa förekomst i naturen och deras atommassor, kan man dra slutsatsen att jämna element är mer stabila än udda."

R. Fowler: ”Jag skulle vilja förklara för dig hur den nya kvantteorin kan hjälpa oss i diskussionen om kärnans struktur och egenskaper. Denna fråga beskrevs redan av ordföranden i sitt inledande anförande. Jag skulle vilja utöka det lite. Det första att tänka på är att det nya kvantmekanik utvecklats på ett logiskt sätt, baserat på egenskaperna hos elektroner i atomer. Vi måste anta att partiklar har många av vågornas egenskaper. Om vi ​​kallar dem partiklar eller vågor är en smaksak. Valet av namn beror troligen på var och en specialfall från deras tillstånd. Eftersom partiklar är som vågor bör vi till exempel förvänta oss att de inte alltid kommer att reflekteras från barriärer av en viss höjd. De kan passera genom barriären, naturligtvis, bara i vissa fall...
Det faktum att partiklar kan passera genom denna typ av barriär är mycket viktigt för att förklara fenomenet med emission av α-partiklar från tunga kärnor.
Om vi ​​föreställer oss kärnan som vi redan har sagt här idag, i form av någon liten låda omgiven på alla sidor (i tre dimensioner) av en kraftbarriär, så kan vi anta att det inuti den finns en α-partikel, som måste föreställas i form av en våg , vars energi är mindre än den potentiella energin i den övre delen av barriären. Förbi klassisk teori, kommer alfapartikeln att förbli innanför barriären för alltid. Men på kvantteorin det finns en ändlig sannolikhet att vågen kommer att passera genom en tunn vägg och gå till oändligheten. Denna idé ligger till grund för kvantteorin om emission av a-partiklar. Denna idé uttrycktes oberoende av varandra av Gamow, å ena sidan, och av Gurney och Condon, å andra sidan. Alla av dem, och särskilt Gamow, utvecklade det ganska detaljerat.
När en alfapartikel passerar en barriär kan den naturligtvis inte längre identifieras med en stående våg. Det skulle vara korrekt att avbilda en alfapartikel som en dämpad svängning. Vi kommer att ha en dämpad svängning innanför barriären, d.v.s. harmonisk svängning med en vanlig dämpningskoefficient, och utanför en mycket svag våg motsvarande emissionen av en α-partikel. Faktum är att detta problem kan lösas mycket bra, och dämpningskoefficienten erhålls i form av den imaginära delen av energin. Detta gjordes med stor framgång av Gamow.
Han fann att för dessa beräkningar spelar det ingen roll vilken typ av form du antar att insidan av barriären kommer att ha. Dess huvudsakliga yttre del är välkänd från experiment på spridning av alfapartiklar.
Sannolikheten för en α-partikel att penetrera en barriär beror starkt på α-partikelns energi. Ju större energi hon har, desto tunnare är barriären hon behöver för att passera och desto lägre höjd. Därför finns det uppenbarligen ett mycket nära samband mellan energin hos en α-partikel, som vi bedömer utifrån energin hos den emitterade α-partikeln, och mellan sannolikheten för denna α-partikel att ta sig ut, vilket vi bedömer utifrån atomens livslängd. Detta är Geiger-Nettall-lagen.
Avslutningsvis kommer jag att säga att detta är en mycket vacker teori, och att vi kan vara helt säkra på att den generellt sett är korrekt Den stora förtjänsten med denna teori är att den ger Geiger-Nettall-lagen helt oberoende av detaljerna i kärnans struktur."

När nya experimentella data om atomkärnors spinn och magnetiska moment dök upp, ökade svårigheterna med proton-elektronmodellen att beskriva dessa egenskaper hos atomkärnor. Detta var särskilt uppenbart i den så kallade "kvävekatastrofen". Dess väsen var följande. Enligt proton-elektronmodellen ska 14 N-kärnan bestå av 14 protoner och 7 elektroner. Eftersom både protonen och elektronen har ett egenvärde av spin J = 1/2, bör det totala spinnet av 14 N kärnan ha ett halvheltalsvärde, medan det experimentellt uppmätta värdet på kärnans spinn är J(14 N) = 1. Det fanns andra exempel på avvikelser i proton-elektronmodeller av kärnan med experimentella resultat. Till exempel hade alla atomkärnor med ett jämnt massatal A ett noll- eller heltalsvärde av spin J, medan proton-elektronmodellen av kärnan i de flesta fall förutspådde ett halvheltals spin-värde. De uppmätta värdena för kärnornas magnetiska moment visade sig vara nästan 1000 gånger mindre än vad som förutspåtts av kärnans proton-elektronmodell. Det blev tydligt att proton-elektronmodellen av kärnan innehåller någon form av felaktig komponent. Vissa olägenheter skapades av elektroner belägna i den begränsade volymen av atomkärnan. Fängslandet av elektroner i kärnan stred mot osäkerhetsprincipen ΔpΔx = ћ.

E. Rutherford, 1932: "Det verkar som om elektronen inuti kärnan betedde sig helt annorlunda än elektronen vid atomens periferi. Denna svårighet kan vara av vår egen orsak, eftersom det förefaller mig mer troligt att elektronen inte kan existera i ett fritt tillstånd i en stabil kärna, utan alltid måste vara associerad med en proton eller annan möjlig massiv enhet. I detta avseende är indikationerna på förekomsten av neutroner i vissa kärnor anmärkningsvärda. Becks observation att vid konstruktionen av tunga grundämnen från lätta tillsätts elektroner i par är av stort intresse och antyder att det för att bilda en stabil kärna är väsentligt att neutralisera det stora magnetiska momentet hos en elektron genom att lägga till ytterligare en elektron. Det är också möjligt att oladdade enheter med massa 2 och neutroner med massa 1 är sekundära enheter i kärnans struktur."

Som efterföljande händelser visade var Rutherfords idé att ett starkt bundet tillstånd av en proton och en elektron skulle kunna bildas felaktig. Ändå spelade den en avgörande roll i upptäckten av neutronen. Åren 1930-1932 Bothe och Becker upptäckte att när de bestrålas med a-partiklar av beryllium Be bildas starkt penetrerande neutral strålning. All strålning som hittills upptäckts absorberades starkt av tunna lager av bly, medan strålning från beryllium passerade fritt genom den tjocka blyskärmen. Det fanns en misstanke om att det rörde sig om en ny typ av elektromagnetisk strålning.
Det avgörande experimentet utfördes 1932 av Rutherfords student Chadwick. Med hjälp av en joniseringskammare mätte han rekylenergin för väte- och kvävekärnor under påverkan av neutral strålning från beryllium och visade att som ett resultat av reaktionen

snabba neutrala partiklar med en massa på ungefär lika massa väteatom. Dessa partiklar, som kallas neutroner, har ingen elektrisk laddning och passerar fritt genom atomer utan att producera jonisering längs vägen.

