Курс лекций по разделу физика атома и ядра

Масса атома

В ядерной физике обычно пользуются не массами ядер, а массами атомов. Это вызвано тем, что невозможно измерить непосредственно массу ядер без связанных с ними электронов, за исключением легчайших. Масса нейтрального атома в пределах точности современных методов измерения масс равна сумме масс ядра и электронов, составляющих атом, хотя в принципе масса атома есть

где Σq_i – энергия связи ядра и электронов, Σq_i ≈ 13,6×Z эВ. Таким образом, энергия связи электронов с ядром примерно в 10⁷ раз меньше массы атома и практически не влияет на массу атома.

Массы атомов определяют с помощью приборов, которые называются масс-спектрометрами. Схема устройства масс-спектрометра изображена на рис. 1.3.1. В ионном источнике ИИ создаются положительные ионы атомов, массу М_i которых необходимо измерить. Ионы, имеющие электрический заряд q_i,поступают через отверстие в ускоряющее электрическое поле, создаваемое приложенной между ИИ и Д₁ разностью потенциалов U, после прохождения которой ионы приобретают кинетическую энергию

и со скоростьюv поступают в пространственно однородное и постоянное магнитное поле с индукцией В, вектор которой перпендикулярен плоскости чертежа и направлен на читателя. На ион в магнитном поле действует сила Лоренца

которая создает центростремительное ускорение v²/R, направленное к точке О, под действием которого ион будет двигаться по окружности радиуса R. Таким образом,

Исключив из (1.3.5) и (1.3.7) скорость v, находим, что абсолютная величина массы иона

Окружность нужного радиуса Rзадается положением диафрагм Д₁, Д₂ и Д₃ . Подбирая величины U и В добиваются того, чтобы пучок ионов попадал на коллектор К, что фиксируется по максимуму тока ионов на коллекторе. Таким образом устанавливается, что ион движется по окружности радиуса Rи вычисляется масса иона. Если известна кратность ионизации то, вычитая из массы иона известную суммарную массу электронной оболочки, получают массу ядра.

[an error occurred while processing this directive]