Самопроизвольный распад частицы

Существуют частицы, которые могут без каких-либо внешних воздействий делиться на несколько частей. Запишем закон сохранения энергии для самопроизвольного распада первоначально покоившейся частицы. С этой целью воспользуемся формулой.

для энергии Е частицы массы т, которая обладает кинетической энергией Т. Первое слагаемое в этой формуле называется энергией покоя частицы. Пусть масса распадающейся частицы равна Л/, а массы s частиц, которые из нее образуются, обозначим mi, m2, …, m_s. Согласно закону сохранения энергии энергия покоя М с¹ исходной частицы равна сумме энергий частиц-продуктов ее распада:

где Т{ - кинетическая энергия i-й частицы. Из этого равенства следует, что самопроизвольный распад частицы возможен только при условии, что ее масса М больше суммы масс продуктов распада:

Все атомные ядра устойчивы по отношению к распаду на нуклоны, так как масса ядра всегда меньше суммы масс, входящих в него нуклонов. Факт существования устойчивых атомных ядер свидетельствует о том, что между нуклонами в ядре действуют силы притяжения, которые называются ядерными силами. Экспериментальные исследования этих сил показали, что они обладают следующими особенностями. Ядерные силы не зависят от наличия или отсутствия электрического заряда у взаимодействующих нуклонов. При расстоянии R = 10″¹⁵ м между двумя протонами действующая на них ядерная сила в 35 раз больше силы их кулоновского взаимодействия. С увеличением расстоянии ядерные силы очень быстро ослабевают и при расстояниях между нуклонами, превышающих 1,4 • 10″ ¹⁵ м, действием этих сил можно пренебречь. При расстояниях, меньших 10″ ¹⁵ м, притяжение нуклонов заменяется их отталкиванием.

Количественной характеристикой действия ядерных сил на нуклоны в ядре служит так называемая энергия связи

Это есть наименьшая энергия, которую нужно сообщить стабильному ядру для того, чтобы разделить его на нуклоны.

Рис. 28.1. График зависимости удельной энергии связи е нуклонов в ядре от его массового числа А.

Отношение энергии связи к массовому числу.

называется удельной энергией связи нуклонов в ядре. Удельная энергия связи, т. е. энергия связи, приходящаяся на один нуклон, является функцией от массового числа: е = ?(Л). График этой функции показан на рис. 23.1. При небольших значениях массового числа (А < 56) удельная энергия связи в среднем монотонно возрастает. Наибольшей удельной энергией связи обладают нуклоны в ядре изотопа железа j^Fe. При дальнейшем увеличении массового числа удельная энергия связи постепенно убывает.