원자핵

핵력

•원자핵 내에 양성자와 중성자를 분간하지 않고 인력으로 작용
–양성자 상호간의 전기적 반발력(쿨롱력)보다도 더 큰 강한(100배) 힘인 핵력(Nuclear Force)이 작용함

•핵력> 전자기력> 만류인력
–근거리력
–하전독립성
»핵력은전하에무관
»(p-p), (n-n) 또는 (p-n)간에 상호작용하는 힘은 본질적으로 차이가 없다.
–교환력
»p와 n사이에 중간자를 교환하면서 생기는 힘

 

원자핵의 구조

원자핵 - 원자처럼 핵 중심이 없고, 핵자들이 밀집한 구조로

- 각모형 (shell model)

마법수 (magic number) : 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126... 등의 양성자 수나 중성자 수를 갖을 때, 원자핵이 안정한 상태가 된다.

->원자핵의 여기, a붕괴현상

- 물방울모형 (liquid model)

타원체 모양의 물방울이 회전하기 때문에 생기는 준위

-> 핵자의 결합에너지, 핵반응시 핵 형성과정

 

원자핵의 안정성
–원자핵은원자핵속에들어있는중성자수와양자수의비율에따라서안정혹은불안정
•안정한핵
–양성자수(Z)와중성자수(N)가짝수인핵
(예) Molybdenum-98
핵-양성자42개, 중성자56개
궤도전자42개
– Z나 N이 다음의 숫자(Magic Number)인 핵
2, 8, 20, 28, 50, 82, 126
(예) Helium-4
핵-양성자2개, 중성자2개, 궤도전자2개
– Z와 N이 비슷한 숫자인 핵
– 핵자의 개수에 비해 무게가 가벼운 핵

•불안정한핵
–너무 무거우며 불안정한 핵 ->무게감량 : α-붕괴
–개수가 불일치한 핵 ->개수조정 : β-붕괴
–흥분한 핵 -> 열내리기 : γ-붕괴
– 중성자를 흡수하고 불안정한 핵 -> 파괴 : 핵분열
- 흥분한 궤도전자 -> 제자리 찾아가기 : X선방출

 

 

 

질량과 에너지

•원자질량단위(u, atomic mass unit)를 사용하여 원자나 원자핵의 무게를 나타냄
–12개의 핵자를 가진 탄소원자 12C의 질량을 12u로 하여 1u의 기준으로 함

 1u = 12C/12/(0.6022x10-24) = 1.6605x10-27kg

•원자, 원자핵, 방사선의 에너지 단위로 전자볼트(eV, electron Volt) 사용
–1eV = 전하e의 전자를 1V의 전위차로 가속시켰을때 전자가 얻는 운동에너지
 1eV = 1e x 1V = 1.6022x10-19C x 1V = 1.6022x10-19J

•질량과 에너지는 서로 등가이며 질량m(Kg)는 에너지로 변환됨.
–E=mc2[J]
»(예) 1u의질량을에너지로환산시931.5MeV
E = 1.6605x10^-27x(2.9979x10^8)^2 = 1.4923x10^-10 J = 931.5 MeV

•무질량인 전자기파(빛, x선, 감마선)의단위광자(photon)에너지
–E=hν [J] ( h = 프랑크상수= 6.6261×10-34J·s ν =진동수)

                                                                                         

결합 에너지(binding energy)

•질량결손
Δm = (핵자의질량합) –(실제원자핵의질량)
= Zmp+ Nmn-Matom
»여기서mp= p 질량, mn= n 질량, Matom= 원자질량

•결합에너지= 질량결손△m에 상당하는 에너지= △mc2
EB= △mc2
= [Zmp+ Nmn-Matom] c2
= [1.007277 Z+ 1.008665 N-Matom] c2

•핵자당 결합에너지(fB)
fB= EB/A

•핵자당 결합에너지가 큰 핵종

–단단한 결합
–핵자당 결합에너지가 클수록 결합시 많은 방출에너지가 방출