Атом ядросының және қарапайым бөлшектер физикасының даму кезеңдері
1.Атом ядросының және қарапайым бөлшектер физикасының даму кезеңдері. Микроәлем құбылыстарының өлшемдері.
Ядролық физика - қазіргі физиканың атом ядросы мен элементар бөлшектерді зерттейтін саласы. Ядролық физика - атом өнеркәсібінің ғылыми негізі. Ол шартты түрде төмендегідей салалардан тұрады.
Атом ядросының жалпы қасиеттері мен құрылымы. Ядроның маңызды қасиеттеріне масса, электр заряды, массалық сан, байланыс энергиясы, магниттік және электрлік момент, ядроның эффективтік мөлшері, ядроның энергия деңгейлерінің жүйесі жатады. Ядролық күштердің заңдылығы белгісіз болғандықтан, ядрода өтетін процестерді зерттеу үшін әр түрлі ядролық модельдер пайдаланылады.
Ядролық күштер. Ядролық күштердің қасиеттері жөнінде бағалы деректер энергиясы әр түрлі протондар, нейтрондар мен протондардың шашырауын, сондай-ақ дейтрон мен күрделі ядролардың қасиеттерін зерттеу кезінде алынған.
Ядролардың өздігінен түрленуі - α, β-бөлшектері мен γ-сәулесін шығаратын табиғи және жасанды радиоактивтілік, сондай-ақ ауыр ядролардың өздігінен бөліну. Ядролық физиканың бұл саласының маңызды бөлігі ядролардан шығатын әр түрлі сәулелерді зерттеу болып есептеледі. Ядролық реакциялар - ядролардың бір-бірімен және элементар бөлшектермен әсерлесуі нәтижесінде түрленуі. Ядролық түрленулердің ішінде энергетикалық мақсат үшін баяу және шапшаң нейтрондар арқылы жүретін реакцияларды (мысалы, ауыр ядролардың бөлінуі), сондай-ақ теориялық және практикалық мақсат үшін жеңіл ядролардың арасындағы реакцияларды зерттеудің зор маңызы бар. Реакциялардың соңғы түрі термоядролық реакцияларды жасанды жолмен жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
Атомдық нөмірі (Z) 92-ден артық (Z 92) болатын табиғатта кездеспейтін элементтерді синтездеу үшін көп зарядты иондарды (мысалы, азот және алюминий иондары, т.б.) зерттеудің ерекше маңызы бар. Элементар бөлшектер. Ядролық физиканың бұл саласында нейтрино, антинейтрино, электрон, позитрон, әр түрлі мезондар, нуклондар, антинуклондар, гиперондар мен антигиперондар тәрізді элементар бөлшектердің қасиеттері, олардың пайда болуы мен бір-біріне түрлену процестері зерттеледі. Сондай-ақ бұл салада жоғары энергия физикасының мәселелерін зерттеудің де маңызы ерекше күшті болады.
Нейтрондық физика - нейтрондардың қасиеттерін, ядролардың нейтрондарды қармауын және шашыратуын, нейтрондардың әр түрлі зат ішінде тежелеу мен диффузиясын, т.б. зерттеуге арналған ядролық физиканың ірі саласының бірі. Ол - ядролық энергетика мен ғарыштық ракета техникасының ғылыми негізі. Сондықтан нейтрондық физикада теориялық, сондай-ақ практикалық маңызы бар мәселелер зерттеледі. Нейтрондық физика қатты дене физикасымен, металлургиямен, т.б. физика салаларымен тығыз байланысты. Ядролық физиканың эксперименттік әдісінде зарядты бөлшек
үдеткіштері, сондай-ақ қуатты нейтрондар шоғын алуға мүмкіндік беретін зерттеу реакторлары маңызды орын алады. Қазіргі кезде элементар бөлшектерді бақылау және тіркеу үшін өте нәзік тәсілдер мен приборлар қолданылады (қ. Иондалу камерасы, Зарядты бөлшек санауыштары, Вильсон камерасы). Атом ядросының энергия деңгейлерін және одан шығатын сәулелерді зерттейтін ядролық физиканың саласы ядролық спектроскопия деп аталады. Бұл әдістің көмегімен алынған деректер ядроның құрылысы жөніндегі осы кездегі ұғымдардың негізін құрайды. Ядролық физиканың жетістігі алғашқы кезде соғыс мақсаты үшін қолданылғанымен (1945), кейін ол бейбіт мақсат үшін де пайдаланыла бастады.
Ядролық физиканың жетістігі нәтижесінде халық шаруашылығының бейбіт салалары - ядролық энергетика және ядролық техника пайда болды. Радиоактивтік изотоптар физикада, химияда, металлургияда, биологияда, т.б. ғылым мен техника салаларында тиімді пайдаланып келеді. Ядролық физиканың дамуы нәтижесінде табиғатта кездеспейтін элементтерді (мысалы, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий, курчатовий, нильсборий, т.б.) алуға мүмкіндік жасалды. Ядролық физиканың негізінде химияның радиациялық химия және радиохимия деп аталатын жаңа салалары пайда болды. Ядролық физиканың жетістіктері астрофизикада, геологияда, геофизикада, ғарыштық ракета ғылымында және археологияда кеңінен пайдалануда. Ядролық физиканың дамуы біздің табиғат жөніндегі көзқарасымыздың жан-жақты кеңеюіне маңызды ықпал етті.
Әр атом оң зарядталған ядро мен теріс зарядталған электрондар жиынтығы-электрондық қабықтан тұрады. Ядрода атом массасының барлығы дерлік (99,95%) шоғырланған. Атомға қарағанда ядро өте кішкентай және ол өте берік. Ядролардың сызықтық мөлшерлері 1-10 фм (10 -15 - 10 -14м), ал атомдардыкі 10 -10 м. Сутегі атомын ядро мен электронға жіктеу үшін керек ең үлкен энергия 13,6 эВ (негізгі күйдегі сутегі атомын иондау энергиясы), ал 4Не атомының екі электронын да аластату ушін 79эВ энергия қажет болса, ең осал ядро дейтронды құраушылар - протон мен нейтронға жіктеу үшін 2,2 МэВ, ал 4Не ядросы - альфа- бөлшекті кұраушыларға түгел жіктеу үшін 28МэВ энергия қажет. Кез келген ядродан бір нуклонды (протон немесе нейтрон) аластату энергиясының орташа мәні 8 МэВ. Көріп отырғанымыздай, ядроның сызықтық мөлшері атомның сызықтық мөлшерінен 105 есе аз, ал оны ыдыратуға керек энергия атомды иондауға керек энергиядан сонша есе көп.
Атомның ауыр, өте тығыз, оң зарядталған ядросы болатынын Резерфорд пен оның шәкіртгері 1906-1912-ж.ж. жасалған, энергиялары бірнеше МэВ альфа-бөлшектердің алтынның және кейбір баска металдардың аса жұқа қабыршағы арқылы өтуіне арналған, тәжірибелерінің нәтижелерін өңдеу барысында ашты.
Резерфорд тәжірибелері атом ядросының мөлшерінің жоғарғы шегін бағалауға да мүмкіндік береді. Ол үшін, мысалы, энергиясы 5МэВ а-бөлшектің алтын ядросына кандай ең аз қашықтыққа дейін жақындай алатынын есептейік. Мұндай кашықтыққа дейін жеткен альфа-бөлшек тоқтап, оның кинетикалық энергиясы толық потенциялық энергияға айналады. Егер бұл қашықтыққа дейін Кулон заңы орындалатын болса.
шығады. Резерфорд тәжірибелерінің нәтижелері осы қашықтықтарға дейін нүктелік (дәлірек радиустары r-дан кіші сфералық) зарядтар үшін дұрыс. Ядроға, барлық микроәлемге сияқты, кванттық қасиеттер тән. Ол әртүрлі энергиялық күйлерде бола алады. Энергияның ең кіші мәніне сәйкес күй негізгі күй деп аталады және ол энергия санағының бастапқы нүктесі ретінде алынады. Басқа күйлер қозған күйлер болады. Нық ядролардың негізгі күйлері уақыт бойынша өзгермейтін - стационар күйлер болады. Барлық ядролардың қозған күйлері стационар емес. Ядролардың энергиялық күйлерін
ядроның энергиялық деңгейлері деп атайды.
2. Ядро-өзара әсерлесуші протон-нейтрон бөлшектерінің жүйесі. Ядроның электр заряды. Массалық сан. Изотоптар мен изобаралар.
Ядроның құрамы туралы мәселе 1932 жылы Чедвик нейтронды ашқанға дейін шешусіз қалды. Чэдвик, 1930-жылы Боте мен Беккер ашқан, альфа- бөлшектердің жеңіл ядролармен соқтығысулары кезінде бөлініп шығатын, зат арқылы өту қабылеті жоғары бөлшектердің массасын анықтады. Ол егер осы бөлшектің сутегі жене азот ядроларымен серпімді соқтығысуы кезінде импульс пен энергия сақталса, оның массасы қандай деген сұрақка жауап іздеді. Есептеулер ол бөлшектің массасы протонның массасына тең дерлік екенін көрсетті. Ол бөлшек нейтрон (n) деп аталды.
Нейтрон ашылғаннан кейін көп ұзамай Е.Н.Гапон мен Л.Л.Иваненко және В.Гейзенберг ядроның протондық- нейтрондық моделін ұсынды.
Атом ядролары бақыланатын элементар бөлшектер - протондар мен нейтрондардан тұрады. Протон мен нейтронның mp және mn массалары өзара жуық және нейтронның массасынан 2000 есе дерлік артық: mp=1836,1 mе = 1,007276 м.а.б., mn =1838,6 mе = 1,0086652 м.а.б. Протон электр зарядталған, оның заряды оң және абсолют мәні электронның зарядына тең. Нейтрон электр бейтарап.
Атомның электрлік бейтараптығын қамтамасыз ету үшін оның құрамындағы электрондардың санымен ядроның құрамындағы протондар саны бірдей Z болуы керек. Ядродағы нуклондардың жалпы саны массалық сан А деп атайды. Осыдан ядроның құрамындағы нейтрондар саны N= А-Z. Ядроның құрамын сипаттайтын шамалар ретінде оның Z атомдық номері мен А массалық саны қолданылады.
Атом ядросының электр заряды Ze (өлшем бірлігі ретінде электронның зарядының сан мәнін алса, Z), оның атомдық нөмеріне тең, протонның Z санымен анықталады. Электр заряды берілген элементтің барлық изотоптарының (сутегінен баска) химиялық қасиеттерін анықтайды.
Ядролардың зарядтарын 1913-жылы Мозли дәл өлшеді. Oл элементтердің сипаттық рентген нұрларының v жиілігі мен оның Z атомдық номерінің арасында қарапайым
(1) тәуелділігі бар екенін тағайындап, нұрдың берілген сериясы үшін а мен b тұрақтыларының элементке теуелсіз екенін тапты. Ол элементтерді
периодтық, жүйеде ретімен орналастыруға мүмкіндік берді.
Ядронын зарядын тікелей 1920-жылы Чэдвик өлшеді.
Электр заряды ядролық физикада қарастырылатын барлық
(электромагниттік, ядролық және нәзік) әсерлесулер кезінде сақталады. Электр зарядының сақталу заңы ядролық реакцияға немесе радиоактивтік ыдырауға катысатын ядролардың біреуінің зарядын олар үшін зарядтардың
теңдеуінен табуға мүмкіндік туғызады.
Ядроның электр заряды жиынтықтық сипаттама, ол ядроның тұтас
зарядын ғана анықтап, зарядтың ядроның колемі бойынша таралуы туралы мәліметтер бермейді.
Ядролық реакциялар мен түрленулер барысында массалық сан да (нуклондар саны) сақталады: әсерлесуге дейінгі бөлшектердің; массалық сандарының қосындысы, одан кейінгі бөлшектердің массалық сандарының қосындысына тең. Элементар бөлшектер үшін массалық сан орнына бариондық заряд (бариондық сан) В шамасы қолданылады. Барлық барион деп аталатын бөлшектердің, оның ішінде протон мен нейтронның да, бариондық зарядтары 1, кварктардың бариондық зарядтары 13, ал басқа бөлшектердің бариондық заряды нөлге тең.
Масса ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі. Ол оның екпіндік, күш әсерінен қозғалыс күйінің өзгеркіне қарсыласу қабілетін сипаттайды. Ядроның массасын біз кіріспеде атаған массаның атомдық бірлігімен (м.а.б.) өлшеген ыңғайлы. Оған ХЖ-де 1.66*10-27кг сәйкес келеді. Атом ядроларының массалары оны құраушылардың массаларының қосындысына тең емес, одан аздап болса да кіші
(2) Салыстырмалық теориясы бойынша кез келген массасы М дененің Е=Мс2 энергиясы болады. Мұндағы с = 3*108 мс вакуумдағы жарық жылдамдығы. Атом ядросына да осындай энергия сәйкес келеді. Ядроның козған күйінің энергиясы, оның негізгі күйінің энергиясынан қозу знергиясына жоғары болады. Егер ядроның қозу энергиясын E = E − E0 алсақ,
онда қозған күйдегі ядроның массасы оның негізгі күйдегі массасынан Ес2 -қа артық болады. Бұл жерде, біз тұтас күйінде (массалар центрі) тыныш тұрған ядролар жайында әңгімелеп отырғанымызды ескерте кетейік. Молекулалық физикада тұтас күйінде тыныш тұрған дененің энергиясын оның ішкі энергиясы деп атадық. Осыған орай ядроның да тыныш күйіндегі энергиясын оның ішкі энергиясы дейді. Кейде бұл энергияны потенциялық дейді. Бұл жерде, күрделі дененің ішкі энергиясы оның бөліктерінің потеницялық энергиясынан ғана емес, олардың ішкі, инерция центріне қатысты қозғалыстарың кинетикалық (идеал газ үшін тек кинетикалық) энергиясынан да құралатынын естен шығармау керек.