J. Chadwick, 1932: "Det upptäcktes nyligen att nedbrytningen av grundämnena beryllium och bor representerar särskilt intresse. Bothe och Becker fann att dessa grundämnen, bombarderade av α-partiklar av polonium, avger penetrerande strålning, uppenbarligen av y-typ. För några månader sedan gjorde I. Curie-Joliot och F. Joliot slående observationer som visade att denna strålning tenderar att stöta ut protoner med höga hastigheter från ett ämne som innehåller väte. De fann att protoner som emitteras av berylliumstrålning har hastigheter på upp till 3∙10 9 cm/sek. Curie och Joliot föreslog att denna protonutstötning sker genom en process som liknar Compton-effekten, och drog slutsatsen att berylliumstrålning har ett kvantum med en energi på cirka 50 miljoner volt-elektroner. Att acceptera detta antagande väcker två allvarliga svårigheter. För det första är det känt att spridningen av ett kvantum av en elektron är väl beskriven av Klein-Nishin-formeln, och det finns ingen anledning att anta att liknande relationer inte kommer att vara korrekta för spridningen av en proton. Den observerade spridningen är dock för stor jämfört med den som ges av Klein-Nishina-formeln. För det andra är det svårt att förstå emissionen av ett kvantum av så hög energi under omvandlingen 9 Var + 4 Inte → 13 C + kvant Därför studerade jag egenskaperna hos denna strålning med hjälp av en speciell räknare. Man fann att strålning stöter ut partiklar inte bara från väte, utan från helium, litium, beryllium, etc., och förmodligen från alla element. I alla fall verkar partiklarna vara rekylatomer hos elementet. Det verkar omöjligt att tillskriva utstötningen av dessa rekylpartiklar till en kollision med en mängd strålning om energi och rörelsemängd bevaras vid kollisionen.
En tillfredsställande förklaring av de experimentella resultaten kan erhållas om vi antar att strålning inte består av kvanter, utan av partiklar med massa 1 och laddning 0 - neutroner. När det gäller två grundämnen, väte och kväve, mättes rekylatomernas räckvidd med en hög grad av noggrannhet, och från detta härleddes deras maximala hastigheter. De visade sig vara 3,3∙10, respektive 9 cm/sek och 4,7∙10 8 cm/sek. Låt M, V vara massan och hastigheten för partikeln som utgör strålningen. Sedan maxhastighet, som kan kommuniceras till vätekärnan under en kollision, kommer att vara:

och för kväve:

härifrån:

,

Inom experimentella fel kan M tas som 1 och därför:

V = 3,3∙10 9 cm/sek.

Eftersom strålning har en extremt hög penetrerande kraft måste partiklarna ha en mycket liten laddning jämfört med elektronens laddning. Denna laddning antas vara 0, och vi kan anta att neutronen består av en proton och en elektron i en mycket nära kombination.
De tillgängliga bevisen stöder starkt neutronhypotesen. När det gäller beryllium är omvandlingsprocessen som producerar utsläpp av neutroner 9 Var + 4 Han → 12 C + neutron. Det kan visas att observationerna överensstämmer med energiförhållandena i denna process. När det gäller bor är omvandlingsprocessen troligen 11 B+ 4 Inte → N 14 + 1 n; i detta fall massorna B 11 , N 4 e och 14 N är kända från Astons mätningar, partiklarnas kinetiska energi kan hittas experimentellt, och det är därför möjligt att få en närmare uppskattning av neutronmassan. Massan som härleds på detta sätt är 1,0067. Med hänsyn till felet i massmätningen bör man tänka att neutronmassan troligen ligger mellan 1,005 och 1,008. Dessa värden stöder uppfattningen att en neutron är en kombination av en proton och en elektron och ger en partikelbindningsenergi på cirka 1-2∙10 6 volt∙elektroner.
Neutronen kan avbildas som en liten dipol, eller kanske bättre som en proton inbäddad i en elektron. På ett eller annat sätt kommer neutronens "radie" att vara mellan 10 -13 cm och 10 -12 cm Fältet för en neutron bör vara mycket litet, förutom på mycket nära avstånd, och neutroner som passerar genom materia kommer inte att påverkas om de inte direkt träffar atomkärnan. Mätningar gjorda på passage av neutroner genom materia ger resultat som överensstämmer med dessa synpunkter Kollisionen av neutroner med kvävekärnor studerades av Dr. Feser med hjälp av en automatisk molnkammare. Han fann att utöver de normala spåren av kväve rekylatomer, fanns det ett antal förgreningsvägar. Detta är en följd av nedbrytningen av kvävekärnan. I vissa fall fångas en neutron, en alfapartikel emitteras och en kärna B bildas 11 . I andra fall är mekanismen ännu inte känd med säkerhet."

1932 J. Chadwick. Upptäckten av neutronen

James Chadwick (1891 - 1974)

"En morgon läste jag ett brev från Joliot-Curie i Comptes Rendus, där han rapporterade ännu mer fantastisk egendom strålning från beryllium, en extremt fantastisk egenskap. Några minuter senare kom [Norman] Feather, lika förvånad som jag, in i mitt rum för att uppmärksamma den här artikeln. Samma morgon, lite senare, berättade jag om det för Rutherford. Enligt en lång tradition var jag tvungen att komma till honom vid 11-tiden och rapportera intressanta nyheter, samt diskutera arbetsläget i vårt laboratorium. När jag berättade om Joliot-Curies observationer och deras tolkning, märkte jag Rutherfords ökande förvåning; Till slut kom en explosion: "Jag tror inte på det!" En sådan intolerant kommentar var helt ur Rutherfords anda under alla mina många år av samarbete med honom, jag minns inte en sådan incident. Jag noterar detta bara för att betona den elektrifierande effekten av Joliot-Curies artikel. Naturligtvis insåg Rutherford att han skulle behöva tro på dessa observationer, men att förklara dem är en helt annan sak.
Det hände så att jag precis var redo att påbörja experimentet, för vilket jag hade förberett en utmärkt källa till polonium från Baltimore-material (med hjälp av ett radonrör som Feser tog tillbaka). Jag började utan några förutfattade meningar, även om mina tankar naturligtvis kretsade kring neutroner. Jag var helt säker på att Joliot-Curies observationer inte kunde reduceras till en effekt av Compton-typ, eftersom jag upprepade gånger försökt upptäcka den. Utan tvekan var det något helt nytt och ovanligt. Några dagars hårt arbete räckte för att visa att dessa konstiga effekter orsakades av en neutral partikel; Jag lyckades till och med mäta dess massa. Neutronen, postulerad av Rutherford 1920, har äntligen gjort sig synlig."

