原子と原子核の構造

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原子と原子核の大きさ

(R4.5, 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

 

量子数

(R4.31, R4.3(化学))

主量子数(n)方位量子数磁気量子数スピン配置可能電子数
1(K殻)00(s)×22
2(L殻)00(s)×2 8
0,11(p)＝-1,0,1
3(M殻)00(s)×218
0,11(p)＝-1,0,1
0,1,22(d)＝-2,-1,0,1,2

 

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
(R4.11)
：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　
例 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
→質量欠損で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　
(R4.15.27, 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倍
　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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