Сонымен, ядроның негізгі күйіне оның энергиясының, демек массасының ең кіші мәні сәйкес келеді. Бұл ядроға да, бүкіл табиғатқа сияқты, өзінің ішкі энергиясының ең кіші мәніне ұмтылу тән екенін дәлелдейтін сияқты.
Изотоптар, изомерлер, изобарлар және изотондар туралы түсініктер. Көптеген химиялық элементтер табиғатта олардың ядроларындағы нейтрондар саны әртүрлі болатындықтан, белгілі бір атомдар қоспасы түрінде болады. Ядросындағы протондар саны бірдей, бірақ нейтрондар саны бойынша өзгеше болатын атомдар изотоптар деп аталады. Мұндай элементтер Д.И.Менделеевтің кестесінде бірдей нөмірге ие болады,
бірақ массалық саны әртүрлі болады. Химиялық элементтердің барлық изотоптарының ядроларын нуклидтер деп атайды.
Радионуклидтер - бұл массалық саны және атомдық нөмірі берілген радиоактивті атомдар. Ядролық реакциялардың көмегімен әрбір химиялық элементтің бірнеше радиоактивті изотоптарын алуға болады. Қазіргі кезде 300 жуық тұрақты изотоптар белгілі болса, ал радиоактивті изотоптар мөлшері 1500 асып кетеді.
Элемент атомының массалық саны бірдей, бірақ ядросы әртүрлі энергетикалық күйде болатын болса, оларизомерлердеп аталады. Артық энергиясы болатын изомерлерді, метастабильді күйі деп атайды. Мұндай күйді символ түрінде массалық санымен қатар қойылған латын әрпімен (m) белгілейді (80mBr).
Табиғатта әртүрлі элементтердің массалық саны бірдей, бірақ атомдық нөмірі әртүрлі болатын атом-ядролары кездеседі. Мұндай атомдар изобарлар деп аталады.
Әртүрлі элементтердің нейтрондар саны бірдей болатын ядро атомдары изотондар деп аталады.
3) Ядроның құрылуы. Масс-спектрометр. Массаның ақауы.
Ядролық физикада масса ұғымын негізінен ядроның негізгі күйі үшін қолданып, ал оның қозған күйлерін оның негізгі күйлеріне сәйкес энергиядан бастап есептелген дельтаЕ = Е-Е0 қозу энергиясымен сипаттайды.
Ядролық физикада массаны өлшеудің алуан түрлі әдістері қолданылады. Олардың негізгілері мыналар: а) масс-спектроскопия, 6) ұшу уақыттық масс- спектроскопия, в) ядролық реакцияларды энергиялық талдау, г) α- және β- ыдыраудың энергия балансы, д) микротолқындық радиоспектроскопия, е) фазалық кеңістік немесе инварианттық массалар әдісі.
Масс-спектроскопия әдісін бірінші peт Томсон ұсынып, Астон мен Демпстер жетілдіріп, шыңдаған. Ол әдіс бойынша алдымен атомның (дәлірек ионның) массасы анықталып, ядроның массасы атомның массасы мен оның құрамындағы электрондардың массаларының қосындысының айырмасы түрінде анықталады.
Масса ақауы, масса дефектісі -- атом ядросын құраушы нуклондар (нейтрондар мен протондар) массаларының қосындысы мен ядро массасының (М) арасындағы айырым ( ):=ZMp+(A - - Z)Mn - M, мұндағы Z -- ядродағы протондардың саны, А -- ядроның массалық саны, Мр мен Мn -- протон мен нейтронның массалары. М. а. массаның атомдық бірлігімен өрнектеледі және ол ядродағы нуклондардың байланыс энергиясына тең (кері таңбамен алынған). М. а. неғұрлым үлкен болса, соғұрлым байланыс энергиясы жоғары және ядро орнықты болады.
Масс-спектрометрия (масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектрлік талдау, масс-спектрометриялық талдау) - ондағы әртүрлі компоненттердің (изотоптық, элементтік немесе химиялық құрамы) концентрациясын анықтауға мүмкіндік беретін затты зерттеу және анықтау әдісі. Өлшеу үшін негіз компоненттердің ионизациясы болып табылады, бұл оларды сипаттайтын масса-заряд қатынасы негізінде компоненттерді физикалық түрде ажыратуға және иондық токтың қарқындылығын өлшеу арқылы фракцияны бөлек есептеуге мүмкіндік береді. компоненттердің әрқайсысының (заттың массалық спектрін алу үшін).
4. Ядролық күштер.
Ядролық күштер. Әлемдегі іргелі әрекеттесу күштерінің екі түрі гравитациялық және электромагниттік күштері бар. Атом ядросындағы аттас оң зарядталған протондардың арасында қуатты электростатикалық тебіліс күші бар екені белгілі. Ауыр элементтердің ядроларында, мысалы, уранда 92 протон бар, олардың бір-бірімен тебілу күші бірнеше мыңдаған ньютонға жетеді. Массаларына байланысты протондар мен нейтрондарды ұстап тұрған гравитациялық күш шығар деген пайымдау жасауға болар еді. Алайда, жүргізілген
есептеулер, ядродағы екіпротонныңарасындағы гравитациялық тартылыс күші, олардың арасындағы электростатикалық кулондық тебіліс күшінен кіші екенін көрсетті: FγFэл= 10-36.
Атом ядроларының тұрақтылығы ядролардың ішінде осы күнге дейін белгілі күштерден табиғаты мүлдем ерекше аса зор тартылыс күшінің бар екенін дәлелдейді.
Ядродағы нуклондарды ыдырап кетуден сақтап, оның берік байланысын қамтамасыз ететін күштерядролық күштердеп аталады.
Қазіргі кезде тәжірибелер негізінде ядролық күштердің қасиеттері жақсы зерттелген. Олардың ішіндегі ең маңыздыларына назар аударайық.
1. Мысалы, протонның центрінен r=10-15м қашықтықта ядролық күштер кулондық күштен 35 есе, ал гравитациялық күштен 1038 есе қуатты болады. Сол себепті ядролық күштер күшті әрекеттесу деп аталатын әлемдегі өзгеше іргелі өзара әрекеттесу күштері болып табылады.
2.Ядролық күштер қысқа қашықтықта ғана әрекет ететін күштер. Арақашықтықтың артуына байланысты ядролық күштер өте шапшаң кемиді. Әрекет ету аймағының шегі r3·10-15м-ден үлкен жағдайда ядролық күштің әрекетін ескермесе де болады. Нуклондардың арасындағы тартылыс күшінің ең үлкен мәні r=1,41·10-15 м қашықтықта байқалады. Ал қашықтық r0,5·10-15м болғанда, нуклондардың арасында ғаламат тебіліс күші пайда болады. Сонымен, ядролық күштер тартылыс күштері болып табылады.
3. Тәжірибелерден протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон және протон- протон жұптарының арасындағы ядролық тартылыс күштері барлық жағдайда
күштер
бар, жақын
5. Ядролық күштер кулондық сияқты центрлік
жатпайды. Ядролық күштер немесе күшті әсерлесу атом ядросындағы ең үлкен қарқынмен өтетін құбылыстарды басқаратын күштер. Олар элементар деп аталатын бөлшектер арасында күшті байланысты туғызады. Тек күшті
да бірдей болатыны анықталды. Олай болса, ядролық нуклондардың электр зарядының бар-жоғына тәуелсіз әрекет етеді.
4. Ядролық күштердің қаныққыштық ол нуклонның ядродағы барлық нуклондармен емес, көршілерімен ғана әрекеттесетінін көрсетеді
қасиеті тек өзіне
күштер қатарына
әрекеттесу ғана атом ядросындағы протондар мен нейтрондарды біріктіріп, берік ұстап тұр. Жердегі барлық заттардың ядроларының тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Ядролық әрекеттесу күштерінің осы және басқа қасиеттерін түсіндіру үшін оның теориясы қажет. Ядролық әрекеттесудің күрделілігінен осы кезге дейін ядролық күштердің тиянақты теориясы жасалмаған.
5. Атом ядросының модельдері.
Ядролық модель - атом ядросының оңайлатылған бейнесі. Ол атом ядросын сипаттайтын әр түрлі шамаларды анықтайтын есептің қарапайым математикалық шешімін табуға мүмкіндік береді. Ядролық модельді құру кезінде атом ядросының кейбір жеке қасиеттеріне ғана назар аударылып, оның басқа қасиеттеріне мән берілмейді.
Ядролық модельдерді төмендегідей 3 топқа бөлуге болады:
1) ядроның негізгі күйлерінің жалпы қасиеттерін сипаттайтын;
2) ядроның қозу спектрлерін сипаттайтын;
3) ядроның ұшып келе жатқан бөлшектермен өзара әсерін сипаттайтын.
Бірінші топтағы ядролық модельдер ядродағы заттың орнықтылығын, ядролық күштердің қанықтылығын түсіндіреді.
Екінші топтағы ядролық модельдер ядроның тәжірибеде байқалатын энергия деңгейлерін сипаттауға, энергия деңгейлерінің қалпын немесе олардың тығыздығын, ядролардың магниттік және квадрупольдық моменттерін есептеуге, сондай-ақ атом ядросының спинін, т.б. анықтауға мүмкіндік береді. Осы топтағы модельдер магиялық ядролардың орнықты болу себебін де түсіндіре алады. Ал ядролық модельдердің үшінші тобының көмегімен γ-кванттардың, нуклондардың және одан да ауырлау бөлшектердің атом ядросында шашырауын, сондай-ақ атом ядросының өздігінен және еріксіз түрде бөліну себебін түсіндіруге болады. Бірінші топтағы ядролық модельге: гидродинамикалық (екі сұйықты) модель мен "шекарасы жоқ" ядро (ядролық материя) моделі жатады. Гидродинамикалық модель бойынша ядро белгілі бір тығыздығы (шамамен 1038 бөлшексм3), бір нуклонға келетін орташа энергиясы ( - 15,5 МэВ), беттік керілу коэффициенті, т.б. бар протон және нейтрондар сұйығының тамшысы болып есептеледі. Ядролық материя моделінде кеңістіктік шекарасы жоқ әрі біртекті нуклондар жүйесі қарастырылады. Екінші топтағы ядролық модельге ең алдымен ядроның қабықтық моделі мен ядроның жалпыланған моделі жатады. Бұл модельдер бойынша барлық нуклонның жасайтын өзара үйлескен өрісінде әрбір нуклон бір-біріне тәуелсіз болып қозғалады. Ядроның жалпыланған моделінде мұның үстіне нуклондардың ұжымдық қозғалыстары да зерттеледі. Үшінші топтағы ядролық модельге ядроның оптикалық моделі, құрама ядро моделі, тура ядролық реакциялар моделі және бөліну моделі жатады. Ядроның оптикалық моделінде энергиясы кең диапозонда өзгеретін бөлшектердің (нуклондардың, дейтрондардың немесе ауыр бөлшектердің) шашырауы зерттеледі. Орташа және ауыр ядроларға энергиясы онша жоғары емес нейтрон түскен кезде құранды ядро түзіледі. Оның ыдырау заңдылығы статистикалық немесе булану моделі арқылы сипатталады. Қызған сұйықтықтан молекулалардың сыртқа қарай қалай ұшып шығатыны тәрізді, құрама ядродан да сондай болып нуклондар сыртқа қарай ұшып шығады. Бөлшектердің энергиясын өте жоғары болып келген ядроларда, сондай-ақ кез келген мөлшердегі энергиясы бар жеңіл ядроларда өтетін процестер тура ядролық реакциялар моделі арқылы сипатталады. Бұл модельде ұшып келе жатқан бөлшек пен ядро бөлшектері қабықтық модельдің үйлескен потенциал өрісінде қозғалады. Тура ядролық реакциялардың күрделірек түрлері соңғы уақытта дамып келе жатқан дисперсиялық модельде зерттеледі.
6) Табиғи және жасанды радиоактивтілік. Жартылай ыдырау периоды. α-ыдырау. α-
бөлшектердің спектрі.
Радиоактивтілік деп кейбір ядролардың өз бетімен бір немесе бірнеше бөлшек шығарып түрленуін атайды. Мұндай түрленуге душар ядроларды радиоактивті деп, ал олар шығаратын бөлшектер ағынын радиоактивтік нұр деп атайды. Түрлену тән емес ядроларды нық дейді. Радиоактивтік ыдырау кезінде ядроның Z атомдық нөмері де, А массалық саны да өзгеруі мүмкін. Екеуіде өзгермей ядроның ішкі күйі ғана, оған сәйкес, энергиясы ғана өзгеруі мүмкін.
Радиоактивтік ыдырау өту үшін, ол энергиялық тиімді болуы тиіс, яғни, ыдырайтын ядроның массасы ыдыраудан кейінгі жүйенің-пайда болған жарқыншақ ядро мен бөлшектердің - толық массасынан артық болуы керек. Бұл шарт радиоактивтік ыдырау үшін қажет, бірақ әрқашан жеткілікті емес. Кейде энергиялық тиімді құбылыстар басқа сақталу зандарының орындалмауының салдарынан орын алмайды. Пайда болу тегіне байланысты радиоактивтіліктің екі түрі болады. Адамның іс әрекетіне тәуелсіз, табиғатга, онда элементгер пайда болғаннан бері бар, радиоактивтілік табиғидеп аталады. Ал, адамзаттың іс әрекетіне байланысты пайда болатын немесе қолдан жасалатын радиоактивтілік жасанды деп аталады.
