Диаметр ядра атомов различных элементов лежит в пределах 10—13 – 10—12 см, т. е. в 104 – 105 раз меньше диаметра атома. Радиус атомного ядра может быть определен по формуле R = 1,5 x 10—13xA1/3, где А – число нуклонов в ядре (массовое число).
Радиус атома приблизительно равен (2,5…5,5) х10—11м, а радиус атомного ядра (1,5—10) х10—16м. Так, радиус ядра атома 23892U составляет приблизительно 0,93х10—15м, а его объем —3,4х10—40м3.
Исходя из того, что масса каждого нуклона равна приблизительно 1 а.е.м. или 1,66х10—27кг, масса ядра урана равна приблизительно 395х10—27кг. Плотность ядерного вещества урана равна 116 000 кг/м3. Плотность ядерного вещества других элементов примерно такая же.
Из изложенного следует, что основная часть энергии атома сосредоточена в его ядре, на электронную же оболочку остается сравнительно ничтожная ее доля. Поэтому перспективным путем получения больших количеств промышленной энергии является деление атомных ядер, в результате которого выделяется ядерная энергия.
1.1.3. Изотопы. Радиоактивность и ее закономерности
Существует много атомов, ядра которых содержат равное число протонов, но разное число нейтронов. Массовые числа у этих атомов различны, но их химические свойства одинаковы, так как они имеют один и тот же заряд ядра и, следовательно, занимают одно и то же место в таблице Менделеева. Такие атомы получили название изотопов. Изотоп – нуклид с числом протонов в ядре, свойственным данному элементу.
Изотопный состав имеют многие химические элементы, некоторые из них имеют относительно большое количество изотопов. Например, водород имеет три изотопа: 11H – протий (легчайший изотоп водорода), 12D – дейтерий, 13T – тритий; известны: 19 изотопов йода, восемь изотопов железа, шесть изотопов урана и т. д.
Изотопы одного элемента химическими методами не могут быть разделены. Записываются изотопы элементов одинаковыми символами, отличающимися один от другого лишь массовым числом, например: изотоп углерода – от 106C до 146C; изотоп алюминия – от 2613Al до 2913Al; изотоп урана – от 23392U до 23992U и т. д.
Известно около 1500 изотопов. Одни из них устойчивые – стабильные, другие неустойчивые – радиоактивные. Стабильные изотопы – изотопы, ядра которых в течение длительного промежутка времени не претерпевают изменения. Изотопы, ядра которых со временем распадаются, называют радиоактивными или радионуклидами (РН). Радионуклид – нуклид, обладающий радиоактивностью. Радиоизотоп – изотоп, обладающий радиоактивностью.
В конце XIX в. А. Беккерелем, Пьером и Марией Кюри и другими учеными было открыто явление самопроизвольного распада ядер некоторых неустойчивых химических элементов. Исследователи установили,