Atommag

A Wikipédiából, a szabad lexikonból.

A hélium atommag félszabályos modellje. A magban lila szín jelöli a neutronokat, pink a protonokat. A valóságban szintén tengelyesen szimmetrikus a mag.

Az atomok tömegének legnagyobb része egy, az atom térfogatához képest igen kisméretű, pozitív töltésű atommagban koncentrálódik. Az atommag átmérője 10^-15 m, ami az atom méretének tízezred része. A Rutherford-féle szórási kísérlet eredménye vezette végül Ernest Rutherfordot és Niels Bohrt egy olyan atommodellhez, amelyben a pozitív töltésű pici, de nehéz magot a negatívan töltött elektronok felhője veszi körül. A magban levő protonok száma adja az atom rendszámát, amely semleges atom esetén megegyezik a mag körül keringő elektronok számával. Mivel az elektronszám határozza meg a kémiai viselkedést, ezért az azonos protonszámú magok kémiai szemponból nagyon hasonlóan viselkednek, a protonszám határozza meg azt, hogy valami milyen kémiai elem (például hidrogén vagy vas). Az atommagban levő nukleonok (proton+neutron) teljes száma adja az atom tömegszámát.

Amikor a fizikusok az atommag szerkezetét kezdték vizsgálni, azzal a problémával találták magukat szemben, hogy bár a magban lévő protonok a Coulomb-erő miatt nagy erővel taszítják egymást, az atommag mégis stabil állapotban van. E problémának csak egy megoldása van, a természetben léteznie kell még egy igen rövid hatótávolságú, de nagyon intenzív erőhatásnak, amely az elektromos taszítást kompenzálja. Ez a magerő.

A fizikában általában akkor mondjuk egy rendszerre, hogy ismerjük, ha létezik egy többé-kevésbé minden tulajdonságát megmagyarázó modellünk. Az atommag esetében azonban a modellezés kivételesen nehéz:

• az atommagban jelenlevő részecskék száma 1 és 250 között mozog. Statisztikusan nem lehet tárgyalni, mert ahhoz nagyon kevés részecskénk van, az elméleti mechanika viszont már a háromtest-problémát sem tudja egzaktul megoldani.
• a magerők egzakt formája ismeretlen

Természetesen léteznek különböző modellek, amik jól magyarázzák a mag egyes tulajdonságait.

[szerkesztés] Atommagok tulajdonságai

[szerkesztés] Tömege

Az atommag tömegét atomi tömegegységben (jele: U vagy ATE) a következő összefüggés adja meg:

A atommag nukleonokból épül fel, melyeket a töltésfüggetlen erős nukleáris kölcsönhatás tart össze. Az összetett mag tömege mindig kisebb, mint az őt alkotó részecskék tömge külön-külön. Az előálló tömegdefektus vagy tömeghiány:

Δm = Z*M_p + (A-Z)M_n - M(^A_ZX)

A tömeghiánynak (tömegdefektusnak) megfelelő (kötési) energia tartja össze az atommagot. Értéke a Weizsäcker-féle empirikus összefüggésből állapítható meg.

[szerkesztés] Magerő

Földi viszonyok között állandó struktúra az atommag, amelyet a nukleáris kölcsönhatás alakít ki. Két m tömegű nukleon között fellépő magerő hatótávolsága:   b = h/2πmc

[szerkesztés] Mérete

A nukleon (proton vagy neutron) átmérője 1 fm = (10^-15 m). Az atommagok méretének számítására tapasztalati összefüggést alkalmazunk, R a mag sugara:

ahol

A a tömegszám,

és 1.2 fm.

A mag sugara 0.005%-a (1/20000) az atommag sugarának. A mag sűrűsége olyan nagy, hogy egy köbméternyi maganyag tömege körülbelül 200000 tonnát nyomna. A kompakt neutroncsillagokat teljes egészében nukleonok alakotják, sűrűségük tehát megegyezik az atommagéval.

[szerkesztés] Atommagok csoportosítása

[szerkesztés] Felépítésük szerint

• izotóp: azonos protonszám, eltérő neutronszám (pl.: ¹₁H és ²₁H)
• izotón: azonos neutronszám, eltérő protonszám (pl.: ²₁H, ³₂He)
• izobár atommagok: azonos nukleonszám, eltérő protonszám (pl.: ⁸₆C, ⁹₅B)
• izomer magok: a rendszám és a tömegszám is azonos, csak a mag energiaállapotában van különbség

[szerkesztés] Stabilitás szerint

• stabil magok (1)
  • olyan atommagok, amelyeknél radioaktivitást nem tapasztaltak
  • kb. 264 ilyen atommagot ismerünk
  • pl.: ¹²C, ¹⁴N, ¹⁶O

• elsődleges természetes radionuklidok (2)
  • olyan természetes radioaktív magok, amelyek megtalálhatóak a Naprendszer keletkezése óta
  • felezési idejük nagyon hosszú
  • 26 ilyen mag ismert
  • Pl.: ²³⁸U (T=4,47·10⁹ év), ⁴⁰K (T=1,28·10⁹ év), ⁸⁷Rb (T=4,8·10¹⁰ év)

• másodlagos természetes radionuklidok
  • Olyan magok, amelyek (2) bomlása révén keletkeznek
  • Felezési idejük nagyon rövid, a Naprendszer keletkezése óta nem találhatóak meg
  • 38 ilyen mag ismert
  • Pl.: ²²⁶R (T=1600 év), ²³⁴Th (T=24,1 nap)

• Indukált természetes radionuklidok
  • állandóan keletkeznek a kozmikus sugárzás hatására
  • 10 ilyen mag ismert
  • Pl.: ³H (T=12,3 év), ¹⁴C (T=5730 év)

• mestreséges radionuklidok
  • emberi tevékenység során keletkeztek, a természetben nincsenek számottevően jelen
  • 2000 ilyen mag ismert
  • Pl.: ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs, ²⁴Na

[szerkesztés] Külső hivatkozások

• Horváth Ákos: Egzotikus atommagok szerkezete, PDF