Табиғатта радиоактивтіліктің үш түрі кездеседі: альфа - ыдырау, бетта -ыдырау,
Гамма- нұрлану. Бұлармен қатар табиғи радиоактивтілік қатарына ауыр
ядролардың өздігінен бөлінуін де қосады. Жасанды радиоактивтілік ыдыраудың осы 4 түріне қоса, кешіккен нейтрондық жөне протондық ыдырауларды қамтиды.
Іс жүзінде радиоактивті деп өмірлерін радиотехникалық әдістермен өлшеу мүмкін ядроларды атайды. Ол қазіргі жағдайда 10^19 тен 10^22 жылға дейінгі аралықты қамтиды.
Физикалық тұрғыдан радиоактивті ядролардың өмір сүру уақыты сипаттық ядролық уақыттан әлдеқайда үлкен уақыттан одан орасан үлкен уакытқа дейінгі аралықты қамтиды.
Альфа-ыдырау
Альфа -ыдырау деп ауыр ядролардың өздігінен альфа - бөлшектер шығарып түрленуін атайды. Алъфа-ыдырау кезінде аналық (A,Z) ядро, ұрпақгық (А-4, Z-2) ядроға айналады.
Альфа-ыдыраудың негізгі тәжірибелік заңдылықтары
Альфа-ыдыраудың жартылай ыдырау периодын Т12 дайындаманың активтілігінің уақытқа тәуелділігін тікелей өлшеу арқылы анықтауға болады. Оны ғасырлық тепе- теңдіктен де анықтауға болады.
Бөлшектердің энергиясын әртұрлі (ионизациялық, магниттік) спектрометрлердің көмегімен анықгауға болады. Алғашқы тәжірибелерде альфа-бөлшектердің кинетикалық энергиясы заттағы өту жолынан анықталды. Бөлшектің заттағы өту жолы мен кинетикалық энергиясының арасындағы тәуелділік теориялық немесе эмпирикалық жолмен тағайындалады.
7) Табиғи және жасанды радиоактивтілік.
Жартылай ыдырау периоды. β-ыдырау. β-ыдыраудың түрлері.
Радиоактивтілік деп кейбір ядролардың өз бетімен бір немесе бірнеше бөлшек шығарып түрленуін атайды. Мұндай түрленуге душар ядроларды радиоактивті деп, ал олар шығаратын бөлшектер ағынын радиоактивтік нұр деп атайды. Түрлену тән емес ядроларды нық дейді. Радиоактивтік ыдырау кезінде ядроның Z атомдық нөмері де, А массалық саны да өзгеруі мүмкін. Екеуіде өзгермей ядроның ішкі күйі ғана, оған сәйкес, энергиясы ғана өзгеруі мүмкін.
Радиоактивтік ыдырау өту үшін, ол энергиялық тиімді болуы тиіс, яғни, ыдырайтын ядроның массасы ыдыраудан кейінгі жүйенің-пайда болған жарқыншақ ядро мен бөлшектердің - толық массасынан артық болуы керек. Бұл шарт радиоактивтік ыдырау үшін қажет, бірақ әрқашан жеткілікті емес. Кейде энергиялық тиімді құбылыстар басқа сақталу зандарының орындалмауының салдарынан орын алмайды. Пайда болу тегіне байланысты радиоактивтіліктің екі түрі болады. Адамның іс әрекетіне тәуелсіз, табиғатга, онда элементгер пайда болғаннан бері бар, радиоактивтілік табиғи деп аталады. Ал, адамзаттың іс әрекетіне байланысты пайда болатын немесе қолдан жасалатын радиоактивтілік жасанды деп аталады.
Бета-ыдырау деп ядроның электронның немесе позитронның қатысуымен өтетін түрленуін атайды. Бүл кезде ядроның атомдық нөмері +-1- ге өзгереді де, массалық саны өзгермейді. Ядро атомдық нөмері Z+-1 изобарлық ядроға айналады. Қатысатын бөлшектердің түрі мен өтетін құбылыстарға қарай бета-ыдыраудың үш түрін ажыратады.
Электрондық бетта-ыдырау кезінде (A,Z) ядро электрон мен антинейтрино шығарып, (A,Z+1) ядроға айналады
Бета-ыдыраудың тұтас спектрін түсіндірудің бірнеше жолдары ұсынылды:
1. Бета-ыдырау ұрпақ ядроның әртүрлі қозған күйлеріне өтеді. Егер қозған күйлердің саны көп және олар тығыз орналасқан болса, онда бөлшектердің спектрі тұтас дерлік болады.
2. Ядроның ыдырауы кезінде шығарылатын Т_е моноэнергиялы бөлшектер өзінің атомының немесе көршілес атомдардың электрондық кабықтарымен әсерлесіп, соның нәтижесінде спектр тұтас түрге көшеді.
3. Бета-ыдырау кезінде энергия мен импульстің сақталу заңдары бірге орындалмайды.
1931-жылы Паули бета-ыдыраудың тұтас спектрінің жаңа түсіндірмесін ұсынды. Ол бета-ыдырау кезінде электронмен қатар тағы бір жеңіл бөлшек шығарылады деп пайымдады. Ол бөлшекті тіркеудің өте қиындығынан ол бөлшекгің электр бейтарап және массасының мардымсыз болуы керектігі шығады. Оның массасының өте кішкентай болуы керектігін электрондардың спектрінің 0-ден басталатыны да қостайды. Бұл бөлшек нейтрино деп аталды. Нейтриноның зат пен әсерлесуіне тәжірибені 1953 жылы Коуэн мен Рейнес іске асырды. Олар нейтриноның затпен әсерлесуінің қимасы 10^34см^2 шамасы екенін көрсетті.
Сөйтіп, бета-ыдырауға нейтрино катысатыны тәжірибелермен дәлелденді.
8) Ядролардың γ-сәулесін шығаруы. Электрлік және магниттік ауысулар.
Гамма-сәуле ядроның өзбетімен алғашқы энергиясы Eі күйінен ақыргы энергиясы Ef күйіне көшу кезінде пайда болады. Ядроға дискреттік энергиялық күйлер жиынтыгы тән болтандықтан, гамма-сәулелік спектрі сызықтық болады. Спектр деп гамма-кванттардың энергия бойынша таралуын үғады. Әлбетте, ядролық гамма-кванттардың энергиясы 10 кэВ пен 5МэВ (10^-10 λ 2*10^-13м) аралығында жатады.
Гамма-кванттың энергиясының мөлшері, арасында радиациялдық көшу өтетін, ядроның деңгейлерінің энергияларының айырмасымен анықталады.
Гамма-сәулелену деп ядролардың өздігінен гамма-сәуле шығаруын атайды. Гамма-квант шығару процесінде ядро қозған күйінен энергиясы
азырақ күйге көшеді (радиациондық көшу).
Физикалық тегі бойынша гамма-сәуле қысқатолқынды электромагниттік сәуле болып табылады. Мұндай қысқа толқын ұзындықтарында гамма-сәуледың толқындық қасиеттері нашар байқалады, оның бөлшектік қасиеттері басымырақ сезіледі.
9) Ядролық изомерия. Ядролық γ-резонанс.
Атом ядросының изомериясы -- ядроның ұзақ өмір сүретін ерекше күйі. Мұндай күйдің жартылай ыдырау периоды басқа қозған күйлердің осындай периодынан едәуір үлкен болады. Ядроның түрлі әдіспен ыдырау периодтары екі, тіпті үш түрлі болуы мүмкін. Табиғатта ұзақ өмір сүретін жүздеген ядро- изомерлер кездеседі. Әсіресе тақ ядролардың арасында изомерия құбылысы жиі байқалады. Атом ядросының изомериясы құбылысы ядроның қабықша моделі арқылы түсіндіріледі.
Изомерия құбылысын бірінші рет 1921-жылы О.Тан бақылады. Ол өзі уран-Z (UZ) деп атаған затты зерттеп, оның массалық саны мен атомдық нөмерінің UX2 деп аталатын заттың массалық саны мен атомдық нөмеріне тең, ал олардың жартылай ыдырау периодтарының өзгеше екенін байқады. Екі затта бір UX₁ (²³⁴Th₉₀) изотопының бета-ыдырауы нәтижесінде пайда болады. Кейінірек бүл екі заттың бір ²³⁴Pa₉₁ -ядросының негізгі және изомерлік күйлері екені анықталды. Ядроның изомерлік күйін m индексін қосу арқылы белгілейді.
Қозған күйдегі ядро негізгі күйге ℽ (гамма) - сәулелену арқылы ғана емес, қозу энергиясын электрондық кабықтағы бір электронға тікелей (ешқандай сәуледың көмегінсіз) беру арқылы өте алады. Бұл құбылыс ішкі конверсия деп аталады. Ішкі конверсия оның салдары - атом шығаратын ішкі конверсия электрондары арқылы бақыланады.
Ішкі конверсия кезінде ядроның Е қозу энергиясы тікелей атомның электрондық қабығындағы бір электронға беріледі. Ол энергия электронның атомға байланысын үзуге және оны үдетуге (оның кинетикалық энергиясынарттыруға) жұмсалады.
Ядролық ℽ (гамма) резонанс (Массбауэр эффектісі) - массбауэр ядросындағы атомдардың электрондық қабаттарының құрылымы туралы құнды ақпараттар алуға мүмкіндік береді. Массбауэр эффектісі ℽ резонансты спектроскопия деп те аталады.
Ядро-сәуле шығарғыш пен ядро-сіңіргіш арасындағы әр түрлі химиялық қоршауда ядроның энергетикалық күйлері, ℽ-кванттардың резонансты сіңірілуін болдырмауға жеткілікті ядроның энергетикалық күйінің қайсыбір айырмашылығын туындатады. Энергиялар арасындағы мұнда айырмашылықты Допплер эффектісіңін көмегімен тенестіреді, ол ℽ-квант сәуле шығару энергиясымен сәйкес салыстырмалық қозғалыс жылдамдығына тәуелді. Қайсыбір қозғалыс жьшдамдығы кезінде резонансты сіңіруі басталады. ℽ-кванттардың сіңірілу интенсивтігінің қозғалу жылдамдығына тәуелділігі Мессбауэр спектрі деп аталады.
10) Радиоактивтілік қатары. Ығысу ережесі.
Радиоактивтілік (лат. radіo - сәуле шығару, actіvus - әсерлік) - орнықсыз атом ядроларының басқа элементтер ядросына бөлшектер немесе гамма-кванттар шығару арқылы өздігінен түрлену құбылысы.
Радиоктивті ыдырау кезінде электр зарядтарының сақталу заңы
массалық сандардың сақталу заңдары орындалады, мұндағы Zяе жэне Ая -сәйкесінше аналык ядроның заряды
мен массалық саны; Ziе және Ai-радиоактивті ыдыраудың нәтижесінде алынған бөлшектің заряды мен массалык саны.
Берілген аналык ядродан эр түрлі типті радиоактивті ыдыраудың
нәтижесінде қандай ядро пайда болатынын тағайындауға мүмкіндік беретін ыгысу ережесі осы заңдардың салдары болып табылады:
Радиоактивті ыдыраудың нәтижесінде пайда болған ядролар радиоактивті болып келеді. Бұл тұракты элементтен аяқталатын радиоактивті түрленулер тізбегінің немесе қатарының туындауына экеледі. Осындай тізбекті түзетін элементтердің жиынтығын радиоактивті ядролардың топтамасы деп атайды.
11) Радиоактивті изотоптардың қолданылуы.
Радиоактивті изотоп, сондай-ақ радиоизотоп, радионуклид немесе радиоактивті нуклид деп те аталады, сол бірнеше түрдің кез-келгені химиялық элемент ядролары тұрақсыз және альфа, бета, және өздігінен сәуле шығару арқылы артық энергияны тарататын массалары әртүрлі гамма сәулелер. Кез-келген химиялық элементте бір немесе бірнеше радиоактивті изотоптар болады. Мысалға, сутегі , ең жеңіл элементтің массалық сандары 1, 2 және 3 болатын үш изотопы бар. Әртүрлі элементтердің 1800-ден астам радиоактивті изотоптары белгілі.
Радиоактивті изотоптардың көптеген пайдалы қосымшалары бар. Атап айтқанда, олар ядролық медицина және сәулелік терапия . Ядролық медицинада іздеуші радиоизотоптарды ішке қабылдауға, денеге енгізуге немесе ингаляциялауға болады. Радиоизотоп организм арқылы тек белгілі бір ұлпалар қабылдайды. Оның таралуын оның сәулеленуіне сәйкес бақылауға болады. Радиотерапия кезінде радиоизотоптар ауру клеткаларды жою үшін қолданылады. Радиотерапия, әдетте, қатерлі ісік ауруларын және тіндердің аномальды өсуіне байланысты басқа жағдайларды емдеу үшін қолданылады. Протондар, нейтрондар немесе альфа, бета-бөлшектер сияқты субатомдық бөлшектердің сәулелері ауруға ұшыраған тіндерге бағытталған, қалыптан тыс жасушалардың атомдық немесе молекулалық құрылымын бұзып, олардың өлуіне әкелуі мүмкін. Медициналық қолданбаларда нейтрондармен бомбаланған тұрақты изотоптардан алынған жасанды радиоизотоптар қолданылады.
Өнеркәсіпте мелал немесе пластик парақтардың қалыңдығын өлшеу үшін әртүрлі типтегі радиоактивті изотоптар қолданылады. Олардың дәл қалыңдығы тексерілетін материалға енетін сәулелердің беріктігімен көрінеді. Олар сондай-ақ өндірілген металл бөлшектерін құрылымдық ақауларға тексеру үшін үлкен рентген аппараттарының орнына пайдаланылуы мүмкін. Басқа маңызды қосымшаларға радиоактивті изотоптарды ықшам көздер ретінде пайдалану жатады, мысалы электр қуаты, ғарыш аппараттарындағы плутоний -238. Мұндай жағдайларда радиоактивті изотоптың ыдырауында пайда болатын жылу электр қуатына айналады.
12. Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері: зарядтталған бөлшектердің үдеткіштері.
Зарядталған бөлшектердің үдеткіші - жоғары энергиялы зарядталған бөлшектерінің электр өрісінде үдету арқылы алуға арналған құрылғы.
Зарядты бөлшек үдеткіштері - электр өрісінде үдету арқылы энергиясы жоғары зарядталған бөлшектерді (электрондарды, протондарды, атом ядроларын, иондарды, т.б.) алуға арналған құрылғы. Зарядты бөлшек үдеткіштерінде зарядталған бөлшектер вакуумдық камера ішінде электр өрісінің көмегімен үдетіледі. Ал магнит өрісі зарядталған бөлшектердің қозғалу бағытын (жылдамдығының шамасын өзгертпей) ғана өзгертеді. Үдетуші электр өрісі, әдетте, сыртқы құрылғы (генератор) көмегімен туғызылады. Сондай-ақ, бөлшектер басқа зарядталған бөлшектер өрісімен де үдетілуі мүмкін. Үдетілудің мұндай тәсілі ұжымдық тәсіл деп аталады. Зарядты бөлшек үдеткіштерін плазмалық үдеткіштен айыра білу керек. Плазмалық үдеткіште зарядталған бөлшектердің электрлік бейтарап түзілімдер ағыны үдетіледі. Зарядты бөлшек үдеткіштері - қазіргі физиканың негізгі құралдарының бірі. Жоғары энергиялы бөлшектер шоғы табиғатты, элементар бөлшектердің қасиеттерін зерттеуде, атом ядросы физикасы мен қатты дене физикасында, сондай-ақ, химия, биофизика, геофизика саласында, қолданбалы мақсатта (дефектоскопия, өнімдерді стерильдеу, сәулемен емдеу), т.б. қолданылады.
:: Үдетілетін бөлшектердің типіне сәйкес электрондық үдеткіштер:
протондық үдеткіштер
иондық үдеткіштер
:: Траекториясының сипатына қарай:
сызықты үдеткіштер (траекториясы түзу сызыққа жақын)
циклді үдеткіштер (траекториясы дөңгелекке не спиральға жуық)
:: Үдетуші өрістің сипатына қарай:
резонансты үдеткіштер (бөлшектер жоғары жиілікті электр өрісімен үдетіледі және үдетілген бөлшектердің қозғалысы өрістің өзгерісімен резонанста болады)
резонанссыз үдеткіштер (бөлшектерді үдету кезінде өріс бағыты өзгермейді, бұл үдеткіштердің екі түрі бар: индукциялық үдеткіштер және жоғары вольтті үдеткіштер)
Бөлшектердің орбита бағытына перпендикуляр орнықтылығын қамтамасыз ететін механизмге сәйкес:
біртекті фокустау үдеткіштері (фокустауыш күштің таңбасы траектория бойында тұрақты болады)
таңбасы айнымалы фокустау үдеткіштері (фокустауыш күштің таңбасы траектория бойында өзгеріп отырады).
13. Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері: пропорционалдық санауыш, көбікшелі камера,
Вильсон камерасы.
Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері:
Пропорционалды санауыш түрі болып табылады газ тәріздес иондалу детекторы өлшеу үшін қолданылатын құрылғы бөлшектер туралы иондаушы сәулелену. Негізгі ерекшелігі оның өлшеу қабілеті энергия импульстің детекторын шығару арқылы түскен сәулелену пропорционалды иондаушы оқиғаның әсерінен детектор жұтатын сәулелену энергиясына; сондықтан детектордың аты. Ол түсетін сәулеленудің энергетикалық деңгейлері белгілі болу керек, мысалы, арасындағы дискриминация кезінде кеңінен қолданылады альфа және бета-бөлшектер, немесе дәл өлшеу Рентген радиация доза. Пропорционалды санауыш а механизмдерінің тіркесімін пайдаланады Гейгер - Мюллер түтігі және ан иондау камерасы, және олардың арасындағы аралық кернеу аймағында жұмыс істейді. Ілеспе сызба тең осьтік цилиндрлік орналасу үшін пропорционалды қарсы жұмыс кернеуінің аймағын көрсетеді.
Көбікшелі камера жоғары энергиялы зарядталған бөлшектердің детекторы, онда бөлшектердің жолы (траекториясы) 1 металл пластина арасындағы кеңістікті толтыратын инертті газдағы көбекшелі тізбегі ретінде жазылады. Инертті газ арқылы өтіп, зарядталған бөлшек оны иондайды. Көбекшелі камерасының жеке пластиналарының арасында кернеу қолданылады, ол иондарды соққы ионизациясына қажетті энергияға дейін жеделдетуге қабілетті электр өрісін жасайды.
ВИЛЬСОН КАМЕРАСЫ - зарядталған бөлшектердің іздерін (траекторияларын) бақылауға арналған аспап. Бұл аспапты 1912 ж. ағылшын физигі Вильсон камерасының сыртқы Чарлз Вильсон (1869 - 1959) жасаған. Зарядталған көрінісі бөлшектердің траекторияларының бойында пайда болатын иондарға асақаныққан будың конденсациялануына негізделген. Осының нәтижесінде зарядты бөлшектердің жолдары көрінетін ізге айналады. Камера конденсацияланбайтын газбен (гелий, азот, аргон) және кейбір сұйықтың (су, этил спирті, т.б.) асақаныққан не қаныққан буымен Вильсон камерасының сұлбалық кескіні толтырылады. Бұл камераның ядролық физика тарихында маңызы зор болды. Осы камерамен қарапайым бөлшектер физикасында бірқатар жаңалықтар ашылған. ХХ ғасырдың 50 - 60-жылдары бұл камераның орнын көпіршікті камера мен ұшқындық камера басты.
14. Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері: фотоэмульсия әдісі, зарядтталған бөлшектердің үдеткіштері.
Фотографиялық әдіс зарядталған бөлшектер фотоэмульсияның жарыққа сезімтал қабатының молекулаларын иондап, түйірлерінің күңгірттену құбылысына негізделген. Фотографиялық эмульсия желатинде таралған бромдалған күмістің ұсақ кристаллдарынан құралған. Кристаллдарың өлшемі 0,1-1 мкм. Зарядталған бөлшектер фотоэмульсия арқылы өткенде оның кристаллдарын өзгертеді. Фотопластиналарды химиялық өңдеуден кейін фотоэмульсия арқылы өткен зарядталған бөлшектердің ізін (трек) көруге болады. Оны микроскоп арқылы көреді. Бұл әдіс ғарыштық сәулелерді зерттеу кезінде және зарядталған бөлшектер үдеткішінде (ускоритель) зарядталған бөлшектер әсерінен болатын әртүрлі өзгерістерді зерттеуге қолданады.
Зарядталған бөлшектердің үдеткіші - жоғары энергиялы зарядталған бөлшектерінің электр өрісінде үдету арқылы алуға арналған құрылғы Зарядты бөлшек үдеткіштері - электр өрісінде үдету арқылы энергиясы жоғары зарядталған бөлшектерді (электрондарды, протондарды, атом ядроларын, иондарды, т.б.) алуға арналған құрылғы. Зарядты бөлшек үдеткіштерінде зарядталған бөлшектер вакуумдық камера ішінде электр өрісінің көмегімен үдетіледі. Ал магнит өрісі зарядталған бөлшектердің қозғалу бағытын (жылдамдығының шамасын өзгертпей) ғана өзгертеді. Үдетуші электр өрісі, әдетте, сыртқы құрылғы (генератор) көмегімен туғызылады. Сондай-ақ, бөлшектер басқа зарядталған бөлшектер өрісімен де үдетілуі мүмкін.
Зарядты бөлшек үдеткіштерін әр түрлі белгі бойынша жіктелуі
Үдетілетін бөлшектердің типіне сәйкес электрондық үдеткіштер: протондық үдеткіштер иондық үдеткіштер
Траекториясының сипатына қарай: сызықты үдеткіштер (траекториясы түзу сызыққа жақын) циклді үдеткіштер (траекториясы дөңгелекке не спиральға жуық)
Үдетуші өрістің сипатына қарай: резонансты үдеткіштер (бөлшектер жоғары жиілікті электр өрісімен үдетіледі және үдетілген бөлшектердің қозғалысы өрістің өзгерісімен резонанста болады) резонанссыз үдеткіштер (бөлшектерді үдету кезінде өріс бағыты өзгермейді, бұл үдеткіштердің екі түрі бар: индукциялық үдеткіштер және жоғары вольтті үдеткіштер)
Бөлшектердің орбита бағытына перпендикуляр орнықтылығын қамтамасыз ететін механизмге сәйкес: біртекті фокустау үдеткіштері (фокустауыш күштің таңбасы траектория бойында тұрақты болады) таңбасы айнымалы фокустау үдеткіштері (фокустауыш күштің таңбасы траектория бойында өзгеріп отырады)
15. Ядролық реакцияның қимасы. Ядролық реакциялар кезіндегі сақталу заңдары.
16. Ядролық реакциялардың механизмі. Трансурандық элементтер.
Ядролардың нықтығын дөлірек сипаттайтын, Трансурандық элементтер қолдануға ыңғайлы шама меншікті байланыс энергиясы
Епсилон (Е)= Е_бА
ядроның бір бөлшегіне тиісті орташа байланыс энергиясы.
Байланыс энергиясының анықтамасынан меншікті байланыс энергиясының екі
тәуелсіздің - ядроның электр және бариондық зарядтарының - функциясы екені көрінеді. Егер барлық белгілі ядролар (2000 жуық) үшін меншікті байланыс энергиясының зарядтарға тәуелділігін сызсақ, ол энергетикалық деп аталатын бет береді. Ол беттің түрі жота сияқты болады. Жотаның қырында жататын нұктелер меншікті байланыс энергиясы ең үлкен, яғни р~ыдырауға нық, ядроларға сәйкес келеді. Жотаның бөктерлерінде жататын ядролар β+ немесе β- ыдырауға душар болады. Жотаның қырының (A,Z) жазықтығына проекциясы, яғни β-ыдырауға нық ядролар үшін олардың зарядтарының өзара тәуелділігі
Z= A 1.98+0.015*A^23
17. Атом ядроларының бөлінуі және синтезі. Бөлінудің қарапайым теориясы.
Бөліну деп ядроның өздігінен немесе сыртқы қоздырғыштың әсерінен екі (кейде үш, өте сирек төрт) массалары жақын, бірақ бірдей емес жарқыншақтарға жіктелуін ұғады. Ядроның бөлінуі көптеген бөлшектердің - фотондардың, протондардың, дейтрондардың т.б. әсерінен өтуі мүмкін. Олардың ауыр ядролардың құрылымын, бөліну механизмін зерттеуде маңызы зор, бірақ нейтронның әсерінен өтетіндерінен басқалары тәжірибелік қолдану таппады.
Сонымен, ядролардың бөлінуі деп, олардың нейтрондардың әсерінен екі жарқыншаққа жіктелуін түсінеді. Бұл, тұрғыдан ядролардың бөлінуі, нейтрондардың әсерінен өтетін реакциялардың шығыстық арналарының бірі. Оның ядролық реакцияларға арналған тарауда қаралмай жеке тарауға бөлінуінің екі себебі бар. Бірінші, бөліну кезінде ядролардың құрылымында терең өзгерістер болады және бөліну механизмі басқа ядролық реакциялардың механизмдерінен мүлдем өзгеше. Екінші, ядролық реакторлардың жұмысы, яғни ядролық энергетика мен басқа ядролық өнеркәсіптің салалары, осы ядролардың нейтрондардың әсерінен бөлінуіне негізделген.
Ядролық энергия өндіруге мүмкіндік беретін ядролық реакциялардың, бөлінуден басқа екінші түрі-жеңіл ядролардың синтезі - аса жеңіл ядролардан ауырырақ ядролардың құрылуы.Бұл тұрғыдан болашағы мол реакциялардың қатарына, көрші ядроларға қарағанда меншікті байланыс энергиясы үлкен He 42ядросын синтездеу реакциясын жөне басқа ең жеңіл ядролардың синтезделу реакцияларын жатқызуға болады.Ядролық бөліну кезінде бөлініп шығатын энергия (~200МэВ) ядролық синтез кезінде бөлініп шығатын энергиядан (20МэВ) әлдеқайда көп сияқты. Осыған қарамастан термоядролық реакцияларға көп ықылас бөлінеді.Екі реакцияның тиімділігін анықтау үшін реакция кезінде бөлінетін жалпы энергияны емес, меншікті, оның бірлік массасына немесе бір нуклонға келетін энергияны қарастыру керек. Мысалы, уран-235-тің бір грамында дейтерийдің бір грамынан 2352 есе кем ядро болады. Бір уран-235 ядросы бөлігінде 200МэВ-қа жуық энергия, ал екі дейтерий ядросының қатысуыменH31немесе He 32ядросының синтезі кезінде орта есеппен 3,6 МэВ энергия бөлініп шығады. Бұл ядролық синтез кезінде бөлініп шығатын энергияның ең азы деуге болады
18. Бөліну көрсеткіші. Спонтандық бөліну.
Бөліну деп ядроның өздігінен немесе сыртқы қоздырғыштың әсерінен екі (кейде үш, өте сирек төрт) массалары жақын, бірақ бірдей емес жарқыншақтарға жіктелуін ұғады. Ядроның бөлінуі көптеген бөлшектердің - фотондардың, протондардың, дейтрондардың т.б. әсерінен өтуі мүмкін. Олардың ауыр ядролардың құрылымын, бөліну механизмін зерттеуде маңызы зор, бірақ нейтронның әсерінен өтетіндерінен басқалары тәжірибелік қолдану таппады.
