Skriptář - Knihy, Skriptá a více pro vás

28

KAPITOLA 2

PŘÍMOČARÝ POHYB

Roli neutronů v jádře lze velmi zhruba charakterizovat tak, že zabezpečují jeho „soudržnost“. Protony totiž mají kladný náboj, a elektrickými silami se proto velmi silně odpuzují. Mezi nukleony však při velmi malých vzdálenostech působí i přitažlivá síla, zvaná silná interakce. Jediný atom, který nepotřebuje neutrony k zajištění stability svého jádra, je běžný atom vodíku. Jeho jádro je totiž tvořeno jediným protonem. Všechna ostatní jádra by se bez neutronů rozpadla.
Mnoho izotopů běžných prvků je nestabilních. Naštěstí ty, na kterých bytostně závisí naše existence, mají též izotopy stabilní. Například 19 z 21 izotopů mědi je nestabilních, samovolně se rozpadají a mění v jiné prvky. Mě , kterou známe jako celkem běžný kov a používáme ji v elektronice i jiných technologiích, je složena ze zbývajících dvou stabilních izotopů.

Struktura subatomárních částic
Obr. 2.13 Šesterečné uspořádání atomů uranu je „zviditelněno“ pomocí zobrazení v rastrovacím prozařovacím elektronovém mikroskopu. Barvy jsou jednotlivým částem objektu uměle přiřazeny počítačovým zpracováním obrazu (tzv. „nepravé barvy“).

Stavba atomu
Atom je složen z velmi malého, nepředstavitelně hutného jádra. V jádru, které je obklopeno jedním nebo více lehkými elektrony, je soustředěna prakticky celá hmota atomu. Obvykle předpokládáme, že jádro i celý atom mají kulový tvar. Poloměr atomu je řádově 10−10 m, jádro je asi 100 000krát menší, přibližně 10−15 m. Soudržnost atomu je zajištěna vzájemným elektrickým přitahováním záporných elektronů v atomovém obalu s jádrem, obsahujícím kladné protony. Zákony popisující tuto přitažlivou interakci budeme studovat později. V této chvíli si pouze uvědomme, že bez ní by nemohly existovat atomy, a tedy ani my sami.

Elektron si sice někdy počíná velmi neobvykle, ale přesto je to jednoduchá částice. Při detekci se chová tak, jako by neměl žádné rozměry ani vnitřní strukturu. Elektron (značka e, někdy pro upřesnění e− ) patří do skupiny částic zvaných leptony. Je jich celkem šest. Vedle elektronu existují ještě dvěstěkrát těžší mion (značka µ, dříve nazývaný mezon µ) a více než třítisíckrát těžší tauon (značka τ ). Každý z nich má své neutrino νe , νµ , ντ s hmotností téměř nulovou (možná i přesně nulovou). Ke každému leptonu existuje antičástice. Antičástici k elektronu nazýváme pozitron (značka e+ ).
u

d

neutron

d d

jádro u u proton

Stavba jádra
Nejmenší jádro, jádro běžného atomu vodíku, je tvořeno jediným protonem. Existují i dvě složitější varianty, zvané izotopy neboli nuklidy vodíku, jejichž jádro navíc obsahuje jeden nebo dva elektricky neutrální neutrony. Tyto izotopy nazýváme deuterium a tritium. Vodík, ve všech variantách, je příkladem jednoho prvku. Různé prvky se navzájem liší počtem protonů v jádře. Atom s jedním protonem v jádře je vodík, atom se šesti protony v jádře je uhlík. Různé izotopy téhož prvku se liší počtem neutronů v jádře. Protony a neutrony nazýváme společně nukleony.

Obr. 2.14 Představa atomového jádra a protonů a neutronů, z nichž je složeno. Protony a neutrony jsou tvořeny kvarky „up“ (u) a „down“ (d ).

Podle současných znalostí se protony a neutrony liší od elektronů a dalších leptonů tím, že se skládají ze tří jednodušších částic zvaných kvarky.* Proton se skládá ze dvou u-kvarků (angl. up = nahoru) a jednoho d -kvarku (angl. down = dolů). Neutron je tvořen jedním u-kvarkem
* Slovo „kvark“ pochází ze slovních hříček užitých v básni Finnegans Wake od Jamese Joyce.