bélyegkép|jobbra|300px|A hélium-4 atom képi ábrázolása. A magban a két protont piros, a két neutront kék szín jelöli. Az ábra egymástól elkülönülten mutatja a részecskéket, a valóságban azonban a két proton a térben egymással átfedve, nagy valószínűséggel az atommag középpontjában található meg, és ugyanez igaz a neutronokra is, így mind a négy részecske pontosan ugyanazon a helyen fordul elő a legnagyobb valószínűséggel. A különálló részecskék klasszikus képe ezért nem tudja modellezni a nagyon kis atommagokban tapasztalt töltéseloszlást
Az atomok tömegének legnagyobb része egy, az atom térfogatához képest igen kis méretű, pozitív töltésű atommagban koncentrálódik. Az atommag átmérője néhányszor 10−15 m, ami az atom méretének tízezred része. A Rutherford-féle szórási kísérlet eredménye vezette végül Ernest Rutherfordot és Niels Bohrt egy olyan atommodellhez, amelyben a pozitív töltésű pici, de nehéz magot a negatívan töltött elektronok felhője veszi körül. A magban levő protonok száma adja az atom rendszámát, amely semleges atom esetén megegyezik a mag körül keringő elektronok számával. Mivel az elektronszám határozza meg a kémiai viselkedést, ezért az azonos protonszámú magok kémiai szempontból nagyon hasonlóan viselkednek, a protonszám határozza meg azt, hogy valami milyen kémiai elem (például hidrogén vagy vas). Az atommagban levő nukleonok (proton+neutron) teljes száma adja az atom tömegszámát.
Amikor a fizikusok az atommag szerkezetét kezdték vizsgálni, azzal a problémával találták magukat szemben, hogy bár a magban lévő protonok a Coulomb-erő miatt nagy erővel taszítják egymást, az atommag mégis stabil állapotban van. E problémának csak egy megoldása van, a természetben léteznie kell még egy igen rövid hatótávolságú, de nagyon intenzív erőhatásnak, amely az elektromos taszítást kompenzálja. Ez a magerő.
A fizikában általában akkor mondjuk egy rendszerre, hogy ismerjük, ha létezik egy többé-kevésbé minden tulajdonságát megmagyarázó modellünk. Az atommag esetében azonban a modellezés kivételesen nehéz: az atommagban jelenlevő részecskék száma 1 és 250 között mozog. Statisztikusan nem lehet tárgyalni, mert ahhoz nagyon kevés részecskénk van, az elméleti mechanika viszont már a háromtest-problémát sem tudja egzaktul megoldani. a magerők egzakt formája ismeretlen Természetesen léteznek különböző modellek, amik jól magyarázzák a mag egyes tulajdonságait.
Atommagok tulajdonságai Tömege Az atommag tömegét atomi tömegegységben (jele: U vagy ATE) a következő összefüggés adja meg:
Az atommag nukleonokból épül fel, melyeket a töltésfüggetlen erős nukleáris kölcsönhatás tart össze. Az összetett mag tömege mindig kisebb, mint az azt alkotó részecskék tömege külön-külön. Az előálló tömegdefektus vagy tömeghiány: Δm = Z·Mp + (A−Z)Mn − M(X) A tömeghiánynak (tömegdefektusnak) megfelelő (kötési) energia tartja össze az atommagot. Értéke a Weizsäcker-féle empirikus összefüggésből állapítható meg.
Sűrűsége Az atommagok sűrűsége állandó, kémiai elemektől és izotópoktól függetlenül. Az atommag sűrűsége magas érték, , ami megfelel -nek. Mivel az atommag sűrűsége állandó, ezért a térfogata a tömegszámmal egyenesen arányosan, míg sugara annak köbgyökével arányosan változik.
Magerő Földi viszonyok között állandó struktúra az atommag, amelyet a nukleáris kölcsönhatás alakít ki. Két m tömegű nukleon között fellépő magerő hatótávolsága: b = h/2πmc Mérete A nukleon (proton vagy neutron) átmérője kb. 1 fm (= 10−15 m). Az atommag alakja közelíthető gömbbel, így az atommagok méretének számítására tapasztalati összefüggést alkalmazunk:
ahol R a mag sugara A a tömegszám, és 1,2 fm.
A mag sugara 0,005%-a (1/20 000) az atom sugarának. A mag sűrűsége olyan nagy, hogy egy liternyi maganyag tömege körülbelül 200 000 000 000 tonnát nyomna. A kompakt neutroncsillagokat teljes egészében nukleonok alkotják, sűrűségük tehát megegyezik az atommagéval.
Atommagok csoportosítása Felépítésük szerint izotóp: azonos protonszám, eltérő neutronszám (például: és ) izotón: azonos neutronszám, eltérő protonszám (például: és ) izobár atommagok: azonos nukleonszám, eltérő protonszám (például: és ) izomer magok: a rendszám és a tömegszám is azonos, csak a mag energiaállapotában van különbség
Stabilitás szerint stabil magok (1) olyan atommagok, amelyeknél radioaktivitást nem tapasztaltak kb. 271 ilyen atommagot ismerünk például: 12C, 14N, 16O elsődleges természetes radionuklidok (2) olyan természetes radioaktív magok, amelyek megtalálhatóak a Naprendszer keletkezése óta felezési idejük nagyon hosszú 26 ilyen mag ismert Például: 238U (T=4,47 év), 40K (T=1,28 év), 87Rb (T=4,8 év) másodlagos természetes radionuklidok Olyan magok, amelyek (2) keletkezése révén bomlanak Felezési idejük nagyon rövid, a Naprendszer keletkezése óta nem találhatóak meg 38 ilyen mag ismert Például: 226Ra (T=1600 év), 234Th (T=24,1 nap) Indukált természetes radionuklidok állandóan keletkeznek a kozmikus sugárzás hatására 10 ilyen mag ismert Például: ³H (T=12,3 év), 14C (T=5730 év) mesterséges radionuklidok emberi tevékenység során keletkeztek, a természetben nincsenek számottevően jelen 2000 ilyen mag ismert Például: 60Co, 137Cs, 24Na
További információk Horváth Ákos: Egzotikus atommagok szerkezete, PDF Bódizs Dénes: Atommagsugárzások méréstechnikái. Typotex Kiadó, 2006.
Kategória:Magfizika Kategória:Kémiai alapfogalmak Kategória:Anyagok