J. Chadwick. Minnen. Nobelpriset i fysik
1935 – J. Chadwick
För upptäckten av neutronen

Neutroner
J. Chadwick

Bothe och Becker visade att vissa lätta grundämnen, under påverkan av bombardemang av α-partiklar av polonium, sänder ut strålning, som tydligen har karaktären av y-strålar. Grundämnet beryllium ger en särskilt märkbar effekt av detta slag, och efterföljande observationer av Bothe, Irene Curie-Joliot och Webster visade att strålningen som exciteras i beryllium har en genomträngande kraft som är betydligt större än någon av de hittills kända radioaktiva γ-strålarna.
Ganska nyligen gjorde I. Curie-Joliot och F. Joliot den slående observationen att dessa strålningar från beryllium och bor är i stånd att skjuta ut protoner från ämnen som innehåller väte med en avsevärd hastighet.
Som ett resultat gjorde jag ytterligare experiment för att undersöka egenskaperna hos berylliumstrålning. Dessa experiment visade att berylliumstrålning skjuter ut partiklar inte bara från väte, utan från alla lätta element som studerats. De experimentella resultaten visade sig vara mycket svåra att förklara ur hypotesens synvinkel om berylliumstrålningens kvantnatur, men dessa resultat följde som omedelbara konsekvenser om vi antar att berylliumstrålningen består av partiklar med en massa ungefär lika till protonens massa och utan en effektiv laddning, dvs - från neutroner.
Uppkomsten av neutroner har hittills endast observerats när vissa grundämnen bombarderas med α-partiklar. Denna process kan representeras som infångningen av en alfapartikel av en atomkärna, åtföljd av bildandet av en ny kärna och frigörandet av en neutron. Den nya kärnan måste ha en laddning två enheter högre och en massa som är tre enheter högre än den ursprungliga kärnan. "Utbytet" av neutroner är mycket litet och är jämförbart med "utbytet" av protoner under den artificiella omvandlingen av element som sker under påverkan av bombardement av α-partiklar. Den största effekten finns i beryllium, vars "utbyte" uppenbarligen når 30 neutroner för varje miljon α-poloniumpartiklar som bombarderar ett tjockt lager av beryllium.

Genom att utsätta olika ämnen för bombardemang med α-partiklar av polonium upptäckte Bothe och Becker att under dessa förhållanden avger vissa lätta atomer svag strålning, vars penetrerande kraft överstiger penetreringskraften hos de hårdaste.γ -strålar som sänds ut av radioaktiva grundämnen (1930). Först förklarades detta fenomen av utsläppenγ -strålar på grund av excitation av kärnor, vilket kan åtföljas av infångning av en α-partikel. Denna effekt är särskilt stark i beryllium, men den observeras också i mindre utsträckning i Li, B, F, Na, Mg, Al. Med hjälp av joniseringsmetoden upptäckte I. Curie och F. Joliot en ny egenskap att penetrera strålar som sänds ut av beryllium eller bor. Det visade sig att dessa strålar kan slå ut lätta kärnor, till exempel protoner från ämnen som innehåller väte eller heliumkärnor (1932). Detta är huvudegendomen igen öppen strålningär orsaken till dess absorption... Existensen av fenomenet utstötning av lätta atomer bekräftades av Wilson-metoden... Den penetrerande strålen som orsakar utstötningen av kärnan joniserar inte gasmolekyler och därför är dess väg inte synliga på fotografier... Resultaten av dessa experiment är svåra att förklara om vi antar att strålarna som orsakar utstötningsljuselementen ärγ -strålar.
Chadwick visade att detta fenomen på ett tillfredsställande sätt kan förklaras genom att anta att den penetrerande strålningen som sänds ut av Be eller B innehåller neutroner - partiklar med en atommassa nära enhet och nollladdning, som kan bestå av en proton och en elektron bundna närmare än i väte. atom... Neutroner är en ny typ av corpuskulär strålning.

M. Curie. "Radioaktivitet. Excitation av penetrerande strålar i lätta atomer vid kollision med α-partiklar."

D. Ivanenko, 1932:"Dr. J. Chadwicks förklaring av den mystiska strålningen av beryllium är mycket attraktiv för teoretiska fysiker. Frågan uppstår: är det möjligt att anta att neutroner också spelar viktig roll och i kärnornas struktur, med tanke på alla kärnelektroner "packade" antingen i α-partiklar eller neutroner? Naturligtvis gör frånvaron av en teori om kärnor detta antagande långt ifrån slutgiltigt, men kanske kommer det inte att verka så osannolikt om vi kommer ihåg att elektroner, som tränger in i kärnor, avsevärt förändrar sina egenskaper - de förlorar, så att säga, sin individualitet, till exempel dess spinn och magnetiska moment.
Av störst intresse är frågan i vilken utsträckning neutroner kan betraktas som elementarpartiklar (något liknande protoner eller elektroner). Det är inte svårt att beräkna antalet alfapartiklar, protoner och neutroner som finns i varje kärna och på så sätt få en uppfattning om kärnans rörelsemängd (om man antar att neutronens rörelsemängd är lika med 1 /2). Det är konstigt att det inte finns några fria protoner i berylliumkärnor, utan bara α-partiklar och neutroner.”

En fri neutron är en instabil partikel. Dess halveringstid T 1/2 = 10,24 min. Neutronen sönderfaller till en proton p, en elektron e och en elektron antineutrino e. I ett bundet tillstånd i kärnan kan neutronen vara stabil. Det är därför det finns stabila atomkärnor.
Upptäckten av neutroner var viktigt stadium i utvecklingen av idéer om atomkärnans struktur. Proton-elektronmodellen av atomkärnan ersattes av proton-neutronmodellen av kärnan, först utvecklad oberoende i verk av D. Ivanenko och W. Heisenberg.

Huvudpositionen för proton-neutronmodellen av atomkärnan är att atomkärnan består av protoner och neutroner. Antalet protoner Z i kärnan bestämmer kärnans elektriska laddning. Det totala antalet protoner och neutroner A = Z + N bestämmer massan av atomkärnan.

