Subatomární částice a složky atomu

Subatomární částice (subatomic particle)

Subatomární částice (subatomic particle) jsou částice menší než atom. Mezi subatomární částice patří jak složené částice tvořené ještě menšími konstituenty, tak i částice elementární, o nichž se soudí, že už je nelze dále rozložit. V jaderném inženýrství se zejména klade důraz na následující částice:

• hadron
  • baryon
    • nukleon
      • proton
      • neutron
• lepton
  • elektron
  • pozitron
  • neutrino

Název „lepton“ pochází z řeckého „λεπτός“, které znamená „malý“ a „tenký“. V době zavedení názvu se mu tak říkalo proto, že měl oproti jiným typům částic malou hmotnost, avšak například tauon objevený v holocénním kalendáři v 70. letech roku 11970 má i přes to, že je leptorem, hmotnost téměř 1,9× větší než proton a neutron; „lepton“ tedy ve skutečnosti nemusí být nutně lehký.

Elektron (electron) & pozitron (positron)

• klidová hmotnost: $m_e = 9.10939 \times 10^{-31} \text{kg}$
• velikost náboje: $e = 1.60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Elektron existuje ve dvou druzích: $e^-$ (záporný elektron, negatron) se záporným nábojem a $e^+$ (pozitron, positron) s kladným nábojem. Liší se pouze znaménkem náboje, ostatní vlastnosti jsou stejné. Pokud se bez dalšího upřesnění řekne „elektron“, obvykle se tím myslí záporný elektron.

Za určitých podmínek při srážce pozitronu a záporného elektronu dojde k anihilaci těchto dvou částic a k vyzáření dvou fotonů. Tento proces se nazývá anihilace elektronu (electron annihilation) a vzniklé fotony se označují jako anihilační záření (annihilation radiation).

Zdroj obrázku

• autor: Dirk Hünniger, Joel Holdsworth
• licence: GFDLv1.2

Proton (proton)

• klidová hmotnost: $m_p = 1.6726 \times 10^{-27} \text{kg}$
• náboj: + $e = 1.60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Má kladný náboj stejné velikosti jako elektron.

Neutron (neutron)

• klidová hmotnost: $m_n = 1.674929 \times 10^{-27} \text{kg}$
• náboj: $0$

Má o něco větší hmotnost než proton a je elektricky neutrální. Mimo atomové jádro není stabilní, a proto se rozpadá na proton za emise elektronu a elektronového antineutrina; tento proces trvá v průměru asi 12 minut.

Neutrino (neutrino)

• klidová hmotnost: velmi malá (přesná hodnota neznámá)
• náboj: $0$

Původně se předpokládalo, že klidová hmotnost je nulová, ale v roce 11998 japonský tým experimentu Super-Kamiokande ukázal, že neutrino má sice velmi malou, ale nenulovou hmotnost. Existuje více typů; v jaderných reakcích se důležitě uvažuje zejména elektronové neutrino (electron neutrino) a elektronové antineutrino (electron anti-neutrino), přičemž se tyto dvě částice často nerozlišují a berou se jako jeden „typ“.

Struktura atomu a atomového jádra

\[^A_Z X \ (\text{A: nukleonové číslo, Z: protonové číslo (atomové číslo), X: značka prvku})\]

• atom se skládá z elektronového obalu a atomového jádra umístěného v centru
• u neionizovaného (neutrálního) atomu obíhá kolem jádra tolik elektronů, kolik je v jádře protonů
• elektrony určují chemické vlastnosti atomu a druh prvku
• atomové jádro je tvořeno nukleony — protony a neutrony — a ty jsou vázány silnou jadernou interakcí (Nuclear Force), která překonává elektrické odpuzování
• atomové číslo (atomic number): počet protonů v jádře, značí se $Z$
• celkový náboj jádra: +$Ze$
• neutronové číslo (neutron number): počet neutronů v jádře, značí se $N$
• hmotnostní číslo (atomic mass number) neboli nukleonové číslo (nucleon number): součet počtu protonů a neutronů v jádře, $A=Z+N.$
• nuklid (nuclide): atomové jádro s konkrétním počtem protonů a neutronů

Izotopy (isotope), isobary (isobar), izotony (isotone), jaderné izomery (isomer)

Rozdělení	Definice
izotop (isotope)	nuklidy se stejným atomovým číslem, ale s různým neutronovým číslem
isobar (isobar)	nuklidy se stejným hmotnostním číslem, ale s různým počtem protonů a neutronů
izoton (isotone)	nuklidy se stejným neutronovým číslem, ale s různým atomovým číslem
jaderný izomer (isomer)	stejné nuklidy, avšak jádro je v metastabilním stavu vlivem excitace jednoho či více nukleonů