Реакторлар қолданылуына қарай ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ядролық физика - қазіргі физиканың атом ядросы мен элементар бөлшектерді зерттейтін саласы. Ядролық физика - атом өнеркәсібінің ғылыми негізі. Ол шартты түрде төмендегідей салалардан тұрады.
Атом ядросының жалпы қасиеттері мен құрылымы. Ядроның маңызды қасиеттеріне масса, электр заряды, массалық сан, байланыс энергиясы, магниттік және электрлік момент, ядроның эффективтік мөлшері, ядроның энергия деңгейлерінің жүйесі жатады. Ядролық күштердің заңдылығы белгісіз болғандықтан, ядрода өтетін процестерді зерттеу үшін әр түрлі ядролық модельдер пайдаланылады.
Ядролық күштер. Ядролық күштердің қасиеттері жөнінде бағалы деректер энергиясы әр түрлі протондар, нейтрондар мен протондардың шашырауын, сондай-ақ дейтрон мен күрделі ядролардың қасиеттерін зерттеу кезінде алынған.
Ядролардың өздігінен түрленуі - α, β-бөлшектері мен γ-сәулесін шығаратын табиғи және жасанды радиоактивтілік, сондай-ақ ауыр ядролардың өздігінен бөліну. Ядролық физиканың бұл саласының маңызды бөлігі ядролардан шығатын әр түрлі сәулелерді зерттеу болып есептеледі. Ядролық реакциялар - ядролардың бір-бірімен және элементар бөлшектермен әсерлесуі нәтижесінде түрленуі. Ядролық түрленулердің ішінде энергетикалық мақсат үшін баяу және шапшаң нейтрондар арқылы жүретін реакцияларды (мысалы, ауыр ядролардың бөлінуі), сондай-ақ теориялық және практикалық мақсат үшін жеңіл ядролардың арасындағы реакцияларды зерттеудің зор маңызы бар. Реакциялардың соңғы түрі термоядролық реакцияларды жасанды жолмен жүзеге асыруға мүмкіндік береді.
Атомдық нөмірі (Z) 92-ден артық (Z 92) болатын табиғатта кездеспейтін элементтерді синтездеу үшін көп зарядты иондарды (мысалы, азот және алюминий иондары, т.б.) зерттеудің ерекше маңызы бар. Элементар бөлшектер. Ядролық физиканың бұл саласында нейтрино, антинейтрино, электрон, позитрон, әр түрлі мезондар, нуклондар, антинуклондар, гиперондар мен антигиперондар тәрізді элементар бөлшектердің қасиеттері, олардың пайда болуы мен бір-біріне түрлену процестері зерттеледі. Сондай-ақ бұл салада жоғары энергия физикасының мәселелерін зерттеудің де маңызы ерекше күшті болады.
Нейтрондық физика - нейтрондардың қасиеттерін, ядролардың нейтрондарды қармауын және шашыратуын, нейтрондардың әр түрлі зат ішінде тежелеу мен диффузиясын, т.б. зерттеуге арналған ядролық физиканың ірі саласының бірі. Ол - ядролық энергетика мен ғарыштық ракета техникасының ғылыми негізі. Сондықтан нейтрондық физикада теориялық, сондай-ақ практикалық маңызы бар мәселелер зерттеледі. Нейтрондық физика қатты дене физикасымен, металлургиямен, т.б. физика салаларымен тығыз байланысты. Ядролық физиканың эксперименттік әдісінде зарядты бөлшек
үдеткіштері, сондай-ақ қуатты нейтрондар шоғын алуға мүмкіндік беретін зерттеу реакторлары маңызды орын алады. Қазіргі кезде элементар бөлшектерді бақылау және тіркеу үшін өте нәзік тәсілдер мен приборлар қолданылады (қ. Иондалу камерасы, Зарядты бөлшек санауыштары, Вильсон камерасы). Атом ядросының энергия деңгейлерін және одан шығатын сәулелерді зерттейтін ядролық физиканың саласы ядролық спектроскопия деп аталады. Бұл әдістің көмегімен алынған деректер ядроның құрылысы жөніндегі осы кездегі ұғымдардың негізін құрайды. Ядролық физиканың жетістігі алғашқы кезде соғыс мақсаты үшін қолданылғанымен (1945), кейін ол бейбіт мақсат үшін де пайдаланыла бастады.
Ядролық физиканың жетістігі нәтижесінде халық шаруашылығының бейбіт салалары - ядролық энергетика және ядролық техника пайда болды. Радиоактивтік изотоптар физикада, химияда, металлургияда, биологияда, т.б. ғылым мен техника салаларында тиімді пайдаланып келеді. Ядролық физиканың дамуы нәтижесінде табиғатта кездеспейтін элементтерді (мысалы, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий, курчатовий, нильсборий, т.б.) алуға мүмкіндік жасалды. Ядролық физиканың негізінде химияның радиациялық химия және радиохимия деп аталатын жаңа салалары пайда болды. Ядролық физиканың жетістіктері астрофизикада, геологияда, геофизикада, ғарыштық ракета ғылымында және археологияда кеңінен пайдалануда. Ядролық физиканың дамуы біздің табиғат жөніндегі көзқарасымыздың жан-жақты кеңеюіне маңызды ықпал етті.
Әр атом оң зарядталған ядро мен теріс зарядталған электрондар жиынтығы-электрондық қабықтан тұрады. Ядрода атом массасының барлығы дерлік (99,95%) шоғырланған. Атомға қарағанда ядро өте кішкентай және ол өте берік. Ядролардың сызықтық мөлшерлері 1-10 фм (10 -15 - 10 -14м), ал атомдардыкі 10 -10 м. Сутегі атомын ядро мен электронға жіктеу үшін керек ең үлкен энергия 13,6 эВ (негізгі күйдегі сутегі атомын иондау энергиясы), ал 4Не атомының екі электронын да аластату ушін 79эВ энергия қажет болса, ең осал ядро дейтронды құраушылар - протон мен нейтронға жіктеу үшін 2,2 МэВ, ал 4Не ядросы - альфа- бөлшекті кұраушыларға түгел жіктеу үшін 28МэВ энергия қажет. Кез келген ядродан бір нуклонды (протон немесе нейтрон) аластату энергиясының орташа мәні 8 МэВ. Көріп отырғанымыздай, ядроның сызықтық мөлшері атомның сызықтық мөлшерінен 105 есе аз, ал оны ыдыратуға керек энергия атомды иондауға керек энергиядан сонша есе көп.
Атомның ауыр, өте тығыз, оң зарядталған ядросы болатынын Резерфорд пен оның шәкіртгері 1906-1912-ж.ж. жасалған, энергиялары бірнеше МэВ альфа-бөлшектердің алтынның және кейбір баска металдардың аса жұқа қабыршағы арқылы өтуіне арналған, тәжірибелерінің нәтижелерін өңдеу барысында ашты.
Резерфорд тәжірибелері атом ядросының мөлшерінің жоғарғы шегін бағалауға да мүмкіндік береді. Ол үшін, мысалы, энергиясы 5МэВ а-бөлшектің алтын ядросына кандай ең аз қашықтыққа дейін жақындай алатынын есептейік. Мұндай кашықтыққа дейін жеткен альфа-бөлшек тоқтап, оның кинетикалық энергиясы толық потенциялық энергияға айналады. Егер бұл қашықтыққа дейін Кулон заңы орындалатын болса.
шығады. Резерфорд тәжірибелерінің нәтижелері осы қашықтықтарға дейін нүктелік (дәлірек радиустары r-дан кіші сфералық) зарядтар үшін дұрыс. Ядроға, барлық микроәлемге сияқты, кванттық қасиеттер тән. Ол әртүрлі энергиялық күйлерде бола алады. Энергияның ең кіші мәніне сәйкес күй негізгі күй деп аталады және ол энергия санағының бастапқы нүктесі ретінде алынады. Басқа күйлер қозған күйлер болады. Нық ядролардың негізгі күйлері уақыт бойынша өзгермейтін - стационар күйлер болады. Барлық ядролардың қозған күйлері стационар емес. Ядролардың энергиялық күйлерін
ядроның энергиялық деңгейлері деп атайды.
2. Ядро-өзара әсерлесуші протон-нейтрон бөлшектерінің жүйесі. Ядроның электр заряды. Массалық сан. Изотоптар мен изобаралар.
Ядроның құрамы туралы мәселе 1932 жылы Чедвик нейтронды ашқанға дейін шешусіз қалды. Чэдвик, 1930-жылы Боте мен Беккер ашқан, альфа- бөлшектердің жеңіл ядролармен соқтығысулары кезінде бөлініп шығатын, зат арқылы өту қабылеті жоғары бөлшектердің массасын анықтады. Ол егер осы бөлшектің сутегі жене азот ядроларымен серпімді соқтығысуы кезінде импульс пен энергия сақталса, оның массасы қандай деген сұрақка жауап іздеді. Есептеулер ол бөлшектің массасы протонның массасына тең дерлік екенін көрсетті. Ол бөлшек нейтрон (n) деп аталды.
Нейтрон ашылғаннан кейін көп ұзамай Е.Н.Гапон мен Л.Л.Иваненко және В.Гейзенберг ядроның протондық- нейтрондық моделін ұсынды.
Атом ядролары бақыланатын элементар бөлшектер - протондар мен нейтрондардан тұрады. Протон мен нейтронның mp және mn массалары өзара жуық және нейтронның массасынан 2000 есе дерлік артық: mp=1836,1 mе = 1,007276 м.а.б., mn =1838,6 mе = 1,0086652 м.а.б. Протон электр зарядталған, оның заряды оң және абсолют мәні электронның зарядына тең. Нейтрон электр бейтарап.
Атомның электрлік бейтараптығын қамтамасыз ету үшін оның құрамындағы электрондардың санымен ядроның құрамындағы протондар саны бірдей Z болуы керек. Ядродағы нуклондардың жалпы саны массалық сан А деп атайды. Осыдан ядроның құрамындағы нейтрондар саны N= А-Z. Ядроның құрамын сипаттайтын шамалар ретінде оның Z атомдық номері мен А массалық саны қолданылады.
Атом ядросының электр заряды Ze (өлшем бірлігі ретінде электронның зарядының сан мәнін алса, Z), оның атомдық нөмеріне тең, протонның Z санымен анықталады. Электр заряды берілген элементтің барлық изотоптарының (сутегінен баска) химиялық қасиеттерін анықтайды.
Ядролардың зарядтарын 1913-жылы Мозли дәл өлшеді. Oл элементтердің сипаттық рентген нұрларының v жиілігі мен оның Z атомдық номерінің арасында қарапайым
(1) тәуелділігі бар екенін тағайындап, нұрдың берілген сериясы үшін а мен b тұрақтыларының элементке теуелсіз екенін тапты. Ол элементтерді
периодтық, жүйеде ретімен орналастыруға мүмкіндік берді.
Ядронын зарядын тікелей 1920-жылы Чэдвик өлшеді.
Электр заряды ядролық физикада қарастырылатын барлық
(электромагниттік, ядролық және нәзік) әсерлесулер кезінде сақталады. Электр зарядының сақталу заңы ядролық реакцияға немесе радиоактивтік ыдырауға катысатын ядролардың біреуінің зарядын олар үшін зарядтардың
теңдеуінен табуға мүмкіндік туғызады.
Ядроның электр заряды жиынтықтық сипаттама, ол ядроның тұтас
зарядын ғана анықтап, зарядтың ядроның колемі бойынша таралуы туралы мәліметтер бермейді.
Ядролық реакциялар мен түрленулер барысында массалық сан да (нуклондар саны) сақталады: әсерлесуге дейінгі бөлшектердің; массалық сандарының қосындысы, одан кейінгі бөлшектердің массалық сандарының қосындысына тең. Элементар бөлшектер үшін массалық сан орнына бариондық заряд (бариондық сан) В шамасы қолданылады. Барлық барион деп аталатын бөлшектердің, оның ішінде протон мен нейтронның да, бариондық зарядтары 1, кварктардың бариондық зарядтары 13, ал басқа бөлшектердің бариондық заряды нөлге тең.
Масса ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі. Ол оның екпіндік, күш әсерінен қозғалыс күйінің өзгеркіне қарсыласу қабілетін сипаттайды. Ядроның массасын біз кіріспеде атаған массаның атомдық бірлігімен (м.а.б.) өлшеген ыңғайлы. Оған ХЖ-де 1.66*10-27кг сәйкес келеді. Атом ядроларының массалары оны құраушылардың массаларының қосындысына тең емес, одан аздап болса да кіші
(2) Салыстырмалық теориясы бойынша кез келген массасы М дененің Е=Мс2 энергиясы болады. Мұндағы с = 3*108 мс вакуумдағы жарық жылдамдығы. Атом ядросына да осындай энергия сәйкес келеді. Ядроның козған күйінің энергиясы, оның негізгі күйінің энергиясынан қозу знергиясына жоғары болады. Егер ядроның қозу энергиясын E = E − E0 алсақ,
онда қозған күйдегі ядроның массасы оның негізгі күйдегі массасынан Ес2 -қа артық болады. Бұл жерде, біз тұтас күйінде (массалар центрі) тыныш тұрған ядролар жайында әңгімелеп отырғанымызды ескерте кетейік. Молекулалық физикада тұтас күйінде тыныш тұрған дененің энергиясын оның ішкі энергиясы деп атадық. Осыған орай ядроның да тыныш күйіндегі энергиясын оның ішкі энергиясы дейді. Кейде бұл энергияны потенциялық дейді. Бұл жерде, күрделі дененің ішкі энергиясы оның бөліктерінің потеницялық энергиясынан ғана емес, олардың ішкі, инерция центріне қатысты қозғалыстарың кинетикалық (идеал газ үшін тек кинетикалық) энергиясынан да құралатынын естен шығармау керек.