Proton-neutronmodellen av kärnan löste framgångsrikt problemet med "kvävekatastrofen". Enligt proton-neutronmodellen av kärnan består en isotop av 7 protoner och 7 neutroner. Eftersom både protonen och neutronen har sitt eget spinn J = 1/2, måste kärnans totala spinn ha ett heltalsvärde, vilket överensstämmer med experiment. En förklaring erhölls också för de små värdena för de magnetiska momenten hos atomkärnor - i storleksordningen flera kärnmagnetoner. Om atomkärnan innehöll elektroner, bör kärnornas magnetiska moment ha värden i storleksordningen Bohrs elektronmagnetoner, dvs. skulle överstiga de observerade värdena för kärnans magnetiska moment tusentals gånger.

D. Ivanenko, 1932: "Neutroner kan föras in i kärnan på två sätt: antingen utan att ändra det accepterade antalet α-partiklar i kärnan och inte neutralisera mer än tre elektroner (Perrin och Auger), eller genom att neutralisera alla elektroner. Den första metoden leder enligt min mening till samma svårigheter vad gäller spin-värden. Dessutom, med utgångspunkt från ett visst element, uppstår ett överskott av intranukleära elektroner, och frånvaron av motsvarande spinn i kärnor verkar extremt mystiskt. Tvärtom tillåter det andra tillvägagångssättet, som vi föreslog lite tidigare, oss tydligen att övervinna dessa svårigheter. Vi kommer inte att gå in i allmänna diskussioner här om fördelarna med detta tillvägagångssätt som en generalisering av de Broglies idé om förekomsten av en djup analogi mellan ljus och materia; intranukleära elektroner liknar verkligen absorberade fotoner på många sätt, och emissionen av en β-partikel från en kärna liknar födelsen ny partikel, som i ett absorberat tillstånd inte har individualitet. Låt oss ange strukturen av klorkärnan enligt den gamla (I) synvinkeln och två nya - Perrin-Auger (II) och vår (III) [α betecknar en α-partikel, p är en proton, e är en elektron, n är en neutron]:

37 Cl = 9a + 1p + 2e (I) , 37 Cl = 9a + 1n + 1e (II) , 37 Cl = 8a + Ip + 4n (III).

(isotoper av ett givet grundämne skiljer sig från varandra endast i antalet neutroner).
Vi betraktar neutronen inte som ett system av elektron och proton, utan som en elementarpartikel. Detta tvingar oss att behandla neutroner som partiklar med spin 1/2 och föremål för Fermi-Dirac-statistik. Till exempel kärnan 14 N (3a + 1p + 1n) bör tilldelas spin 1, och kvävekärnor följer verkligen Bose-Einsteins statistik. Detta blir nu tydligt, sedan 14 N innehåller 14 elementarpartiklar, dvs. jämnt nummer, och inte 21, som i det gamla systemet.
Alla dessa antaganden, hur preliminära än de är, tycks leda till helt nya synpunkter på kärnkraftsmodellen."

W. Heisenberg, 1932: "Experimenten av Curie och Joliot (som tolkats av Chadwick) fastställde att en ny fundamental partikel, neutronen, spelar en viktig roll i kärnornas struktur. Detta tyder på att atomkärnor är konstruerade av protoner och neutroner utan deltagande av elektroner. Om detta antagande är korrekt, innebär det en enorm förenkling av teorin om kärnkraftsstruktur. De största svårigheterna med teorin om β-sönderfall och statistik över kväveatomkärnor kommer sedan ner till frågan om hur en neutron sönderfaller till en proton och en elektron och vilken statistik den lyder. Då kan kärnornas struktur beskrivas enligt kvantmekanikens lagar på grund av interaktionen mellan protoner och neutroner.
I det följande kommer vi att anta att neutroner följer Fermi-statistiken och har spin (1/2). Detta antagande är nödvändigt för att förklara statistiken för kvävekärnor och motsvarar de experimentella värdena för kärnmoment. Om neutronen bestod av en proton och en elektron skulle elektronen behöva tilldelas Bose-statistik och noll spin. Det verkar olämpligt att undersöka denna bild närmare.
Snarare bör neutronen betraktas som en oberoende fundamental integrerad del kärnan, naturligtvis, med hänsyn till att den under vissa förhållanden kan sönderfalla till en proton och en elektron, och förmodligen kommer lagarna för bevarande av energi och momentum inte att gälla.
Av alla växelverkan mellan de elementarpartiklar som utgör kärnan kommer vi först och främst att överväga växelverkan mellan neutronen och protonen. När en neutron och en proton närmar sig ett avstånd som är jämförbart med ett nukleärt avstånd, analogt med en jon, ändras platsen för den negativa laddningen med en frekvens som bestäms av funktionen J(r)/h, där r är avståndet mellan partiklarna. Storheten J(r) motsvarar utbytesintegralen, eller snarare, integralen som beskriver utbytet av koordinater i molekylär teori. Detta byte av plats kan göras visuellt med hjälp av idén om en elektron som inte har ett snurr och lyder Boses statistik. Men det är förmodligen mer korrekt att tänka på att integralen J(r) beskriver en grundläggande egenskap hos neutron-protonparet, som inte kan reduceras till elektronens rörelser."

Till skillnad från atomernas elektronskal har kärnor mycket specifika storlekar. Kärnradien R beskrivs av relationen

R = 1,3A 1/3 fm.

Atomkärnor har en stor massa och en positiv laddning. Storleken på atomkärnor mäts vanligtvis i en extrasystemisk längdenhet - Fermi.

1 Fermi = 10 -13 cm.

Proton-neutronmodellen av kärnan förklarade existensen av isotoper. Isotoper är atomkärnor som har samma antal protoner Z och olika antal neutroner N. Idag är över 3,5 tusen isotoper kända. Vanligtvis är isotoper avbildade på ett N-Z-diagram av atomkärnor. Massnummer för isotopen A = N + Z.

E. Rutherford, 1936: ”Många forskare har, när de separerar vissa radioaktiva kroppar, stött på en otrolig, nästan oöverstiglig svårighet. Soddy blev mycket intresserad av detta fenomen och upptäckte flera radioaktiva ämnen som han inte kunde separera. Dessa ämnen var helt olika och hade karakteristiska radioaktiva egenskaper, men de kunde inte separeras med kemiska operationer. Han noterade också att det periodiska systemet inte ens har plats för en stor grupp radioaktiva grundämnen, och föreslog att det finns grundämnen som är oskiljaktiga ur kemisk synvinkel, men som har olika egenskaper ur radioaktivitetssynpunkt. Soddy kallade motsvarande beståndsdelar av denna typ för isotoper, och var därmed början på ett stort forskningsfält, till vilket Aston gjorde en enorm insats."

