原子構造(その1)

目次

原子及び原子核の構造

原子の構成

原子の構造は以下のような感じ.

原子核
陽子(Z個)
中性子(A-Z個)
(核外)電子

陽子と中性子を合わせて核子という.

原子核はいくつかの陽子と中性子から成り立ってる!

原子番号:Z --->原子核中の陽子数

質量数:A ----->原子核中の陽子数+中性子数

各粒子の質量の関係

陽子の質量 mp だいたいイコール 中性子の質量mn

電子の質量 me (< mp,mn ってことから)= 0として計算

[原子の質量] だいたいイコール [原子核の質量] つまり,mp*質量数A

放射性崩壊

放射性崩壊

放射性元素の作り出す放射線には,α波,β波,γ波の3種類があって,その本体はそれぞれヘリウム原子核,電子,電磁波である.

  1. α崩壊:ヘリウム原子核の放出-->原子番号が2減り,質量数が4つ減る.
  2. β崩壊:中性子が陽子に変わり,電子を放出す---->原子番号1つ増加,質量数は不変.
  3. γ崩壊:光子を放出--->原子番号,質量数とも不変
dZdA
α崩壊-2-4
β崩壊+10
γ崩壊00

半減期

放射性元素の原子数が半分に減るまでの時間は,各放射性元素で決まっている.この時間を半減期という.

半減期に関する性質

崩壊速度 -(dN/dt) は 現在量Nに比例.

半減期Tの放射性元素の原子数が時間tの間にN0からNに減少したとすれば,

質量とエネルギー

質量欠損

原子核(A,Z)の質量mはZ個の陽子の質量ZmpとN = A-Z個の中性子の質量Nmnの和より常に小さい.この差dm = Zmp + Nmn - mを質量欠損という.

質量エネルギーの公式

アインシュタインによると,質量とエネルギーは等価なので,質量に相当するエネルギーをE[J],質量m[kg],真空中の光速度をc[m/s]とすれば,

なので,核子がバラバラな状態と1.のように原子核を構成している状態とでは質量エネルギーの公式から,

のエネルギー差がある.

結合エネルギー

原子核に上記式のdEだけエネルギーを与えたときに,初めてバラバラの核子になる.この値が大きいほど原子核を壊すのに大きなエネルギーを要する.このdEを原子核の結合エネルギーという.

これは核子どうしの間で,きわめて近距離にのみ働く非常に大きい力.核力に逆らってやりとりされる仕事量に基づいている.

核反応における質量欠損

原子核反応が起きてエネルギーが発生した時は,質量が反応前に比べて減少している.質量欠損dm = [反応前の質量の和] - [反応後の質量の和]

この場合も,欠損した質量はエネルギーになる.dE = dm・c2

1[u] = 931[MeV]であるから,dmを[u]で表すと,


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