Этапы развития физики ядра и элементарных частиц

Размеры ядер. В первом приближении ядро можно считать шаром, радиус которого довольно точно определяется формулой

R = R0∙10^-13A^1/3 см = R0∙A^1/3 ферми,

где R₀ = (1,3 ÷ 1,7), 1 ферми = 10^-13 см. Из этого следует, что объем ядра пропорционален числу нуклонов в ядре. Таким образом, плотность вещества во всех ядрах примерно одинакова.
Спин ядра. Спин ядра складывается из спинов нуклонов, и из орбитальных моментов. Спин нуклона равен 1/2. Поэтому квантовое число спина ядра I будет полуцелым при нечетном числе нуклонов А и целым или нулем при четном А. Спины ядер I не превышают нескольких единиц. Это указывает на то, что спины большинства нуклонов в ядре взаимно компенсируют друг друга, располагаясь антипараллельно. У всех четно-четных ядер (т. е. ядер с четным числом протонов и четным числом нейтронов) спин равен нулю.
Со спином ядра связан магнитный момент. Взаимодействие магнитных моментов электронов и ядра приводит к дополнительному расщеплению энергетических уровней, в результате чего линии тонкой структуры испытывают в свою очередь расщепление – наблюдается сверхтонкая структура спектральных линий. Это расщепление мало (порядка несколько тысячных нм) и наблюдается лишь с помощью приборов самой большой разрешающей способности.

1.3 Энергия связи ядер. Дефект массы. Ядерные силы.

Измерения показывают, что масса любого ядра m_я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: m_я < Zm_p + Nm_n. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов друг с другом.
Разность масс

Δ = Zmp + Nmn – mя

(1.1)

называется дефектом массы.
По дефекту массы можно определить с помощью формулы  E = mc² энергию, выделившуюся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра E_св:

Eсв = Δ c^2 = (Zmp + Nmn – mя)c^2.

(1.2)

Энергия связи ядра равна той работе, которую нужно совершить, чтобы разделить образующие ядро нуклоны и удалить их друг от друга на такие расстояния, при которых они практически не взаимодействуют друг с другом.
Равенство (1.2) практически не нарушится, если заменить массу протона т_р массой атома водорода т_н, а массу ядра т_я — массой атома m_а. Действительно, если пренебречь сравнительно ничтожной энергией связи электронов с ядрами, указанная замена будет означать добавление к уменьшаемому и вычитаемому выражения, стоящего в фигурных скобках, одинаковой величины, равной Zm_e. Таким образом, формуле (1.2) можно придать вид

(1.3)