Kärnstorlek

Radiell fördelning av laddningstätheten i olika kärnor

R = 1,3A 1/3 fm,
t = 4,4a = 2,5 fm.

Kärnstorlek och kraftlagen

E. Rutherford, 1924: "Bealer genomförde en detaljerad studie av lagen om kraftverkan nära en lätt kärna, nämligen nära en aluminiumkärna, med hjälp av spridningsmetoden. För detta ändamål jämförde han det relativa antalet α-partiklar spridda inom samma rymdvinkel från aluminium och från guld. För det studerade vinkelområdet (upp till 100°) antogs att spridning av guld följer lagen om omvänd proportionalitet mot kvadraten på avståndet. Beeler fann att förhållandet mellan spridning i aluminium och spridning i guld beror på α-partikelns hastighet. Till exempel, för en alfapartikel med ett intervall på 3,4 cm, erhölls ett teoretiskt förhållande för vinklar mindre än 40°, men det visade sig att förhållandet för en genomsnittlig spridningsvinkel på 80° endast var 7°/ 0 mindre. Å andra sidan, för snabbare a-partiklar med ett intervall på 6,6 cm, är avvikelserna från det teoretiska förhållandet mycket mer uttalade och når 29 % för en vinkel på 80°. För att förklara dessa resultat föreslog Beeler att nära aluminiumkärnan läggs en attraktionskraft över den vanliga frånstötande kraften. Resultaten överensstämmer väl med antagandet att attraktionskraften varierar omvänt till avståndets fjärde potens och att de frånstötande och attraktionskrafterna är balanserade på ett avstånd av 3,4 10 -13 cm från mitten av kärnan. Inom denna kritiska radie blir krafterna extremt attraktiva; utanför - extremt motbjudande.
Även om vi inte kan ställa några speciella krav på noggrannheten hos den erhållna figuren eller på den föreslagna attraktionslagens noggrannhet, kommer vi förmodligen inte att ta alltför fel om vi antar att aluminiumkärnans radie inte överstiger 4 10 -13 cm Det är intressant att notera att växelverkanskrafterna mellan α-partikeln och vätekärnan genomgår en snabb förändring, med början från ungefär samma avstånd. Det är alltså tydligt att dimensionerna på kärnan av lätta element är små, och i fallet med aluminium kan man till och med säga oväntat små, om vi kommer ihåg att 27 protoner och 14 elektroner ryms i denna obetydliga volym. Antagandet att krafterna för växelverkan mellan kärnor ändras från repulsion till attraktion när mycket nära närmar sig verkar mycket rimligt; annars med högsta grad det är svårt att föreställa sig hur en tung kärna med ett stort överskott av positiv laddning skulle kunna rymmas i ett begränsat utrymme. Vi kommer att se att ett antal andra fakta stöder denna idé; men det är knappast troligt att attraktionskrafter nära en komplex kärna kan uttryckas med vilken enkel maktlag som helst.”

Egenskaper för en fri neutron och proton

Egenskaper för gratis neutron och proton	n	sid
Massa, MeV/c 2	939,56536±0,00008	938,27203±0,00008
Kvantnummer - snurr	1/2	1/2
Spinn, ћ = 6,58·10 -22 MeV·c	ћ 1/2	ћ 1/2
Elektrisk laddning, q e = (1,602176487 ± 40) 10 -19 C	(-0,4 ± 1,1) 10 -21	|qp +qe |/qe< 10 -21
Magnetiskt ögonblick μ = eћ/2m p c = 3,15·10 -18 MeV/G	–1,9130427±0,000005	+2,792847351 ± 000000028
Elektrisk dipolmoment d, e cm	< 0.29·10 -25	< 0.54 10 -23
Baryon anklagelse B	+1	+1
Laddningsradie, fm		0,875 ± 0,007
Radie för magnetisk momentfördelning, fm	0,89 ± 0,07	0,86 ± 0,06
Isospin I	1/2	1/2
Isospin projektion I z	-1/2	+1/2
Quark komposition	udd	uud
Kvanttal s,c, b, t	0	0
Halva livet	10,24 min	> 2,1·10 29 år
Paritet	+	+
Statistik	Fermi-Dirac
Förfallsschema	n → p + e- + e

Tabell över isotoper av kemiska element

Tabellen för alla detekterade kemiska grundämnen visar serienummer, symbol, namn, minsta och maximala massantal detekterade isotoper och procentandelen isotoper i den naturliga blandningen (avrundat värde). Kemiska grundämnen med Z = 113-118 har ännu inte fått namn de ges i speciella internationella beteckningar.

1 - serienummer för det kemiska elementet Z,
2 - symbol för ett kemiskt element,
3 - namnet på det kemiska elementet,
4 - lägsta-högsta massantal A för en isotop av ett kemiskt element,
5 - massantal isotoper A (procent av isotop i en naturlig blandning), med en procentandel av isotop i en naturlig blandning som är större än 1 %.

