Физики открыли нарушение магического правила для ядер изотопов магния
Ученые открыли нестабильный изотоп магния, ядро которого состоит из 12 протонов и 6 нейтронов. Энергия возбужденного состояния этого ядра оказалась больше, чем у изотопа магния с 8 нейтронами, которое должно быть магическим. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Одной из основных моделей строения атомного ядра является оболочечная модель, в которой поведение энергетических уровней нейтронов и протонов внутри него аналогично поведению электронных уровней энергии в атоме. Квантовое состояние каждого нуклона характеризуется энергией, моментом импульса, его проекцией на произвольную координатную ось, а также проекцией спина на эту ось. Нуклоны подчиняются статистике Ферми — Дирака, а это означает, что определенное квантовое состояние может быть занято только одной такой частицей. Благодаря этому нейтроны и протоны независимо заполняют оболочки, которые характеризуются радиальным квантовым числом и полным моментом импульса нуклона, и когда очередная оболочка заполняется, энергия связи следующего нуклона в ядре существенно понижается.
Ядра, в которых нейтроны или протоны заполняют целое число оболочек, называются магическими (или дважды магическими, если нуклонами заняты как протонные, так и нейтронные оболочки). Благодаря большой разнице в энергиях связи между магическими ядрами и ядрами с соседними Z и N, первые существенно более стабильны. Предсказанные оболочечной моделью числа протонов и нейтронов это Z, N = 2, 8, 20, 28, 50, 82 и так далее. Эта модель, однако, не является абсолютно точной, и в некоторых экспериментах ученые наблюдали, что ядра с Z = 20 и N = 28 не магические, а особой стабильностью отличаются ядра с Z = 14, 16 и N = 32, 34, соответственно.
Еще одно нарушение магического правила было найдено группой физиков из Китая и США под руководством Кайла Брауна (Kyle Brown) из Университета штата Мичиган, которые открыли неизвестный ранее изотоп магния в Циклотронной лаборатории этого университета. Ученые сталкивали пучки ионов стабильного изотопа магния 24Mg, которые разгонялись в циклотроне приблизительно до половины скорости света, соответствующей энергии 170 мегаэлектронвольт на нуклон, с мишенью, представлявшей собой бериллиевую фольгу.
При столкновении рождались более легкие изотопы, из которых с помощью фрагмент-сепаратора выделялся пучок изотопов 20Mg с энергией 103 мегаэлектронвольта на нуклон. Этот пучок затем претерпевал столкновение со второй бериллиевой мишенью, находящейся примерно в 30 метрах от первой мишени, при котором из 20Mg выбивались два нейтрона, и магний превращался в новый изотоп 18Mg.
Этот изотоп оказался очень короткоживущим, и его ядра распадались внутри бериллиевой мишени на два протона и неон
16
Ne, который затем распадался на кислород
14
O и еще два протона. Распад
18
Mg →
14
O + 4
p
является всего вторым
зарегистрированным
распадом ядра, среди продуктов которого есть четыре протона. По энергии продуктов распада ядра нового изотопа ученые определили энергию его связи, для которой они нашли два значения, и интерпретировали их как энергии связи основного и возбужденного состояний со спином 2.
Эти энергии оказались равны 4,865±0,034 и 6,71±0,14 мегаэлектронвольта, соответственно. Ученые также смогли измерить «ширины» обоих состояний, которые связаны со временами их жизни, но с существенно более низкой точностью: для основного и возбужденного состояний найденные физиками значения этих величин равны 115±100 и 266±150 килоэлектронвольт, соответственно. Частицы с такими ширинами живут секстиллионные доли секунды.
Очень важным свойством нового изотопа магния, имеющего в своем составе 6 нейтронов, оказалось то, что разница между энергиями связи основного и возбужденного состояний его ядра больше, чем для изотопа, включающего 8 нейтронов, ядро которого должно быть магическим, согласно оболочечной модели. Ученые рассчитывают, что будущие эксперименты с изотопами кремния, ядро которого состоит из 14 протонов, позволят определить, является ли нарушение магичности для магния уникальным для ядер такого размера или нет.
Ранее мы рассказывали о том, как ученые доказали двойную магичность ядер никеля-78 и олова-132.
Андрей Фельдман
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Ядерное разнообразие
Рекордный пучок
Американские физики сообщили о получении самого мощного в мире пучка позитронов. Этот эксперимент был осуществлен на ядерном реакторе PULSTAR, принадлежащем университету Северной Каролины. До сих пор подобный рекорд был зарегистрирован на реакторе, находящемся в Мюнхене. Ученые планируют разработать аппаратуру, которая позволит использовать такие пучки для изучения атомной структуры различных материалов.
Искусственные изотопы-тяжеловесы
В Национальной лаборатории циклотронов на сверхпроводящих магнитах, расположенной на территории университета штата Мичиган были синтезированы три сверхмассивных изотопа двух широко распространенных легких металлов. Чтобы оценить значение этого открытия, вспомним азы ядерной физики. Ядра всех без исключения элементов, кроме водорода, сложены из частиц двух видов – положительно заряженных протонов и не несущих электрического заряда нейтронов (ядро водорода – это единичный протон).