Сонымен, ядроның негізгі күйіне оның энергиясының, демек массасының ең кіші мәні сәйкес келеді. Бұл ядроға да, бүкіл табиғатқа сияқты, өзінің ішкі энергиясының ең кіші мәніне ұмтылу тән екенін дәлелдейтін сияқты.
Изотоптар, изомерлер, изобарлар және изотондар туралы түсініктер. Көптеген химиялық элементтер табиғатта олардың ядроларындағы нейтрондар саны әртүрлі болатындықтан, белгілі бір атомдар қоспасы түрінде болады. Ядросындағы протондар саны бірдей, бірақ нейтрондар саны бойынша өзгеше болатын атомдар изотоптар деп аталады. Мұндай элементтер Д.И.Менделеевтің кестесінде бірдей нөмірге ие болады,
бірақ массалық саны әртүрлі болады. Химиялық элементтердің барлық изотоптарының ядроларын нуклидтер деп атайды.
Радионуклидтер - бұл массалық саны және атомдық нөмірі берілген радиоактивті атомдар. Ядролық реакциялардың көмегімен әрбір химиялық элементтің бірнеше радиоактивті изотоптарын алуға болады. Қазіргі кезде 300 жуық тұрақты изотоптар белгілі болса, ал радиоактивті изотоптар мөлшері 1500 асып кетеді.
Элемент атомының массалық саны бірдей, бірақ ядросы әртүрлі энергетикалық күйде болатын болса, оларизомерлердеп аталады. Артық энергиясы болатын изомерлерді, метастабильді күйі деп атайды. Мұндай күйді символ түрінде массалық санымен қатар қойылған латын әрпімен (m) белгілейді (80mBr).
Табиғатта әртүрлі элементтердің массалық саны бірдей, бірақ атомдық нөмірі әртүрлі болатын атом-ядролары кездеседі. Мұндай атомдар изобарлар деп аталады.
Әртүрлі элементтердің нейтрондар саны бірдей болатын ядро атомдары изотондар деп аталады.
3) Ядроның құрылуы. Масс-спектрометр. Массаның ақауы.
Ядролық физикада масса ұғымын негізінен ядроның негізгі күйі үшін қолданып, ал оның қозған күйлерін оның негізгі күйлеріне сәйкес энергиядан бастап есептелген дельтаЕ = Е-Е0 қозу энергиясымен сипаттайды.
Ядролық физикада массаны өлшеудің алуан түрлі әдістері қолданылады. Олардың негізгілері мыналар: а) масс-спектроскопия, 6) ұшу уақыттық масс- спектроскопия, в) ядролық реакцияларды энергиялық талдау, г) α- және β- ыдыраудың энергия балансы, д) микротолқындық радиоспектроскопия, е) фазалық кеңістік немесе инварианттық массалар әдісі.
Масс-спектроскопия әдісін бірінші peт Томсон ұсынып, Астон мен Демпстер жетілдіріп, шыңдаған. Ол әдіс бойынша алдымен атомның (дәлірек ионның) массасы анықталып, ядроның массасы атомның массасы мен оның құрамындағы электрондардың массаларының қосындысының айырмасы түрінде анықталады.
Масса ақауы, масса дефектісі -- атом ядросын құраушы нуклондар (нейтрондар мен протондар) массаларының қосындысы мен ядро массасының (М) арасындағы айырым ( ):=ZMp+(A - - Z)Mn - M, мұндағы Z -- ядродағы протондардың саны, А -- ядроның массалық саны, Мр мен Мn -- протон мен нейтронның массалары. М. а. массаның атомдық бірлігімен өрнектеледі және ол ядродағы нуклондардың байланыс энергиясына тең (кері таңбамен алынған). М. а. неғұрлым үлкен болса, соғұрлым байланыс энергиясы жоғары және ядро орнықты болады.
Масс-спектрометрия (масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектрлік талдау, масс-спектрометриялық талдау) - ондағы әртүрлі компоненттердің (изотоптық, элементтік немесе химиялық құрамы) концентрациясын анықтауға мүмкіндік беретін затты зерттеу және анықтау әдісі. Өлшеу үшін негіз компоненттердің ионизациясы болып табылады, бұл оларды сипаттайтын масса-заряд қатынасы негізінде компоненттерді физикалық түрде ажыратуға және иондық токтың қарқындылығын өлшеу арқылы фракцияны бөлек есептеуге мүмкіндік береді. компоненттердің әрқайсысының (заттың массалық спектрін алу үшін).
4. Ядролық күштер.
Ядролық күштер. Әлемдегі іргелі әрекеттесу күштерінің екі түрі гравитациялық және электромагниттік күштері бар. Атом ядросындағы аттас оң зарядталған протондардың арасында қуатты электростатикалық тебіліс күші бар екені белгілі. Ауыр элементтердің ядроларында, мысалы, уранда 92 протон бар, олардың бір-бірімен тебілу күші бірнеше мыңдаған ньютонға жетеді. Массаларына байланысты протондар мен нейтрондарды ұстап тұрған гравитациялық күш шығар деген пайымдау жасауға болар еді. Алайда, жүргізілген
есептеулер, ядродағы екіпротонныңарасындағы гравитациялық тартылыс күші, олардың арасындағы электростатикалық кулондық тебіліс күшінен кіші екенін көрсетті: FγFэл= 10-36.
Атом ядроларының тұрақтылығы ядролардың ішінде осы күнге дейін белгілі күштерден табиғаты мүлдем ерекше аса зор тартылыс күшінің бар екенін дәлелдейді.
Ядродағы нуклондарды ыдырап кетуден сақтап, оның берік байланысын қамтамасыз ететін күштерядролық күштердеп аталады.
Қазіргі кезде тәжірибелер негізінде ядролық күштердің қасиеттері жақсы зерттелген. Олардың ішіндегі ең маңыздыларына назар аударайық.
1. Мысалы, протонның центрінен r=10-15м қашықтықта ядролық күштер кулондық күштен 35 есе, ал гравитациялық күштен 1038 есе қуатты болады. Сол себепті ядролық күштер күшті әрекеттесу деп аталатын әлемдегі өзгеше іргелі өзара әрекеттесу күштері болып табылады.
2.Ядролық күштер қысқа қашықтықта ғана әрекет ететін күштер. Арақашықтықтың артуына байланысты ядролық күштер өте шапшаң кемиді. Әрекет ету аймағының шегі r3·10-15м-ден үлкен жағдайда ядролық күштің әрекетін ескермесе де болады. Нуклондардың арасындағы тартылыс күшінің ең үлкен мәні r=1,41·10-15 м қашықтықта байқалады. Ал қашықтық r0,5·10-15м болғанда, нуклондардың арасында ғаламат тебіліс күші пайда болады. Сонымен, ядролық күштер тартылыс күштері болып табылады.
3. Тәжірибелерден протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон және протон- протон жұптарының арасындағы ядролық тартылыс күштері барлық жағдайда
күштер
бар, жақын
5. Ядролық күштер кулондық сияқты центрлік
жатпайды. Ядролық күштер немесе күшті әсерлесу атом ядросындағы ең үлкен қарқынмен өтетін құбылыстарды басқаратын күштер. Олар элементар деп аталатын бөлшектер арасында күшті байланысты туғызады. Тек күшті
да бірдей болатыны анықталды. Олай болса, ядролық нуклондардың электр зарядының бар-жоғына тәуелсіз әрекет етеді.
4. Ядролық күштердің қаныққыштық ол нуклонның ядродағы барлық нуклондармен емес, көршілерімен ғана әрекеттесетінін көрсетеді
қасиеті тек өзіне
күштер қатарына
әрекеттесу ғана атом ядросындағы протондар мен нейтрондарды біріктіріп, берік ұстап тұр. Жердегі барлық заттардың ядроларының тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Ядролық әрекеттесу күштерінің осы және басқа қасиеттерін түсіндіру үшін оның теориясы қажет. Ядролық әрекеттесудің күрделілігінен осы кезге дейін ядролық күштердің тиянақты теориясы жасалмаған.
5. Атом ядросының модельдері.
Ядролық модель - атом ядросының оңайлатылған бейнесі. Ол атом ядросын сипаттайтын әр түрлі шамаларды анықтайтын есептің қарапайым математикалық шешімін табуға мүмкіндік береді. Ядролық модельді құру кезінде атом ядросының кейбір жеке қасиеттеріне ғана назар аударылып, оның басқа қасиеттеріне мән берілмейді.
Ядролық модельдерді төмендегідей 3 топқа бөлуге болады:
1) ядроның негізгі күйлерінің жалпы қасиеттерін сипаттайтын;
2) ядроның қозу спектрлерін сипаттайтын;
3) ядроның ұшып келе жатқан бөлшектермен өзара әсерін сипаттайтын.
Бірінші топтағы ядролық модельдер ядродағы заттың орнықтылығын, ядролық күштердің қанықтылығын түсіндіреді.
Екінші топтағы ядролық модельдер ядроның тәжірибеде байқалатын энергия деңгейлерін сипаттауға, энергия деңгейлерінің қалпын немесе олардың тығыздығын, ядролардың магниттік және квадрупольдық моменттерін есептеуге, сондай-ақ атом ядросының спинін, т.б. анықтауға мүмкіндік береді. Осы топтағы модельдер магиялық ядролардың орнықты болу себебін де түсіндіре алады. Ал ядролық модельдердің үшінші тобының көмегімен γ-кванттардың, нуклондардың және одан да ауырлау бөлшектердің атом ядросында шашырауын, сондай-ақ атом ядросының өздігінен және еріксіз түрде бөліну себебін түсіндіруге болады. Бірінші топтағы ядролық модельге: гидродинамикалық (екі сұйықты) модель мен "шекарасы жоқ" ядро (ядролық материя) моделі жатады. Гидродинамикалық модель бойынша ядро белгілі бір тығыздығы (шамамен 1038 бөлшексм3), бір нуклонға келетін орташа энергиясы ( - 15,5 МэВ), беттік керілу коэффициенті, т.б. бар протон және нейтрондар сұйығының тамшысы болып есептеледі. Ядролық материя моделінде кеңістіктік шекарасы жоқ әрі біртекті нуклондар жүйесі қарастырылады. Екінші топтағы ядролық модельге ең алдымен ядроның қабықтық моделі мен ядроның жалпыланған моделі жатады. Бұл модельдер бойынша барлық нуклонның жасайтын өзара үйлескен өрісінде әрбір нуклон бір-біріне тәуелсіз болып қозғалады. Ядроның жалпыланған моделінде мұның үстіне нуклондардың ұжымдық қозғалыстары да зерттеледі. Үшінші топтағы ядролық модельге ядроның оптикалық моделі, құрама ядро моделі, тура ядролық реакциялар моделі және бөліну моделі жатады. Ядроның оптикалық моделінде энергиясы кең диапозонда өзгеретін бөлшектердің (нуклондардың, дейтрондардың немесе ауыр бөлшектердің) шашырауы зерттеледі. Орташа және ауыр ядроларға энергиясы онша жоғары емес нейтрон түскен кезде құранды ядро түзіледі. Оның ыдырау заңдылығы статистикалық немесе булану моделі арқылы сипатталады. Қызған сұйықтықтан молекулалардың сыртқа қарай қалай ұшып шығатыны тәрізді, құрама ядродан да сондай болып нуклондар сыртқа қарай ұшып шығады. Бөлшектердің энергиясын өте жоғары болып келген ядроларда, сондай-ақ кез келген мөлшердегі энергиясы бар жеңіл ядроларда өтетін процестер тура ядролық реакциялар моделі арқылы сипатталады. Бұл модельде ұшып келе жатқан бөлшек пен ядро бөлшектері қабықтық модельдің үйлескен потенциал өрісінде қозғалады. Тура ядролық реакциялардың күрделірек түрлері соңғы уақытта дамып келе жатқан дисперсиялық модельде зерттеледі.
6) Табиғи және жасанды радиоактивтілік. Жартылай ыдырау периоды. α-ыдырау. α-
бөлшектердің спектрі.
Радиоактивтілік деп кейбір ядролардың өз бетімен бір немесе бірнеше бөлшек шығарып түрленуін атайды. Мұндай түрленуге душар ядроларды радиоактивті деп, ал олар шығаратын бөлшектер ағынын радиоактивтік нұр деп атайды. Түрлену тән емес ядроларды нық дейді. Радиоактивтік ыдырау кезінде ядроның Z атомдық нөмері де, А массалық саны да өзгеруі мүмкін. Екеуіде өзгермей ядроның ішкі күйі ғана, оған сәйкес, энергиясы ғана өзгеруі мүмкін.
Радиоактивтік ыдырау өту үшін, ол энергиялық тиімді болуы тиіс, яғни, ыдырайтын ядроның массасы ыдыраудан кейінгі жүйенің-пайда болған жарқыншақ ядро мен бөлшектердің - толық массасынан артық болуы керек. Бұл шарт радиоактивтік ыдырау үшін қажет, бірақ әрқашан жеткілікті емес. Кейде энергиялық тиімді құбылыстар басқа сақталу зандарының орындалмауының салдарынан орын алмайды. Пайда болу тегіне байланысты радиоактивтіліктің екі түрі болады. Адамның іс әрекетіне тәуелсіз, табиғатга, онда элементгер пайда болғаннан бері бар, радиоактивтілік табиғидеп аталады. Ал, адамзаттың іс әрекетіне байланысты пайда болатын немесе қолдан жасалатын радиоактивтілік жасанды деп аталады.