1	2	3	4	5
0	n	neutron	1
1	H	väte	1-7	1 (99,986)
2	han	helium	3-10	4 (100)
3	Li	litium	3-12	6 (7,93); 7 (92,07)
4	Vara	beryllium	5-16	9 (100)
5	B	bor	6-19	10 (19,8); 11 (80,2)
6	C	kol	8-22	12 (98,9); 13 (1,1)
7	N	kväve	10-25	14 (99,62)
8	O	syre	12-28	16 (99,76)
9	F	fluor	14-31	19 (100)
10	Ne	neon	16-34	20 (90,0); 22 (9,73)
11	Na	natrium	18-37	23 (100)
12	Mg	magnesium	19-40	24 (77,4); 25 (11,5); 26 (11,1)
13	Al	aluminium	21-43	27 (100)
14	Si	kisel	22-44	28 (89,6); 29 (6,2); 30 (4,2)
15	P	fosfor	24-46	31 (100)
16	S	svavel	26-49	32 (95,1); 34 (4,2)
17	Cl	klor	28-51	35 (75,4); 37 (24,6)
18	Ar	argon	30-53	40 (99,632)
19	K	kalium	32-55	39 (93,38); 41 (6,61)
20	Ca	kalcium	34-57	40 (96,96); 44 (2,06)
21	Sc	skandium	36-60	45 (100)
22	Ti	titan	38-63	46 (7,95); 47 (7,75); 48 (73,45); 49 (5,51); 50 (5,34)
23	V	vanadin	40-65	51 (100)
24	Cr	krom	42-67	50 (4,49); 52 (83,78); 53 (9,43); 54 (2,30)
25	Mn	mangan	44-69	55 (100)
26	Fe	järn	45-72	54 (6,04); 56 (91,57); 57 (2,11)
27	Co	kobolt	50-75	59 (100)
28	Ni	nickel	48-78	58 (67,4); 60 (26,7); 61 (1,2); 62 (3,8)
29	Cu	koppar	52-80	63 (70,13); 65 (29,87)
30	Zn	zink	54-83	64 (50,9); 66 (27,3); 67 (3,9); 68 (17,4)
31	Ga	gallium	56-86	69 (61,2); 71 (38,8)
32	Ge	germanium	58-89	70 (21,2); 72 (27,3); 73 (7,9); 74 (37,1); 76 (6,5)
33	Som	arsenik	60-92	75 (100)
34	Se	selen	64-94	76 (9,5); 77 (8,3); 78 (24,0); 80 (48,0); 82 (9,3)
35	Br	brom	67-97	79 (50,6); 80 (49,4)
36	Kr	krypton	69-100	80 (2,01); 82 (11,53); 83 (11,53); 84 (57,11); 86 (17,47)
37	Rb	rubidium	71-101	85 (72,8); 87 (27,2)
38	Sr	strontium	73-105	86 (9,86); 87 (7,02); 88 (82,56)
39	Y	yttrium	76-108	89 (100)
40	Zr	zirkonium	78-110	90 (48); 91 (11,5); 92 (22); 94 (17); 96 (1,5)
41	Obs	niob	81-113	93 (100)
42	Mo	molybden	83-115	92 (14,9); 94 (9,4); 95 (16,1); 96 (16,6); 97 (9,65); 98 (24,1); 100 (9,25)
43	Tc	teknetium	85-118
44	Ru	rutenium	87-120	96 (5,68); 98 (2,22); 99 (12,81); 100 (12,70); 101 (16,98); 102 (31,34); 104 (18,27)
45	Rh	rodium	89-122	103 (100)
46	Pd	palladium	91-124	104 (9,3); 105 (22,6); 106 (27,2); 108 (26,8); 110 (13,5)
47	Ag	silver	93-130	107 (52,5); 109 (47,5)
48	CD	kadmium	95-132	106 (1,4); 108 (1,0); 110 (12,8); 111 (13,0); 112 (24,2); 113 (12,3); 114 (28,0); 116 (7,3)
49	I	indium	97-135	113 (4,5); 115 (95,5)
50	Sn	tenn	99-137	112 (1,1); 116 (15,5); 117 (9,1); 118 (22,5); 119 (9,8); 120 (28,5); 122 (5,5); 124 (6,8)
51	Sb	antimon	103-139	121 (56); 123 (44)
52	Te	tellur	105-142	122 (2,9); 123 (1,6); 124 (4,5); 125 (6,0); 126 (19,0); 128 (32,8); 130 (33,1)
53	jag	jod	108-144	127 (100)
54	Xe	xenon	109-147	128 (1,9); 129 (26,23); 130 (4,07); 131 (21,17); 132 (26,96); 134 (10,54); 136 (8,95)
55	Cs	cesium	112-151	133 (100)
56	Ba	barium	114-153	134 (2,42); 135 (6,59); 136 (7,81); 137 (11,32); 138 (71,66)
57	La	lantan	117-155	139 (100)
58	Ce	cerium	119-157	140 (89); 142 (11)
59	Pr	praseodym	121-159	141 (100)
60	Nd	neodym	124-161	142 (25,95); 143 (13,0); 144 (22,6); 145 (9,2); 146 (16,5); 148 (6,8); 150 (5,95)
61	Pm	prometium	126-163
62	Sm	samarium	128-165	144 (3); 147 (17); 148 (14); 149 (15); 150 (5); 152 (26); 154 (20)
63	Eu	europium	130-167	151 (49,1); 153 (50,9)
64	Gd	gadolinium	134-169	154 (1,5); 155 (21); 156 (22); 157 (17); 158 (22); 160 (16)
65	Tb	terbium	135-171	159 (100)
66	Dy	dysprosium	138-173	160 (1,5); 161 (22); 162 (24); 163 (24); 164 (28)
67	Ho	holmium	140-175	165 (100)
68	Eh	erbium	143-177	164 (1,5); 166 (32,9); 167 (24,4); 168 (26,9); 170 (14,2)
69	Tm	thulium	144-179	169 (100)
70	Yb	ytterbium	148-181	170 (4,21); 171 (14,26); 172 (21,49); 173 (17,02); 174 (29,58); 176 (13,38)
71	Lu	lutetium	150-184	175 (97,5); 176 (2,5)
72	Hf	hafnium	151-188	176 (5,3); 177 (18,47); 178 (27,13); 179 (13,85); 180 (35,14)
73	Ta	tantal	155-190	181 (100)
74	W	volfram	158-192	182 (22,6); 183 (17,3); 184 (30,1); 186 (29,8)
75	Re	renium	159-194	185 (38,2); 187 (61,8)
76	Os	osmium	162-200	186 (1,59); 187 (1,64); 188 (13,3); 189 (16,1); 190 (26,4); 192 (41,0)
77	Ir	iridium	164-202	191 (38,5); 193 (61,5)
78	Pt	platina	166-203	194 (30,2); 195 (35,3); 196 (26,6) 198 (7,2)
79	Au	guld	169-205	197 (100)
80	Hg	kvicksilver	171-210	198 (10,1); 199 (17,0); 200 (23,3); 201 (13,2); 202 (29,6); 204 (6,7)
81	Tl	tallium	176-212	203 (29,1); 205 (70,9)
82	Pb	leda	178-215	204 (1,5); 206 (23,6); 207 (22,6); 208 (52,3)
83	Bi	vismut	184-218	209 (100)
84	Po	polonium	188-220
85	På	astat	191-223
86	Rn	radon	193-228
87	Fr	Frankrike	199-232
88	Ra	radium	201-234
89	Ac	aktinium	206-236
90	Th	torium	208-238	232 (100)
91	Pa	protaktinium	212-240
92	U	Uranus	217-242	238 (99,28)
93	Np	neptunium	225-244
94	Pu	plutonium	228-247
95	Am	americium	230-249
96	Centimeter	curium	232-252
97	Bk	berkelium	234-254
98	Jfr	californium	237-256
99	Es	einsteinium	240-258
100	Fm	fermium	242-260
101	MD	mendelevium	245-262
102	Nej	nobelium	248-264
103	Lr	lawrencia	251-266
104	Rf	rutherfordium	253-268
105	Db	dubnium	255-269
106	Sg	seaborgium	258-273
107	Bh	bohrium	260-275
108	Hs	hassiy	263-276
109	Mt	meitnerium	265-279
110	Ds	Darmstadt	267-281
111	Rg	röntgenium	272-283
112	Cn	copernicium	277-285
113	Uut		278-287
114	Uuq		286-289
115	Uup		287-291
116	Uuh		290-293
117	Uus		291-292
118	Uuo		294

