原子と原子核

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原子と原子核の大きさ

 (69pm70、67am70、66.43)
・原子の直径:10-10m
・原子核の半径R:10-15~10-14m
 R=r0×(質量数)1/3 
 r0:1.2~1.4×10-15

・原子番号が大きくなるにつれて、中性子が過剰の状態で原子核は安定する

原子核モデル

(69pm70)
・液滴模型

量子数

(65.42、64.42、63.42、62.42、60.41)

主量子数(n)方位量子数磁気量子数スピン配置可能電子数
1(K殻)00(s)×22
2(L殻)

00(s)×2

8

0、1
1(p)=-1、0、1 
3(M殻)00(s)×218
0、11(p)=-1、0、1 
0、1、22(d)=-2、-1、0、1、2

 

素粒子

(67am70、66.43、64.48、63.41)

名称 電荷 スピン 質量 原子質量/静止エネルギークォーク構成
陽子 +11/21mp=1.007u/ mpC2=938MeVuud
中性子 01/21.001mn=1.008u/ mnC2=939MeVudd
電子 -11/20.0005me=0.0005u/ meC2=0.511MeV
フォトン100

・u:アップクォーク
 d:ダウンクォーク

・原子質量
:1u=1.66×10-27kg
   =931MeV
 12Cの原子1つを12u、1原子質量をその1/12と定義

・重陽子
:水素の安定同位体である重水素の原子核をいい、陽子と中性子の2個の核子で構成されている

・三重陽子(トリトン)
:陽子1個と中性子2個で構成される

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4つの力

 (69am70、66.43)

・電磁相互作用
 相対強度:~10-2
 作用距離:∞ 1/距離^2に働く)
 例:クーロン力

・重力
 相対強度:~10-39
 作用距離:∞ 1/距離^2に働く)
 例:引力

・弱い相互作用
 相対強度:~10-13
 作用距離:ほぼゼロ 
 例:β壊変μ粒子崩壊

・強い相互作用
 相対強度:1
 作用距離:近接~10-15m 
 例:核力

結合エネルギー

 (72pm70、69pm70、68pm70、66.43)

核力(強い相互作用)によって生じる
 → 距離が離れると効果がない

・原子核の質量は構成核子の質量の和より小さい
 → 質量欠損で核子間の結合エネルギーに消費

・質量60Feくらい)近くで最大となる
 → Feの結合エネルギー:8.8MeV

・核子当たりの平均結合エネルギーは1~9MeV
・陽子-陽子間にはクーロン力も働く
・α粒子は極大値を取り、約7MeV

電離・励起

・W値
1イオン対を生成するのに必要なエネルギー
 電離エネルギーの約2
 放射線の種類に依らない値
 原子番号が大きい → W値が小さい

*空気のW値=34eV
 水素のイオン化エネルギー=13.6eV

核反応式:A(x,y)B

 (65.49、63.43)
 A:標的原子核 
 x:入射粒子
 y:放出粒子
 B:反跳原子核

Q値

 (64.43)
 核反応前後の質量欠損をエネルギーに換算した値
 Q =(MA+Mx)×C2 -(MB+My)×C2
 Q値>0ならば発熱反応で、閾エネルギーはない
 Q値<0ならば吸熱反応で、閾エネルギーはある

・閾値Emin= -Q ×(MA+Mx)÷MA

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