Ядра могут находиться в различных
энергетических состояниях и как любая квантовая система имеют свою, присущую только
ядру данного нуклида, систему энергетических уровней. Состояние с наименьшей энергией
называется основным, остальные – возбужденными. Ядра в возбужденных
состояниях неустойчивы и, в отличие от основных состояний, могут находиться в
возбужденных состояниях ограниченное время, испытывая спонтанные переходы в состояния
с меньшей энергией.
Атомное ядро представляет сложную многочастичную
квантовую систему с сильным взаимодействием, обладающее чрезвычайно большим количеством
свойств, порой противоречивых, и с теоретической точки зрения – объект исключительно
сложный. Поэтому попытка создания последовательной и единой теории ядра сталкивается
с целым рядом трудностей. При переходе от атома к ядру оказывается, что мы не
располагаем достаточными знаниями о свойствах ядерных сил во всех деталях, необходимых
для построения такой же законченной математической теории, как строение атома
Радиоактивность
- это самопроизвольное, спонтанное изменение свойств ядер со временем. Ядра, испытывающие
изменение такого рода, называются радиоактивными или нестабильными ядрами.
Радиоактивные ядра являются неустойчивыми нуклонными системами и, как принято
говорить, испытывают радиоактивный распад. Каждое ядро характеризуется
определенным нуклонным составом (А,) и определенной энергией Е. Если спонтанно
изменяется хотя бы одна из этих характеристик, то такое изменение является радиоактивным
распадом. Ядро, испытывающие радиоактивный распад, будем называть материнским,
а ядро-продукт – дочерним. Радиоактивный распад характеризуется временем
протекания, видом и энергией испускаемых частиц, называемых излучением.
Ядерной реакцией называют процесс образования новых ядер и частиц при сближении
ядер и частиц до расстояний ~ 10-13см, когда вступают в действие
ядерные силы. Образование новых ядер и частиц может происходить и под действием
γ-квантов, т.е. под действием электромагнитных, а не ядерных сил. Этот процесс
следует также отнести к ядерным реакциям, поскольку взаимодействие происходит
в области ядра и приводит к его преобразованию. Если после столкновения сохраняются
исходные ядра и частицы и не рождаются новые, то процесс называется рассеянием.
При рассеянии происходит только перераспределение энергии и импульса между взаимодействующими
объектами.
В начале 1939 г. О.Ган
и Ф.Штрассман опубликовали результаты своих тщательных радиохимических исследований
образца из урана после длительного облучения нейтронами. В образце были обнаружены
химические элементы барий, лантан и церий, атомные массы которых существенно меньше
массы атомов урана.
Правильное объяснение этого удивительного результата,
почему в облученном нейтронами образце из урана появляются относительно легкие
элементы, было сразу же дано Л.Мейтнер и О.Фришем. Они выдвинули гипотезу о неустойчивости
тяжелых ядер по отношению к изменению их формы, вследствие чего ядро урана при
захвате нейтрона делится на два ядра, которые принято называть осколками деления.
Вскоре эти предположения были неоднократно подтверждены, и стало ясно, что осуществляется
новый тип ядерной реакции - реакция деления, которая может быть вызвана
не только нейтронами, но также γ-квантами и заряженными частицами. Деление
ядер в результате ядерной реакции называется вынужденным делением.