Associativa exempel på processen med ezoosmos, överföring och distribution av energi och information

Sammansättningen av en atoms kärna. Beräkning av protoner och neutroner

Reaktionsformler som ligger till grund för kontrollerad termonukleär fusion

Sammansättningen av en atoms kärna. Beräkning av protoner och neutroner

Enligt moderna begrepp består en atom av en kärna och elektroner som ligger runt den. En atoms kärna består i sin tur av mindre elementarpartiklar - från ett visst antal protoner och neutroner(det allmänt accepterade namnet för vilket är nukleoner), sammankopplade av kärnkrafter.

Antal protoner i kärnan bestämmer strukturen hos atomens elektronskal. A elektronskal definierar fysisk Kemiska egenskaperämnen. Antalet protoner motsvarar serienumret på en atom i Mendeleevs periodiska system av kemiska element, även kallat laddningsnummer, atomnummer, atomnummer. Till exempel är antalet protoner i en heliumatom 2. I det periodiska systemet är det nummer 2 och betecknas som He 2. Symbolen för antalet protoner är den latinska bokstaven Z. När man skriver formler, ofta siffran som indikerar antalet protoner ligger under elementets symbol eller höger eller vänster: He 2 / 2 He.

Antal neutroner motsvarar en specifik isotop av ett grundämne. Isotoper är grundämnen med samma atomnummer ( samma mängd protoner och elektroner), men med olika massatal. Massnummer– det totala antalet neutroner och protoner i en atoms kärna (betecknad latinsk bokstav A). När du skriver formler anges masstalet överst på elementsymbolen på ena sidan: He 4 2 / 4 2 He (Heliumisotop - Helium - 4)

Således, för att ta reda på antalet neutroner i en viss isotop, bör antalet protoner subtraheras från det totala masstalet. Till exempel vet vi att Helium-4 He 4 2-atomen innehåller 4 elementarpartiklar, eftersom isotopens massnummer är 4. Dessutom vet vi att He 4 2 har 2 protoner. Subtraherar vi från 4 (totalt massatal) 2 (antal protoner) får vi 2 - antalet neutroner i Helium-4 kärnan.

PROCESSEN ATT BERÄKNA ANTALET FANTOMPARTIKLAR I ATOMKÄRNAN. Som ett exempel var det inte av en slump att vi övervägde Helium-4 (He 4 2), vars kärna består av två protoner och två neutroner. Eftersom Helium-4-kärnan, som kallas alfapartikeln (α-partikel), är den mest effektiva i kärnreaktioner, används den ofta för experiment i denna riktning. Det är värt att notera att i formler för kärnreaktioner används ofta symbolen α istället för He 4 2.

Det var med deltagande av alfapartiklar som E. Rutherford utförde den första officiella historia fysik reaktion kärnkraftsomvandling. Under reaktionen "bombarderade" alfapartiklar (He 4 2) kärnorna i kväveisotopen (N 14 7), vilket resulterade i bildandet av en syreisotop (O 17 8) och en proton (p 1 1)

Denna kärnreaktion ser ut så här:

Låt oss beräkna antalet fantom Po-partiklar före och efter denna transformation.

FÖR ATT BERÄKNA ANTALET FANTOMPARTIKLAR DU BEHÖVER:
Steg 1. Räkna antalet neutroner och protoner i varje kärna:
- antalet protoner anges i den nedre indikatorn;
- vi tar reda på antalet neutroner genom att subtrahera antalet protoner (nedre indikatorn) från det totala masstalet (övre indikatorn).

Steg 2. Räkna antalet fantom Po-partiklar i atomkärnan:
- multiplicera antalet protoner med antalet fantom Po-partiklar som finns i 1 proton;
- multiplicera antalet neutroner med antalet fantom Po-partiklar som finns i 1 neutron;

Steg 3. Lägg ihop antalet fantom Po-partiklar:
- addera det resulterande antalet fantom Po-partiklar i protoner med det resulterande antalet neutroner i kärnor före reaktionen;
- addera det resulterande antalet fantom Po-partiklar i protoner med det resulterande antalet neutroner i kärnor efter reaktionen;
- jämföra antalet fantom Po-partiklar före reaktionen med antalet fantom Po-partiklar efter reaktionen.

ETT EXEMPEL PÅ UTVECKLAD BERÄKNING AV ANTALET FANTOMPARTIKLAR I ATOMKÄRNOR.
(Kärnreaktion som involverar en a-partikel (He 4 2), utförd av E. Rutherford 1919)

FÖRE REAKTIONEN (N 14 7 + He 4 2)
N 14 7

Antal protoner: 7
Antal neutroner: 14-7 = 7
i 1 proton – 12 Po, vilket betyder i 7 protoner: (12 x 7) = 84;
i 1 neutron – 33 Po, vilket betyder i 7 neutroner: (33 x 7) = 231;
Totalt antal fantom Po-partiklar i kärnan: 84+231 = 315

Han 4 2
Antal protoner – 2
Antal neutroner 4-2 = 2
Antal fantom Po-partiklar:
i 1 proton – 12 Po, vilket betyder i 2 protoner: (12 x 2) = 24
i 1 neutron – 33 Po, vilket betyder i 2 neutroner: (33 x 2) = 66
Totalt antal fantom Po-partiklar i kärnan: 24+66 = 90

Totalt antal fantom Po-partiklar före reaktionen

N 14 7 + He 4 2
315 + 90 = 405

EFTER REAKTIONEN (O 17 8) och en proton (p 1 1):
O 17 8
Antal protoner: 8
Antal neutroner: 17-8 = 9
Antal fantom Po-partiklar:
i 1 proton – 12 Po, vilket betyder i 8 protoner: (12 x 8) = 96
i 1 neutron – 33 Po, vilket betyder i 9 neutroner: (9 x 33) = 297
Totalt antal fantom Po-partiklar i kärnan: 96+297 = 393

p 1 1
Antal protoner: 1
Antal neutroner: 1-1=0
Antal fantom Po-partiklar:
Det finns 12 Po i 1 proton
Det finns inga neutroner.
Totalt antal fantom Po-partiklar i kärnan: 12

Totalt antal fantom Po-partiklar efter reaktionen
(O 17 8 + p 1 1):
393 + 12 = 405

Låt oss jämföra antalet fantom Po-partiklar före och efter reaktionen:

ETT EXEMPEL PÅ EN KORTFORM FÖR ATT BERÄKNA ANTALET FANTOMPARTIKLAR I EN KÄRNREAKTION.

