Массовое число

Ма́ссовое число́ атомного ядра — суммарное количество протонов и нейтронов (называемых общим термином «нуклоны») в ядре. Обычно обозначается буквой A. Массовое число близко к атомной массе изотопа, выраженной в атомных единицах массы, но совпадает с ней только для углерода-12, поскольку атомная единица массы (а. е. м.) определяется сейчас как ¹⁄₁₂ массы атома ¹²С. Во всех остальных случаях атомная масса не является целым числом, в отличие от массового числа. Так, массовое число изотопа хлора ³⁵Cl равно 35, а его атомная масса составляет 34,96885 а. е.м.

Обозначения и описание

Массовое число в обозначении конкретного нуклида (вида атомных ядер) записывается в виде верхнего левого индекса, например ²³²Th. Нуклиды с одинаковым массовым числом называются изобарами (например, изобарами являются нуклиды ¹⁴C и ¹⁴N).

Знание массового числа позволяет оценить массу ядра и атома. Если известно массовое число, то масса М атома и его ядра оценивается из следующего соотношения М ≈ А·m_N, где m_N ≈ 1,67·10⁻²⁷ кг — масса нуклона, то есть протона или нейтрона. Например, в состав атома алюминия-27 и его ядра входит 27 нуклонов (13 протонов и 14 нейтронов). Его масса примерно равна 27·1,67·10⁻²⁷ кг ≈ 4,5·10⁻²⁶ кг. Если необходимо получить массу ядра с большей точностью, то нужно учесть, что нуклоны в ядре связаны силами ядерного притяжения, и поэтому в соответствии с соотношением E = mc² масса ядра уменьшается. В массу атома также следует добавить суммарную массу электронов на орбитах вокруг ядра. Однако все эти поправки не превышают 1 %.

Массовое число совпадает с барионным числом ядра. Барионное число сохраняется во всех известных процессах, поэтому любые радиоактивные распады и ядерные реакции не приводят к изменению суммы массовых чисел ядер в левой и правой части реакции. Например, при альфа-распаде урана-238

[math]\displaystyle{ \mathsf{_{\text{ }92}^{238}U \rightarrow {}_{\text{ }90}^{234}Th + {}_2^4He} }[/math].

Здесь в левой части массовое число начального ядра равно 238, в правой части реакции — два ядра с массовыми числами 234 и 4, что в сумме даёт 238. С учётом того, что массовое число альфа-частицы (ядра гелия-4) равно 4, альфа-распад снижает массовое число распадающегося ядра на 4 единицы. Любые типы бета-распада (бета-минус-распад, позитронный распад, электронный захват, все типы двойного бета-распада) не изменяют массовое число, поскольку в этом процессе происходит лишь превращение некоторых нуклонов ядра из одного вида в другой (протонов в нейтроны или обратно). Изомерный переход также не изменяет массовое число ядра.

Литература

• Яворский Б. М. Детлаф, А. А. Курс физики. Том III. Волновые процессы, оптика, атомная и ядерная физика. — М. : Высшая школа, 1972.
• Ишханов Б. С., Капитонов И. М., Кэбин Э. И. Частицы и атомные ядра. Основные понятия. — М. : Изд. МГУ, 2009.