Ядра с одинаковым числом протонов, но разным количеством нейтронов отличаются друг о друга по массе, однако в электронном окружении приобретают совершенно одинаковые химические характеристики. Это означает, что такие атомы химически неразличимы и потому принадлежат одному и тому же элементу Периодической системы. Такие разновидности химических элементов называют изотопами. Различные изотопы одного и того же элемента невозможно отделить друг от друга с помощью химических реакций. Однако для их разделения существует множество физических методов.
Все встречающиеся в природе элементы имеют по несколько изотопов. Большинство изотопов нестабильно, их ядра самопроизвольно испускают те или иные частицы и превращаются в ядра с другой структурой или составом. Например, ядро может испустить единичный протон, единичный нейтрон или альфа-частицу, состоящую из двух протонов и двух нейтронов.
В стабильных легких ядрах числа протонов и нейтронов одинаковы или почти одинаковы. По мере увеличения атомного номера накапливается избыток нейтронов и в самых тяжелых стабильных ядрах их число превышает число протонов примерно в полтора раза. У урана и прочих самых тяжелых элементов, которые вообще не имеют стабильных изотопов, нейтронов еще больше. Это соотношение отнюдь не случайно, оно вытекает из законов квантовой механики.
Ученые уже давно научились синтезировать не существующие в природе изотопы, облучая ядра-мишени нейтронами или заряженными частицами. Таким способом удается получать нестабильные изотопы с очень большим избытком нейтронов. Однако такие ядерные превращения можно осуществлять лишь до тех пор, пока число нейтронов не подойдет к определенной границе, которую физики называют линией нейтронной стабильности.
Мичиганские исследователи работали с двенадцатым и тринадцатым элементами Периодической системы, магнием и алюминием. Магний имеет три стабильных изотопа, ядра которых содержат 12, 13 и 14 нейтронов, а также нестабильный изотоп с 16 нейтронами. Единственный стабильный изотоп алюминия содержит 14 нейтронов, однако в прошлом физики ухитрились получить еще много радиоактивных изотопов этого металла. Самый легкий из них содержит всего 8 нейтронов, а самый тяжелый – 28.
Профессор Моррисси и его коллеги продвинулись дальше. Они сумели получить тройку ядер магния с 28 нейтронами и ядер алюминия с 29 нейтронами.
Им также повезло выявить единичную подпись совсем уж экзотического алюминиевого ядра с 30 нейтронами. Конечно, все эти ядра очень быстро распались, однако их все же удалось выделить и зарегистрировать. До сих пор мало кто ожидал, что ядра магния и алюминия могут существовать в столь тяжелых версиях.
Стоп-кран для атомов
Физики Техасского университета в Остине разработали прибор, который почти полностью тормозит газовые частицы с помощью магнитных импульсов. Эта работа поможет созданию ловушек для газов, удерживающих их атомы и молекулы практически в неподвижном состоянии. В таких приборах очень нуждаются специалисты по спектральному анализу. Незаторможенные частицы газов движутся со скоростями в сотни метров в секунду, поэтому их спектральные линии размываются из-за эффекта Допплера. Новые магнитные ловушки дадут возможность резко повысить точность измерения спектральных характеристик различных газов, в особенности водорода и его изотопов.
| 1 | Найдите количество нейтронов | Х | |
| 2 | Найдите массу 1 моля | Н_2О | |
| 3 | Баланс | H_2(SO_4)+K(OH)→K_2(SO_4)+H(OH) | |
| 4 | Найдите массу 1 моля | Х | |
| 5 | Найдите количество нейтронов | Фе | |
| 6 | Найдите количество нейтронов | ТК | |
| 7 | Найдите электронную конфигурацию | Х | |
| 8 | Найдите количество нейтронов | Са | |
| 9 | Баланс | CH_4+O_2→H_2O+CO_2 | |
| 10 | Найдите число нейтронов | С | |
| 11 | Найдите число протонов | Х | |
| 12 | Найдите количество нейтронов | О | |
| 13 | Найдите массу 1 моля | СО_2 | |
| 14 | Баланс | C_8H_18+O_2→CO_2+H_2O | |
| 15 | Найдите атомную массу | Х | |
| 16 | Определить, растворимо ли соединение в воде | Н_2О | |
| 17 | Найдите электронную конфигурацию | Нет | |
| 18 | Найдите массу отдельного атома | Х | |
| 19 | Найдите количество нейтронов | № | |
| 20 | Найдите количество нейтронов | Золото | |
| 21 | Найдите количество нейтронов | Мн | |
| 22 | Найдите количество нейтронов | Ру | |
| 23 | Найдите электронную конфигурацию | О | |
| 24 | Найдите массовые проценты | Н_2О | |
