| English | 의미 |
|---|---|
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | 원자핵 |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | 양성자 |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | 중성자 |
| nuclide/ˈnjuːklaɪd/ | 핵종 |
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | 양성자 수 |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | 핵자 수 |
| nucleons/ˈnjuːklɪənz/ | 핵자 |
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | 동위원소 |
| atomic mass unit/əˈtɒmɪk mæs ˈjuːnɪt/ | 원자 질량 단위 |
Firing at gold foil
- Rutherford's team fired α-particles at a thin gold foil.
- Most went straight through — but a rare few bounced almost straight back.
- "As if you fired a shell at tissue paper and it came back at you."
원자 핵 모델 검증 실험
관측 결과를 원자의 핵 모델과 연결하십시오.
What the scattering showed
- Most pass through → the atom is mostly empty space.
- A rare big deflection → a tiny, dense, positive nucleus 原子核 holds the charge and mass.
Most alpha-particles pass nearly straight through; a few are deflected sharply by the tiny nucleus
금박을 그대로 통과한 α 입자의 대부분은 원자가 다음과 같음을 보여줍니다:
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대부분이 그대로 통과하므로, 방해되는 것이 거의 없다는 뜻입니다 — 원자는 대부분 빈 공간이며, 질량과 전하가 극소 규모의 핵에 집중되어 있습니다.
The nuclear model
- Nucleus: protons 质子 (charge $+e$) and neutrons 中子 (no charge). Electrons ($-e$) surround it.
- The atom is $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; the nucleus only $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — but holds nearly all the mass.
- A neutral atom has as many electrons as protons.
Simple models of a helium atom and a lithium atom (not to scale)
원자의 거의 모든 질량은 핵에 있습니다.
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양성자와 중성자는 각각 약 1 u, 전자는 약 1/1836 u이므로, 핵이 거의 모든 질량을 유지합니다.
Notation
- A nuclide 核素 is written $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ = proton number 质子数 (fixes the element), $A$ = nucleon number 核子数.
- Number of neutrons $N = A - Z$. Protons and neutrons together are nucleons 核子.
양성자와 중성자를 합쳐 ____라고 부릅니다.
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핵자수 $A$은 핵에 있는 양성자 수와 중성자 수의 합을 세는 것입니다.
$^{14}_{6}\text{C}$에는 중성자가 몇 개 있습니까?
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$N = A - Z = 14 - 6 = 8$개의 중성자입니다.
Isotopes 同位素
- Isotopes have the same proton number $Z$ but different numbers of neutrons.
- Example: $^{12}_{6}\text{C}$ and $^{14}_{6}\text{C}$ — same element, different mass.
Nuclide notation: nucleon number on top, proton number below
원소의 동위원소는:
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동일한 $Z$(즉, 동일 원소 및 화학 성질)이지만 서로 다른 $N$을 가져, 다른 질량수 $A$을 가집니다.
What's conserved
- In any nuclear process, nucleon number $A$ and charge are conserved.
- These two rules let you balance every decay equation: the top numbers must add up on both sides, and so must the bottom numbers.
핵 반응에서 어떤 물리량이 항상 보존되는가?
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핵자수와 전하량은 보존됩니다. 양성자 수와 중성자 수는 각각 변할 수 있습니다(예: β 붕괴 시 중성자가 양성자로 변함).
방출되는 입자를 각각 붕괴 방정식에서 어떻게 표기하는지 매칭시키십시오.
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상단 숫자는 핵자수이고 하단 숫자는 전하량입니다; 두 값 모두 방정식 양변에서 균형(균등)을 맞춰야 합니다.
Worked example: tritium
Tritium, $^{3}_{1}\text{H}$, is a radioactive isotope of hydrogen that emits a β$^{-}$ particle.
- Particles in a neutral atom: $Z = 1$ proton; $N = 3 - 1 = 2$ neutrons; $1$ electron (equal to the protons).
- Decay equation: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Check: top $3 = 3 + 0$; bottom $1 = 2 + (-1)$. The extra particle is an antineutrino.
- Quarks in the nucleus: a proton is uud and a neutron is udd, so one proton and two neutrons contain $2 + 1 + 1 = 4$ up quarks and $1 + 2 + 2 = 5$ down quarks.
- Check the charge: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, the charge of the single proton.
Worked example: a chain of decays
A nucleus of radium-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, decays through a series of steps in which five α-particles and four β$^{-}$ particles are emitted. Identify the final nucleus.
- Nucleon number: each α removes $4$, each β$^{-}$ removes none: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Proton number: each α removes $2$, each β$^{-}$ adds $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Answer: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — lead.
- Check: the order of the decays does not matter; only the totals do. Charge and nucleon number are conserved at every single step, so they are conserved overall.
양성자수가 $92$인 핵이 알파 입자 3개와 베타 입자(β⁻) 2개를 방출했습니다. 최종 핵의 양성자수는 몇 인가?
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각 알파 입자는 $Z$을 $2$만큼 낮추고, 각 β⁻ 입자는 $1$만큼 높입니다: $92 - 6 + 2 = 88$.
A neutral atom has $Z$ electrons — the proton number, never $A$. Isotopes differ only in neutrons, so their chemistry is identical. In a decay equation balance both rows: a β$^{-}$ is written $^{0}_{-1}\beta$, so it leaves $A$ unchanged and raises $Z$ by one. And "the nucleus is tiny" means about $10^{-15}\ \text{m}$ — a hundred thousand times smaller than the atom, not ten.
Atomic mass unit 原子质量单位
- The unit $\text{u}$ is set so that $^{12}_{6}\text{C}$ has mass exactly $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; a proton and a neutron are each about $1\ \text{u}$, an α-particle about $4\ \text{u}$ with charge $+2e$.
統一原子質量單位(unified atomic mass unit)는 탄소-12의 질량이 정확히 12 u가 되도록 정의되었습니다.
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네 — 그 정의가 $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$을 결정합니다.
You've got it
- α-scattering → atom is mostly empty with a tiny dense nucleus
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ protons, $A$ nucleons, $N = A - Z$ neutrons, $Z$ electrons when neutral; isotopes share $Z$
- nuclear processes conserve nucleon number and charge — balance both rows of every equation