原子と原子核の構造

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原子と原子核の大きさ

 (R3.4, R2.4(化学),R1.3)
・原子の直径
10-10m

・原子核の半径R
 R:10-15~10-14m
 R=r0×(質量数)1/3 
 r0:1.2~1.4×10-15

・同位体
同一原子番号で,中性子数が異なる核種の関係

・安定同位体
放射性壊変を起こさない同位体
 原子番号と中性子が偶数のものが多い
 原子番号が大きくなるにつれて,中性子が過剰の状態で原子核は安定する

・放射性同位体
放射性壊変を起こす同位体

・同重体
質量数が互いに等しい関係

・核異性体
原子核が一時的に励起した状態を保っている状態

・同素体
同一元素の単体で,原子の配列(結晶構造)や結合様式の関係が異なるもの

素粒子

(R3.2, R2.4.5)

名称電荷スピン質量原子質量/静止エネルギークォーク構成
陽子+11/2
(アイソスピン)
1mp=1.007u/ mpC2=938MeVuud
中性子0-1/2
(アイソスピン)
1.001mn=1.008u/ mnC2=939MeVudd
電子-11/20.0005me=0.0005u/ meC2=0.511MeV
フォトン100

・u:アップクォーク
 d:ダウンクォーク

・原子質量
:1u=1.66×10-27kg=931MeV
 12Cの原子1つを12u,1原子質量をその1/12と定義

・重陽子
:水素の安定同位体である重水素の原子核をいい,
 陽子と中性子の2個の核子で構成されている

・三重陽子(トリトン)
陽子1個と中性子2個で構成される

・核磁気モーメント
:原子核の磁気モーメントであり,陽子および中性子のスピンから生じ,
 陽子と中性子の数がともに同じかつ偶数の場合にのみ核磁気モーメントはゼロとなる

4つの力

 (R2.6)

4つの力電磁相互作用重力弱い相互作用強い相互作用
相対強度~10-2~10-39~10-131
作用距離
(1/距離^2に働く)
∞ 
(1/距離^2に働く)
ほぼゼロ近接~10-15m 
 クーロン力引力β壊変,
μ粒子崩壊
 核力

結合エネルギー

 (R3.5)
核力(強い相互作用)によって生じる
距離が離れると効果がない

・原子核の質量は構成核子の質量の和より小さい
質量欠損核子間の結合エネルギーに消費

・質量60(Feくらい)近くで最大となる
→Feの結合エネルギー:8.8MeV

・核子当たりの平均結合エネルギーは1~9MeV

・陽子-陽子間にはクーロン力も働く

・α粒子は極大値を取り,約7MeV

電離・励起 

・W値 (R2.15)
1イオン対を生成するのに必要なエネルギー
 電離エネルギーの約2
 放射線の種類に依らない値
 原子番号が大きい
 → W値が小さい
 空気のW値=34eV
 水素のイオン化エネルギー=13.6eV

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