Känd kärnreaktionär reaktionen av interaktion av α-partiklar med en berylliumisotop, i vilken en neutron först upptäcktes, som manifesterar sig som en oberoende partikel som ett resultat av kärnomvandling. Denna reaktion utfördes 1932 av den engelske fysikern James Chadwick. Reaktionsformel:

213 + 90 → 270 + 33 - antalet fantom Po-partiklar i var och en av kärnorna

303 = 303 - totala summan fantom Po-partiklar före och efter reaktionen

Antalet fantom Po-partiklar före och efter reaktionen är lika.

Som redan nämnts består en atom av tre typer av elementarpartiklar: protoner, neutroner och elektroner. Atomkärnan är den centrala delen av en atom, som består av protoner och neutroner. Protoner och neutroner har det gemensamma namnet nukleon de kan omvandla till varandra i kärnan. Kärnan i den enklaste atomen - väteatomen - består av en elementarpartikel - protonen.

Diametern på en atoms kärna är ungefär 10 -13 – 10 -12 cm och är 0,0001 av atomens diameter. Men nästan hela atomens massa (99,95 - 99,98%) är koncentrerad i kärnan. Om det var möjligt att få 1 cm 3 rent kärnämne skulle dess massa vara 100 - 200 miljoner ton. Massan av en atoms kärna är flera tusen gånger större än massan av alla elektroner som utgör atomen.

Proton – elementarpartikel, kärnan i en väteatom. En protons massa är 1,6721x10 -27 kg, vilket är 1836 gånger större än en elektrons massa. Den elektriska laddningen är positiv och lika med 1,66x10 -19 C. En coulomb är en enhet för elektrisk laddning lika med mängden elektricitet som passerar genom tvärsnittet av en ledare under en tid av 1 s vid en konstant ström på 1A (ampere).

Varje atom av något grundämne innehåller ett visst antal protoner i kärnan. Detta antal är konstant för ett givet grundämne och bestämmer dess fysikaliska och kemiska egenskaper. Det vill säga antalet protoner avgör med vad kemiskt element vi har att göra. Till exempel, om det finns en proton i kärnan är det väte, om det finns 26 protoner är det järn. Antalet protoner i atomkärnan bestämmer kärnans laddning (laddningsnummer Z) och grundämnets atomnummer i det periodiska systemet för grundämnen D.I. Mendeleev (elementets atomnummer).

Nneutron– en elektriskt neutral partikel med massan 1,6749 x10 -27 kg, 1839 gånger massan av en elektron. En neuron i ett fritt tillstånd är en instabil partikel som oberoende av varandra förvandlas till en proton med emission av en elektron och en antineutrino. Halveringstiden för neutroner (den tid under vilken hälften av det ursprungliga antalet neutroner sönderfaller) är cirka 12 minuter. Men i ett bundet tillstånd inuti stabila atomkärnor är det stabilt. Totala numret Nukleonerna (protoner och neutroner) i kärnan kallas masstalet (atommassa - A). Antalet neutroner som ingår i kärnan är lika med skillnaden mellan massan och laddningstalen: N = A – Z.

Elektron– en elementarpartikel, bäraren av den minsta massan – 0,91095x10 -27 g och den minsta elektriska laddningen – 1,6021x10 -19 C. Detta är en negativt laddad partikel. Antalet elektroner i en atom är lika med antalet protoner i kärnan, d.v.s. atomen är elektriskt neutral.

Positron– en elementarpartikel med positiv elektrisk laddning, en antipartikel i förhållande till elektronen. Massan av elektronen och positronen är lika, och de elektriska laddningarna är lika i absoluta värde, men motsatta i tecken.

De olika typerna av kärnor kallas nuklider. Nuklid är en typ av atom med ett givet antal protoner och neutroner. I naturen finns det atomer av samma grundämne med olika atommassa (masstal): 17 35 Cl, 17 37 Cl, etc. Kärnorna i dessa atomer innehåller samma antal protoner, men olika antal neutroner. Variationer av atomer av samma grundämne som har samma kärnladdning men olika massatal kallas isotoper . Med samma antal protoner, men olika i antal neutroner, har isotoper samma struktur av elektronskal, d.v.s. mycket lika kemiska egenskaper och upptar samma plats i det periodiska systemet för kemiska grundämnen.

Isotoper betecknas med symbolen för motsvarande kemiska element med index A uppe till vänster - massnumret, ibland antalet protoner (Z) anges också längst ner till vänster. Till exempel betecknas radioaktiva isotoper av fosfor 32P, 33P eller 1532P respektive 1533P. När man betecknar en isotop utan att ange elementsymbolen ges massnumret efter beteckningen av elementet, till exempel fosfor - 32, fosfor - 33.

De flesta kemiska grundämnen har flera isotoper. Förutom väteisotopen 1H-protium är tungt väte 2H-deuterium och supertungt väte 3H-tritium kända. Uran har 11 isotoper i naturliga föreningar finns det tre (uran 238, uran 235, uran 233). De har 92 protoner och 146,143 respektive 141 neutroner.

För närvarande är mer än 1900 isotoper av 108 kemiska grundämnen kända. Av dessa inkluderar naturliga isotoper alla stabila (ca 280 av dem) och naturliga isotoper som ingår i radioaktiva familjer (46 av dem). Resten klassificeras som konstgjorda, de erhålls på konstgjord väg som ett resultat av olika kärnreaktioner.

Termen "isotoper" bör endast användas i de fall där vi pratar om om atomer av samma grundämne, till exempel kolisotoperna 12 C och 14 C. Om atomer av olika kemiska grundämnen avses rekommenderas att använda termen "nuklider", till exempel radionuklider 90 Sr, 131 J, 137 Cs .