Табиғатта радиоактивтіліктің үш түрі кездеседі: альфа - ыдырау, бетта -ыдырау,
Гамма- нұрлану. Бұлармен қатар табиғи радиоактивтілік қатарына ауыр
ядролардың өздігінен бөлінуін де қосады. Жасанды радиоактивтілік ыдыраудың осы 4 түріне қоса, кешіккен нейтрондық жөне протондық ыдырауларды қамтиды.
Іс жүзінде радиоактивті деп өмірлерін радиотехникалық әдістермен өлшеу мүмкін ядроларды атайды. Ол қазіргі жағдайда 10^19 тен 10^22 жылға дейінгі аралықты қамтиды.
Физикалық тұрғыдан радиоактивті ядролардың өмір сүру уақыты сипаттық ядролық уақыттан әлдеқайда үлкен уақыттан одан орасан үлкен уакытқа дейінгі аралықты қамтиды.
Альфа-ыдырау
Альфа -ыдырау деп ауыр ядролардың өздігінен альфа - бөлшектер шығарып түрленуін атайды. Алъфа-ыдырау кезінде аналық (A,Z) ядро, ұрпақгық (А-4, Z-2) ядроға айналады.
Альфа-ыдыраудың негізгі тәжірибелік заңдылықтары
Альфа-ыдыраудың жартылай ыдырау периодын Т12 дайындаманың активтілігінің уақытқа тәуелділігін тікелей өлшеу арқылы анықтауға болады. Оны ғасырлық тепе- теңдіктен де анықтауға болады.
Бөлшектердің энергиясын әртұрлі (ионизациялық, магниттік) спектрометрлердің көмегімен анықгауға болады. Алғашқы тәжірибелерде альфа-бөлшектердің кинетикалық энергиясы заттағы өту жолынан анықталды. Бөлшектің заттағы өту жолы мен кинетикалық энергиясының арасындағы тәуелділік теориялық немесе эмпирикалық жолмен тағайындалады.
7) Табиғи және жасанды радиоактивтілік.
Жартылай ыдырау периоды. β-ыдырау. β-ыдыраудың түрлері.
Радиоактивтілік деп кейбір ядролардың өз бетімен бір немесе бірнеше бөлшек шығарып түрленуін атайды. Мұндай түрленуге душар ядроларды радиоактивті деп, ал олар шығаратын бөлшектер ағынын радиоактивтік нұр деп атайды. Түрлену тән емес ядроларды нық дейді. Радиоактивтік ыдырау кезінде ядроның Z атомдық нөмері де, А массалық саны да өзгеруі мүмкін. Екеуіде өзгермей ядроның ішкі күйі ғана, оған сәйкес, энергиясы ғана өзгеруі мүмкін.
Радиоактивтік ыдырау өту үшін, ол энергиялық тиімді болуы тиіс, яғни, ыдырайтын ядроның массасы ыдыраудан кейінгі жүйенің-пайда болған жарқыншақ ядро мен бөлшектердің - толық массасынан артық болуы керек. Бұл шарт радиоактивтік ыдырау үшін қажет, бірақ әрқашан жеткілікті емес. Кейде энергиялық тиімді құбылыстар басқа сақталу зандарының орындалмауының салдарынан орын алмайды. Пайда болу тегіне байланысты радиоактивтіліктің екі түрі болады. Адамның іс әрекетіне тәуелсіз, табиғатга, онда элементгер пайда болғаннан бері бар, радиоактивтілік табиғи деп аталады. Ал, адамзаттың іс әрекетіне байланысты пайда болатын немесе қолдан жасалатын радиоактивтілік жасанды деп аталады.
Бета-ыдырау деп ядроның электронның немесе позитронның қатысуымен өтетін түрленуін атайды. Бүл кезде ядроның атомдық нөмері +-1- ге өзгереді де, массалық саны өзгермейді. Ядро атомдық нөмері Z+-1 изобарлық ядроға айналады. Қатысатын бөлшектердің түрі мен өтетін құбылыстарға қарай бета-ыдыраудың үш түрін ажыратады.
Электрондық бетта-ыдырау кезінде (A,Z) ядро электрон мен антинейтрино шығарып, (A,Z+1) ядроға айналады
Бета-ыдыраудың тұтас спектрін түсіндірудің бірнеше жолдары ұсынылды:
1. Бета-ыдырау ұрпақ ядроның әртүрлі қозған күйлеріне өтеді. Егер қозған күйлердің саны көп және олар тығыз орналасқан болса, онда бөлшектердің спектрі тұтас дерлік болады.
2. Ядроның ыдырауы кезінде шығарылатын Т_е моноэнергиялы бөлшектер өзінің атомының немесе көршілес атомдардың электрондық кабықтарымен әсерлесіп, соның нәтижесінде спектр тұтас түрге көшеді.
3. Бета-ыдырау кезінде энергия мен импульстің сақталу заңдары бірге орындалмайды.
1931-жылы Паули бета-ыдыраудың тұтас спектрінің жаңа түсіндірмесін ұсынды. Ол бета-ыдырау кезінде электронмен қатар тағы бір жеңіл бөлшек шығарылады деп пайымдады. Ол бөлшекті тіркеудің өте қиындығынан ол бөлшекгің электр бейтарап және массасының мардымсыз болуы керектігі шығады. Оның массасының өте кішкентай болуы керектігін электрондардың спектрінің 0-ден басталатыны да қостайды. Бұл бөлшек нейтрино деп аталды. Нейтриноның зат пен әсерлесуіне тәжірибені 1953 жылы Коуэн мен Рейнес іске асырды. Олар нейтриноның затпен әсерлесуінің қимасы 10^34см^2 шамасы екенін көрсетті.
Сөйтіп, бета-ыдырауға нейтрино катысатыны тәжірибелермен дәлелденді.
8) Ядролардың γ-сәулесін шығаруы. Электрлік және магниттік ауысулар.
Гамма-сәуле ядроның өзбетімен алғашқы энергиясы Eі күйінен ақыргы энергиясы Ef күйіне көшу кезінде пайда болады. Ядроға дискреттік энергиялық күйлер жиынтыгы тән болтандықтан, гамма-сәулелік спектрі сызықтық болады. Спектр деп гамма-кванттардың энергия бойынша таралуын үғады. Әлбетте, ядролық гамма-кванттардың энергиясы 10 кэВ пен 5МэВ (10^-10 λ 2*10^-13м) аралығында жатады.
Гамма-кванттың энергиясының мөлшері, арасында радиациялдық көшу өтетін, ядроның деңгейлерінің энергияларының айырмасымен анықталады.
Гамма-сәулелену деп ядролардың өздігінен гамма-сәуле шығаруын атайды. Гамма-квант шығару процесінде ядро қозған күйінен энергиясы
азырақ күйге көшеді (радиациондық көшу).
Физикалық тегі бойынша гамма-сәуле қысқатолқынды электромагниттік сәуле болып табылады. Мұндай қысқа толқын ұзындықтарында гамма-сәуледың толқындық қасиеттері нашар байқалады, оның бөлшектік қасиеттері басымырақ сезіледі.
9) Ядролық изомерия. Ядролық γ-резонанс.
Атом ядросының изомериясы -- ядроның ұзақ өмір сүретін ерекше күйі. Мұндай күйдің жартылай ыдырау периоды басқа қозған күйлердің осындай периодынан едәуір үлкен болады. Ядроның түрлі әдіспен ыдырау периодтары екі, тіпті үш түрлі болуы мүмкін. Табиғатта ұзақ өмір сүретін жүздеген ядро- изомерлер кездеседі. Әсіресе тақ ядролардың арасында изомерия құбылысы жиі байқалады. Атом ядросының изомериясы құбылысы ядроның қабықша моделі арқылы түсіндіріледі.
Изомерия құбылысын бірінші рет 1921-жылы О.Тан бақылады. Ол өзі уран-Z (UZ) деп атаған затты зерттеп, оның массалық саны мен атомдық нөмерінің UX2 деп аталатын заттың массалық саны мен атомдық нөмеріне тең, ал олардың жартылай ыдырау периодтарының өзгеше екенін байқады. Екі затта бір UX₁ (²³⁴Th₉₀) изотопының бета-ыдырауы нәтижесінде пайда болады. Кейінірек бүл екі заттың бір ²³⁴Pa₉₁ -ядросының негізгі және изомерлік күйлері екені анықталды. Ядроның изомерлік күйін m индексін қосу арқылы белгілейді.
Қозған күйдегі ядро негізгі күйге ℽ (гамма) - сәулелену арқылы ғана емес, қозу энергиясын электрондық кабықтағы бір электронға тікелей (ешқандай сәуледың көмегінсіз) беру арқылы өте алады. Бұл құбылыс ішкі конверсия деп аталады. Ішкі конверсия оның салдары - атом шығаратын ішкі конверсия электрондары арқылы бақыланады.
Ішкі конверсия кезінде ядроның Е қозу энергиясы тікелей атомның электрондық қабығындағы бір электронға беріледі. Ол энергия электронның атомға байланысын үзуге және оны үдетуге (оның кинетикалық энергиясынарттыруға) жұмсалады.
Ядролық ℽ (гамма) резонанс (Массбауэр эффектісі) - массбауэр ядросындағы атомдардың электрондық қабаттарының құрылымы туралы құнды ақпараттар алуға мүмкіндік береді. Массбауэр эффектісі ℽ резонансты спектроскопия деп те аталады.
Ядро-сәуле шығарғыш пен ядро-сіңіргіш арасындағы әр түрлі химиялық қоршауда ядроның энергетикалық күйлері, ℽ-кванттардың резонансты сіңірілуін болдырмауға жеткілікті ядроның энергетикалық күйінің қайсыбір айырмашылығын туындатады. Энергиялар арасындағы мұнда айырмашылықты Допплер эффектісіңін көмегімен тенестіреді, ол ℽ-квант сәуле шығару энергиясымен сәйкес салыстырмалық қозғалыс жылдамдығына тәуелді. Қайсыбір қозғалыс жьшдамдығы кезінде резонансты сіңіруі басталады. ℽ-кванттардың сіңірілу интенсивтігінің қозғалу жылдамдығына тәуелділігі Мессбауэр спектрі деп аталады.
10) Радиоактивтілік қатары. Ығысу ережесі.
Радиоактивтілік (лат. radіo - сәуле шығару, actіvus - әсерлік) - орнықсыз атом ядроларының басқа элементтер ядросына бөлшектер немесе гамма-кванттар шығару арқылы өздігінен түрлену құбылысы.
Радиоктивті ыдырау кезінде электр зарядтарының сақталу заңы
массалық сандардың сақталу заңдары орындалады, мұндағы Zяе жэне Ая -сәйкесінше аналык ядроның заряды
мен массалық саны; Ziе және Ai-радиоактивті ыдыраудың нәтижесінде алынған бөлшектің заряды мен массалык саны.
Берілген аналык ядродан эр түрлі типті радиоактивті ыдыраудың
нәтижесінде қандай ядро пайда болатынын тағайындауға мүмкіндік беретін ыгысу ережесі осы заңдардың салдары болып табылады:
Радиоактивті ыдыраудың нәтижесінде пайда болған ядролар радиоактивті болып келеді. Бұл тұракты элементтен аяқталатын радиоактивті түрленулер тізбегінің немесе қатарының туындауына экеледі. Осындай тізбекті түзетін элементтердің жиынтығын радиоактивті ядролардың топтамасы деп атайды.
11) Радиоактивті изотоптардың қолданылуы.
Радиоактивті изотоп, сондай-ақ радиоизотоп, радионуклид немесе радиоактивті нуклид деп те аталады, сол бірнеше түрдің кез-келгені химиялық элемент ядролары тұрақсыз және альфа, бета, және өздігінен сәуле шығару арқылы артық энергияны тарататын массалары әртүрлі гамма сәулелер. Кез-келген химиялық элементте бір немесе бірнеше радиоактивті изотоптар болады. Мысалға, сутегі , ең жеңіл элементтің массалық сандары 1, 2 және 3 болатын үш изотопы бар. Әртүрлі элементтердің 1800-ден астам радиоактивті изотоптары белгілі.
Радиоактивті изотоптардың көптеген пайдалы қосымшалары бар. Атап айтқанда, олар ядролық медицина және сәулелік терапия . Ядролық медицинада іздеуші радиоизотоптарды ішке қабылдауға, денеге енгізуге немесе ингаляциялауға болады. Радиоизотоп организм арқылы тек белгілі бір ұлпалар қабылдайды. Оның таралуын оның сәулеленуіне сәйкес бақылауға болады. Радиотерапия кезінде радиоизотоптар ауру клеткаларды жою үшін қолданылады. Радиотерапия, әдетте, қатерлі ісік ауруларын және тіндердің аномальды өсуіне байланысты басқа жағдайларды емдеу үшін қолданылады. Протондар, нейтрондар немесе альфа, бета-бөлшектер сияқты субатомдық бөлшектердің сәулелері ауруға ұшыраған тіндерге бағытталған, қалыптан тыс жасушалардың атомдық немесе молекулалық құрылымын бұзып, олардың өлуіне әкелуі мүмкін. Медициналық қолданбаларда нейтрондармен бомбаланған тұрақты изотоптардан алынған жасанды радиоизотоптар қолданылады.
Өнеркәсіпте мелал немесе пластик парақтардың қалыңдығын өлшеу үшін әртүрлі типтегі радиоактивті изотоптар қолданылады. Олардың дәл қалыңдығы тексерілетін материалға енетін сәулелердің беріктігімен көрінеді. Олар сондай-ақ өндірілген металл бөлшектерін құрылымдық ақауларға тексеру үшін үлкен рентген аппараттарының орнына пайдаланылуы мүмкін. Басқа маңызды қосымшаларға радиоактивті изотоптарды ықшам көздер ретінде пайдалану жатады, мысалы электр қуаты, ғарыш аппараттарындағы плутоний -238. Мұндай жағдайларда радиоактивті изотоптың ыдырауында пайда болатын жылу электр қуатына айналады.
12. Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері: зарядтталған бөлшектердің үдеткіштері.
Зарядталған бөлшектердің үдеткіші - жоғары энергиялы зарядталған бөлшектерінің электр өрісінде үдету арқылы алуға арналған құрылғы.
Зарядты бөлшек үдеткіштері - электр өрісінде үдету арқылы энергиясы жоғары зарядталған бөлшектерді (электрондарды, протондарды, атом ядроларын, иондарды, т.б.) алуға арналған құрылғы. Зарядты бөлшек үдеткіштерінде зарядталған бөлшектер вакуумдық камера ішінде электр өрісінің көмегімен үдетіледі. Ал магнит өрісі зарядталған бөлшектердің қозғалу бағытын (жылдамдығының шамасын өзгертпей) ғана өзгертеді. Үдетуші электр өрісі, әдетте, сыртқы құрылғы (генератор) көмегімен туғызылады. Сондай-ақ, бөлшектер басқа зарядталған бөлшектер өрісімен де үдетілуі мүмкін. Үдетілудің мұндай тәсілі ұжымдық тәсіл деп аталады. Зарядты бөлшек үдеткіштерін плазмалық үдеткіштен айыра білу керек. Плазмалық үдеткіште зарядталған бөлшектердің электрлік бейтарап түзілімдер ағыны үдетіледі. Зарядты бөлшек үдеткіштері - қазіргі физиканың негізгі құралдарының бірі. Жоғары энергиялы бөлшектер шоғы табиғатты, элементар бөлшектердің қасиеттерін зерттеуде, атом ядросы физикасы мен қатты дене физикасында, сондай-ақ, химия, биофизика, геофизика саласында, қолданбалы мақсатта (дефектоскопия, өнімдерді стерильдеу, сәулемен емдеу), т.б. қолданылады.
:: Үдетілетін бөлшектердің типіне сәйкес электрондық үдеткіштер:
протондық үдеткіштер
иондық үдеткіштер
:: Траекториясының сипатына қарай:
сызықты үдеткіштер (траекториясы түзу сызыққа жақын)
циклді үдеткіштер (траекториясы дөңгелекке не спиральға жуық)
:: Үдетуші өрістің сипатына қарай:
резонансты үдеткіштер (бөлшектер жоғары жиілікті электр өрісімен үдетіледі және үдетілген бөлшектердің қозғалысы өрістің өзгерісімен резонанста болады)
резонанссыз үдеткіштер (бөлшектерді үдету кезінде өріс бағыты өзгермейді, бұл үдеткіштердің екі түрі бар: индукциялық үдеткіштер және жоғары вольтті үдеткіштер)
Бөлшектердің орбита бағытына перпендикуляр орнықтылығын қамтамасыз ететін механизмге сәйкес:
біртекті фокустау үдеткіштері (фокустауыш күштің таңбасы траектория бойында тұрақты болады)
таңбасы айнымалы фокустау үдеткіштері (фокустауыш күштің таңбасы траектория бойында өзгеріп отырады).
13. Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері: пропорционалдық санауыш, көбікшелі камера,
Вильсон камерасы.
Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері:
Пропорционалды санауыш түрі болып табылады газ тәріздес иондалу детекторы өлшеу үшін қолданылатын құрылғы бөлшектер туралы иондаушы сәулелену. Негізгі ерекшелігі оның өлшеу қабілеті энергия импульстің детекторын шығару арқылы түскен сәулелену пропорционалды иондаушы оқиғаның әсерінен детектор жұтатын сәулелену энергиясына; сондықтан детектордың аты. Ол түсетін сәулеленудің энергетикалық деңгейлері белгілі болу керек, мысалы, арасындағы дискриминация кезінде кеңінен қолданылады альфа және бета-бөлшектер, немесе дәл өлшеу Рентген радиация доза. Пропорционалды санауыш а механизмдерінің тіркесімін пайдаланады Гейгер - Мюллер түтігі және ан иондау камерасы, және олардың арасындағы аралық кернеу аймағында жұмыс істейді. Ілеспе сызба тең осьтік цилиндрлік орналасу үшін пропорционалды қарсы жұмыс кернеуінің аймағын көрсетеді.
Көбікшелі камера жоғары энергиялы зарядталған бөлшектердің детекторы, онда бөлшектердің жолы (траекториясы) 1 металл пластина арасындағы кеңістікті толтыратын инертті газдағы көбекшелі тізбегі ретінде жазылады. Инертті газ арқылы өтіп, зарядталған бөлшек оны иондайды. Көбекшелі камерасының жеке пластиналарының арасында кернеу қолданылады, ол иондарды соққы ионизациясына қажетті энергияға дейін жеделдетуге қабілетті электр өрісін жасайды.
ВИЛЬСОН КАМЕРАСЫ - зарядталған бөлшектердің іздерін (траекторияларын) бақылауға арналған аспап. Бұл аспапты 1912 ж. ағылшын физигі Вильсон камерасының сыртқы Чарлз Вильсон (1869 - 1959) жасаған. Зарядталған көрінісі бөлшектердің траекторияларының бойында пайда болатын иондарға асақаныққан будың конденсациялануына негізделген. Осының нәтижесінде зарядты бөлшектердің жолдары көрінетін ізге айналады. Камера конденсацияланбайтын газбен (гелий, азот, аргон) және кейбір сұйықтың (су, этил спирті, т.б.) асақаныққан не қаныққан буымен Вильсон камерасының сұлбалық кескіні толтырылады. Бұл камераның ядролық физика тарихында маңызы зор болды. Осы камерамен қарапайым бөлшектер физикасында бірқатар жаңалықтар ашылған. ХХ ғасырдың 50 - 60-жылдары бұл камераның орнын көпіршікті камера мен ұшқындық камера басты.
14. Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері: фотоэмульсия әдісі, зарядтталған бөлшектердің үдеткіштері.
Фотографиялық әдіс зарядталған бөлшектер фотоэмульсияның жарыққа сезімтал қабатының молекулаларын иондап, түйірлерінің күңгірттену құбылысына негізделген. Фотографиялық эмульсия желатинде таралған бромдалған күмістің ұсақ кристаллдарынан құралған. Кристаллдарың өлшемі 0,1-1 мкм. Зарядталған бөлшектер фотоэмульсия арқылы өткенде оның кристаллдарын өзгертеді. Фотопластиналарды химиялық өңдеуден кейін фотоэмульсия арқылы өткен зарядталған бөлшектердің ізін (трек) көруге болады. Оны микроскоп арқылы көреді. Бұл әдіс ғарыштық сәулелерді зерттеу кезінде және зарядталған бөлшектер үдеткішінде (ускоритель) зарядталған бөлшектер әсерінен болатын әртүрлі өзгерістерді зерттеуге қолданады.
Зарядталған бөлшектердің үдеткіші - жоғары энергиялы зарядталған бөлшектерінің электр өрісінде үдету арқылы алуға арналған құрылғы Зарядты бөлшек үдеткіштері - электр өрісінде үдету арқылы энергиясы жоғары зарядталған бөлшектерді (электрондарды, протондарды, атом ядроларын, иондарды, т.б.) алуға арналған құрылғы. Зарядты бөлшек үдеткіштерінде зарядталған бөлшектер вакуумдық камера ішінде электр өрісінің көмегімен үдетіледі. Ал магнит өрісі зарядталған бөлшектердің қозғалу бағытын (жылдамдығының шамасын өзгертпей) ғана өзгертеді. Үдетуші электр өрісі, әдетте, сыртқы құрылғы (генератор) көмегімен туғызылады. Сондай-ақ, бөлшектер басқа зарядталған бөлшектер өрісімен де үдетілуі мүмкін.
Зарядты бөлшек үдеткіштерін әр түрлі белгі бойынша жіктелуі
Үдетілетін бөлшектердің типіне сәйкес электрондық үдеткіштер: протондық үдеткіштер иондық үдеткіштер
Траекториясының сипатына қарай: сызықты үдеткіштер (траекториясы түзу сызыққа жақын) циклді үдеткіштер (траекториясы дөңгелекке не спиральға жуық)
Үдетуші өрістің сипатына қарай: резонансты үдеткіштер (бөлшектер жоғары жиілікті электр өрісімен үдетіледі және үдетілген бөлшектердің қозғалысы өрістің өзгерісімен резонанста болады) резонанссыз үдеткіштер (бөлшектерді үдету кезінде өріс бағыты өзгермейді, бұл үдеткіштердің екі түрі бар: индукциялық үдеткіштер және жоғары вольтті үдеткіштер)
Бөлшектердің орбита бағытына перпендикуляр орнықтылығын қамтамасыз ететін механизмге сәйкес: біртекті фокустау үдеткіштері (фокустауыш күштің таңбасы траектория бойында тұрақты болады) таңбасы айнымалы фокустау үдеткіштері (фокустауыш күштің таңбасы траектория бойында өзгеріп отырады)
15. Ядролық реакцияның қимасы. Ядролық реакциялар кезіндегі сақталу заңдары.
16. Ядролық реакциялардың механизмі. Трансурандық элементтер.
Ядролардың нықтығын дөлірек сипаттайтын, Трансурандық элементтер қолдануға ыңғайлы шама меншікті байланыс энергиясы
Епсилон (Е)= Е_бА
ядроның бір бөлшегіне тиісті орташа байланыс энергиясы.
Байланыс энергиясының анықтамасынан меншікті байланыс энергиясының екі
тәуелсіздің - ядроның электр және бариондық зарядтарының - функциясы екені көрінеді. Егер барлық белгілі ядролар (2000 жуық) үшін меншікті байланыс энергиясының зарядтарға тәуелділігін сызсақ, ол энергетикалық деп аталатын бет береді. Ол беттің түрі жота сияқты болады. Жотаның қырында жататын нұктелер меншікті байланыс энергиясы ең үлкен, яғни р~ыдырауға нық, ядроларға сәйкес келеді. Жотаның бөктерлерінде жататын ядролар β+ немесе β- ыдырауға душар болады. Жотаның қырының (A,Z) жазықтығына проекциясы, яғни β-ыдырауға нық ядролар үшін олардың зарядтарының өзара тәуелділігі
Z= A 1.98+0.015*A^23
17. Атом ядроларының бөлінуі және синтезі. Бөлінудің қарапайым теориясы.
Бөліну деп ядроның өздігінен немесе сыртқы қоздырғыштың әсерінен екі (кейде үш, өте сирек төрт) массалары жақын, бірақ бірдей емес жарқыншақтарға жіктелуін ұғады. Ядроның бөлінуі көптеген бөлшектердің - фотондардың, протондардың, дейтрондардың т.б. әсерінен өтуі мүмкін. Олардың ауыр ядролардың құрылымын, бөліну механизмін зерттеуде маңызы зор, бірақ нейтронның әсерінен өтетіндерінен басқалары тәжірибелік қолдану таппады.
Сонымен, ядролардың бөлінуі деп, олардың нейтрондардың әсерінен екі жарқыншаққа жіктелуін түсінеді. Бұл, тұрғыдан ядролардың бөлінуі, нейтрондардың әсерінен өтетін реакциялардың шығыстық арналарының бірі. Оның ядролық реакцияларға арналған тарауда қаралмай жеке тарауға бөлінуінің екі себебі бар. Бірінші, бөліну кезінде ядролардың құрылымында терең өзгерістер болады және бөліну механизмі басқа ядролық реакциялардың механизмдерінен мүлдем өзгеше. Екінші, ядролық реакторлардың жұмысы, яғни ядролық энергетика мен басқа ядролық өнеркәсіптің салалары, осы ядролардың нейтрондардың әсерінен бөлінуіне негізделген.
Ядролық энергия өндіруге мүмкіндік беретін ядролық реакциялардың, бөлінуден басқа екінші түрі-жеңіл ядролардың синтезі - аса жеңіл ядролардан ауырырақ ядролардың құрылуы.Бұл тұрғыдан болашағы мол реакциялардың қатарына, көрші ядроларға қарағанда меншікті байланыс энергиясы үлкен He 42ядросын синтездеу реакциясын жөне басқа ең жеңіл ядролардың синтезделу реакцияларын жатқызуға болады.Ядролық бөліну кезінде бөлініп шығатын энергия (~200МэВ) ядролық синтез кезінде бөлініп шығатын энергиядан (20МэВ) әлдеқайда көп сияқты. Осыған қарамастан термоядролық реакцияларға көп ықылас бөлінеді.Екі реакцияның тиімділігін анықтау үшін реакция кезінде бөлінетін жалпы энергияны емес, меншікті, оның бірлік массасына немесе бір нуклонға келетін энергияны қарастыру керек. Мысалы, уран-235-тің бір грамында дейтерийдің бір грамынан 2352 есе кем ядро болады. Бір уран-235 ядросы бөлігінде 200МэВ-қа жуық энергия, ал екі дейтерий ядросының қатысуыменH31немесе He 32ядросының синтезі кезінде орта есеппен 3,6 МэВ энергия бөлініп шығады. Бұл ядролық синтез кезінде бөлініп шығатын энергияның ең азы деуге болады
18. Бөліну көрсеткіші. Спонтандық бөліну.
Бөліну деп ядроның өздігінен немесе сыртқы қоздырғыштың әсерінен екі (кейде үш, өте сирек төрт) массалары жақын, бірақ бірдей емес жарқыншақтарға жіктелуін ұғады. Ядроның бөлінуі көптеген бөлшектердің - фотондардың, протондардың, дейтрондардың т.б. әсерінен өтуі мүмкін. Олардың ауыр ядролардың құрылымын, бөліну механизмін зерттеуде маңызы зор, бірақ нейтронның әсерінен өтетіндерінен басқалары тәжірибелік қолдану таппады.
Реакторлар қолданылуына қарай ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz