1.3 Heisenbergův-Ivaněnkův model atomového jádra

Nedostatky předchozích modelů se podařilo uspokojivě vyřešit až poté, co byl uskutečněn objev nové částice – objev neutronu (1932).

Objev neutronu

Podobně jako v případě objevu protonu byly použity částice a, které tentokráte ostřelovaly jádra Be. Ve Wilsonově mlžné komoře byla po srážce pozorována jediná stopa, která náležela jádru uhlíku (C). Chadwick provedl rozbor stop částic z hlediska zákonů zachování energie a hybnosti a dospěl k závěru, že kromě kyslíku musí vznikat ještě jedna částice, která nenese žádný elektrický náboj (proto nelze zachytit její stopu v mlžné komoře). Částice byla pojmenována neutron.

,

kde pro neutron byla zavedena značka n.

Animace (700 kB)

Pokud provedeme bilanci elektrického náboje pro výše uvedenou jadernou reakci na základě zákona zachování , zjistíme, že neutron nemá žádný elektrický náboj. Po dosazení hodnot nábojů v násobcích elementárního elektrického náboje dostaneme , a tedy skutečně .

Vlastnosti neutronu

• Jedná se o elementární částici ze skupiny nukleonů.

• Je to fermion se spinovým kvantovým číslem s = 1/2 ( ).

• Neutron je elektricky neutrální částice.

• Jeho klidová hmotnost je (1,674 954 3±0,000 008 6)10^-27 kg.

• Hodnota z-tové složky magnetického momentu je , Landého faktoru = 2 ´ (–1,913 042 11). Tzn., že i když se jedná o částici bez elektrického náboje, má nenulový magnetický moment, což je dáno další vnitřní strukturou částice.

• Jako volná částice je neutron nestabilní a má střední dobu života (896±10) s. Rozpad vlivem slabé interakce probíhá podle schématu n ® p + e^- + . Pokud je ovšem vázán v jádře, stává se stabilním (přesněji řečeno dochází ke vzájemným přeměnám neutronů a protonů, mezi těmito přeměnami se ustaví rovnováha, takže  počet protonů a neutronů v jádře se zachovává).

Heisenbergův-Ivaněnkův model atomového jádra

Typ jádra je jednoznačně určen počtem protonů Z a počtem neutronů N v něm obsažených.

Nukleony

Protony a neutrony se označují společným názvem nukleony. Celkový počet nukleonů v jádře je tak A = Z + N.  Nukleony patří mezi ty „elementární“ částice, u nichž pozorujeme další vnitřní strukturu na rozdíl od elektronu, který se chová jako bodová částice.

Dnes se používá pro číslo Z označení protonové číslo (dříve atomové číslo), pro číslo N označení neutronové číslo a pro číslo A nukleonové číslo (dříve hmotnostní číslo).

Poznámky

• K určení typu jádra stačí kterákoliv dvojice čísel. Obvykle se uvádí hodnoty protonového a nukleonového čísla.
• Elektrický náboj jádra je roven součtu nábojů všech nukleonů v jádře. Protože neutrony nemají elektrický náboj a protony mají elektrický náboj +|e| , platí pro elektrický náboj jádra Q = Ze stejně jako v případě protonového modelu jádra. Jeho velikost je tedy určena protonovým číslem.

Hmotnostní úbytek jádra Dm

Poznámky

• Vazebná energie E_V  systému částic se obvykle definuje jako energie uvolněná při vzniku systému z volných částic. Musíme tedy vždy vědět,
  o jaké částice se jedná a jaké je složení systému. Vazebná energie v případě jádra je energie, která by se uvolnila při vzniku jádra z volných nukleonů. Podle Einsteinova vztahu ekvivalence mezi hmotností a energií této energii odpovídá hmotnostní úbytek Dm = E_V /c².
• Hmotnostní úbytek odpovídající vazebné energii jádra je měřitelný, protože její hodnoty jsou velké (řádově MeV).
•  Naproti tomu hmotnostní úbytky odpovídající vazebným energiím molekul nejsou měřitelné vzhledem k malým hodnotám vazebných energií molekul (řádově eV).

Úkol k textu naleznete zde.