| 25 | Определить, растворимо ли соединение в воде | NaCl | |
| 26 | Найдите эмпирическую/простейшую формулу | Н_2О | |
| 27 | Найти степени окисления | Н_2О | |
| 28 | Найдите электронную конфигурацию | К | |
| 29 | Найдите электронную конфигурацию | Мг | |
| 30 | Найдите электронную конфигурацию | Са | |
| 31 | Найдите количество нейтронов | Рх | |
| 32 | Найдите количество нейтронов | Нет | |
| 33 | Найдите количество нейтронов | Пт | |
| 34 | Найдите количество нейтронов | Быть | Быть |
| 35 | Найдите количество нейтронов | Кр | |
| 36 | Найдите массу 1 моля | Н_2SO_4 | |
| 37 | Найдите массу 1 моля | ||
| 38 | Найдите массу 1 моля | Фе | |
| 39 | Найдите массу 1 моля | С | |
| 40 | Найдите количество нейтронов | Медь | |
| 41 | Найдите количество нейтронов | С | |
| 42 | Найдите степени окисления | Х | |
| 43 | Баланс | CH_4+O_2→CO_2+H_2O | |
| 44 | Найдите атомную массу | О | |
| 45 | Найдите атомный номер | Х | |
| 46 | Найдите количество нейтронов | Пн | |
| 47 | Найдите количество нейтронов | ОС | |
| 48 | Найдите массу 1 моля | NaOH | |
| 49 | Найдите массу 1 моля | О | |
| 50 | Найдите электронную конфигурацию | Фе | |
| 51 | Найдите электронную конфигурацию | С | |
| 52 | Найдите массовые проценты | NaCl | |
| 53 | Найдите массу 1 моля | К | |
| 54 | Найдите массу отдельного атома | Нет | |
| 55 | Найдите число нейтронов | Н | |
| 56 | Найдите количество нейтронов | Ли | |
| 57 | Найдите количество нейтронов | В | |
| 58 | Найдите число протонов | № 92О | |
| 60 | Упростить | ч*2р | |
| 61 | Определить, растворимо ли соединение в воде | Х | |
| 62 | Найдите плотность на STP | Н_2О | |
| 63 | Найти степени окисления | NaCl | |
| 64 | Найдите атомную массу | Он | Он |
| 65 | Найдите атомную массу | Мг | |
| 66 | Найдите количество электронов | Х | |
| 67 | Найдите число электронов | О | |
| 68 | Найдите число электронов | С | |
| 69 | Найдите число нейтронов | Пд | |
| 70 | Найдите количество нейтронов | рт. ст. | |
| 71 | Найдите количество нейтронов | Б | |
| 72 | Найдите массу отдельного атома | Ли | |
| 73 | Найдите эмпирическую формулу | Н=12%, С=54%, N=20 | , , |
| 74 | Найдите число протонов | Быть | Быть |
| 75 | Найдите массу 1 моля | На | |
| 76 | Найдите электронную конфигурацию | Со | |
| 77 | Найдите электронную конфигурацию | С | |
| 78 | Баланс | C_2H_6+O_2→CO_2+H_2O | |
| 79 | Баланс | Н_2+О_2→Н_2О | |
| 80 | Найдите электронную конфигурацию | Р | |
| 81 | Найдите электронную конфигурацию | Пб | |
| 82 | Найдите электронную конфигурацию | Ал | |
| 83 | Найдите электронную конфигурацию | Ар | |
| 84 | Найдите массу 1 моля | О_2 | |
| 85 | Найдите массу 1 моля | Н_2 | |
| 86 | Найдите количество нейтронов | К | |
| 87 | Найдите количество нейтронов | Р | |
| 88 | Найдите число нейтронов | Мг | |
| 89 | Найдите количество нейтронов | Вт | |
| 90 | Найдите массу отдельного атома | С | |
| 91 | Упростить | н/д+кл | |
| 92 | Определить, растворимо ли соединение в воде | Н_2SO_4 | |
| 93 | Найдите плотность на STP | NaCl | |
| 94 | Найти степени окисления | C_6H_12O_6 | |
| 95 | Найти степени окисления | Нет | |
| 96 | Определить, растворимо ли соединение в воде | C_6H_12O_6 | |
| 97 | Найдите атомную массу | Кл | |
| 98 | Найдите атомную массу | Фе | |
| 99 | Найдите эмпирическую/самую простую формулу | СО_2 | |
| 100 | Найдите количество нейтронов | Мт |
Атомный номер магния 12.
Число протонов в ядре атома магния: (А) 6 (В) 10 (С) 12 (Г) 24Ответить
Проверено
244.2k+ views
Подсказка: Атомный номер равен количеству электронов в атоме, а количество протонов равно количеству электронов. Массовое число равно сумме количества протонов и нейтронов.
Полный пошаговый ответ:
— Мы знаем, что атом состоит в основном из трех типов частиц: электронов, протонов и нейтронов. Электроны — отрицательно заряженные частицы, протоны — положительно заряженные, а нейтроны — нейтральные частицы. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, а электроны вращаются вокруг ядра.
Также в идеале атомы нейтральны, и для этого количество протонов равно количеству протонов.
-Теперь мы увидим, как рассчитать количество протонов, электроны это нейтроны в атоме.
Атомный номер атома равен количеству присутствующих в нем электронов.
Количество электронов = Количество протонов
Массовое число = Количество протонов + Количество нейтронов
-Теперь мы поговорим о количестве протонов, электронов и нейтронов, присутствующих в атоме магния.