Резерфорд тәжiрибесi. Атомның ядролық моделi

Барлық заттар бөлiнбейтiн аса ұсақ бөлшектерден – атомдардан тұрады деген ұғым ерте қалыптасқан болатын. Егер атом шындығында заттың бөлiнбейтiн алғашқы кiрпiштерi болса табиғаттағы кездесетiн сан алуан заттарға сан алуан атомдар сәйкес қойылуы тиiс. Бұлай болуы бiр жағынан күмән туғызады.
Физика ғылымының дамуы барысында ХIХ ғасырдың аяғына қарата атомның қасиеттерiне байланысты жаңа тәжiрибелiк деректер жинала бастады. Мысалы М.Фарадей 1833 жылы электролиз құбылысын зерттеу барысында электролит ертiндiлерiндегi ток иондардың реттелген қозғалысы екенiн анықтады. Ал 1897 жылы Дж.Томсон сиретiлген газдардағы электр разрядын зерттеу барысында қыздырылған немесе ультракүлгiн жарықпен сәулелендiрiлген кез-келген химиялық элементтiң атомы өзiнен терiс зарядталған бөлшектердi шығатынын анықтады. Осылай алғашқы элементар бөлшек – электрон ашылды. Атом құрлысының күрделiлiгiне нұсқайтын тағы бiр бұлтартпас факт 1869 жылы орыс ғалымы Д.И.Менделеев ашқан химиядық элементтердiң периодтылық заңы. Атомдық масса өскен кезде элементтердiң қасиеттерiнiң қайталануын атомның құрамына кiретiн бөлшектердiң саны өскен кезде оның iшкi құрылымының қандай да бiр ерекшелiгiнiң қайталануымен түсiндiруге болатындай.
Атомды күрделi жүйе деп ұйғарып, оның алғашқы моделiн ұсынған ғалым – Дж.Томсон. Томсон моделi бойынша атом дегенiмiз радиусы шамамен 10-10 м болатын шар. Бұл шардың бүкiл көлемi оң зарядталған, ал терiс зарядталған электрондар оның iшiнде су тамшысының iшiнде жүзiп жүрген түйiршiктер тәрiздi қозғалып жүредi (7.1 - сурет) . Томсон моделi атомның бiрқатар қарапайым қасиеттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жағдайда қиыншылыққа тiрелетiн.
Осы тұрғыдан атом құпиясына тереңiрек үңiлiп, оның жаңа бiр моделiн ұсынған ғалым ағылшын оқымыстысы Э.Резерфорд болатын. Ол өз тәжiрибелерiнде аса шапшаң
        
        Резерфорд тәжiрибесi. Атомның ядролық моделi
Барлық заттар бөлiнбейтiн аса ұсақ бөлшектерден – атомдардан тұрады деген
ұғым ерте ... ... Егер атом ... ... ... кiрпiштерi болса табиғаттағы кездесетiн сан алуан заттарға сан
алуан атомдар ... ... тиiс. ... ... бiр ... ... туғызады.
Физика ғылымының дамуы барысында ХIХ ғасырдың ... ... ... ... жаңа ... ... ... бастады. Мысалы
М.Фарадей 1833 жылы ... ... ... ... электролит
ертiндiлерiндегi ток иондардың реттелген қозғалысы екенiн анықтады. Ал ... ... ... газдардағы электр разрядын зерттеу барысында
қыздырылған немесе ультракүлгiн жарықпен ... ... ... ... ... ... ... бөлшектердi шығатынын
анықтады. Осылай алғашқы ... ...... ... Атом
құрлысының күрделiлiгiне нұсқайтын тағы бiр бұлтартпас факт 1869 жылы орыс
ғалымы Д.И.Менделеев ашқан химиядық ... ... ... ... ... ... элементтердiң қасиеттерiнiң қайталануын атомның құрамына
кiретiн бөлшектердiң саны ... ... оның iшкi ... ... да ... ... түсiндiруге болатындай.
| ... - ... ... ... жүйе деп ... оның ... моделiн ұсынған ғалым ... ... ... ... атом ... радиусы шамамен 10-10 м
болатын шар. Бұл шардың бүкiл ... оң ... ал ... ... оның iшiнде су тамшысының iшiнде жүзiп жүрген ... ... ... ... . ... ... атомның бiрқатар
қарапайым қасиеттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп ... ... ... - сурет |
Осы тұрғыдан атом ... ... ... оның жаңа бiр моделiн ұсынған
ғалым ағылшын оқымыстысы Э.Резерфорд болатын. Ол өз ... ... ... жұқа ... фольгадан шашыраған кездегi бұрыштық таралуын
зерттей келе ... ... ... деп ... моделiн ұсынды.
Резерфордтың бұл моделi бойынша атомдағы оң зарядтар ... ... ... ... керiсiнше, оның орталығында жинақталады. Оны атом
ядросы деп атайды. Ал электрондар болса Күн жүйесiндегi планеталар ... ... ... ... (7.2 - сурет). Электрондардың массасы аса аз
болғандықтан атомның бүкiлдей дерлiк массасы ... ... ... ... өлшемiмен салыстырғанда шамамен 105 еседей кiшi.
Бор постулаттары. Бор жасаған сутегi ... ... ... ... ... жұқа ... ... шашырауын дұрыс
түсiндiргенiмен екiншi жағынан басқа қиындыққа жолықты. Оның мәнiсi мынада
болатын. Классикалық ... ... ... ... ... ... жүйелер орнықты болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны
айнала үдей қозғалатын болғандықтан өзiнен электромагниттiк сәуле ... Ал ... ... шашу оның ... ... де ... ... айналу радиусы бiрте-бiрте кемiп, түбiнде ол ядроға құлап түсуi
тиiс болатын. Бiрақ ... ... ... керi нәтиже бередi. Атом орнықты
жүйе және ол қозбаған күйде болса өзiнен ешқандай да сәуле шығармайды.
Теория мен тәжiрибенiң ... ... ... шешу ... бiраз тер төгуге тура келдi. Бұл бағыттағы зерттеулер барысында
алғашқы ... ... дат ... ... Бор ... Ол ... ... жүйеге қатысты барлық көзқарастарын қайта ... ... ... ... жаңа ... деректердi түсiндiруде дәрменсiз
екенiне көзi жеттi. Бұл жерде классикалық физика ұғымдарының ... шығу ... ... ... Бор 1913 жылы ... ... да, ол ... шығаруы мен жұтуы жөнiндегi өзiнiң түсiнiгiн мынадай екi постулат
түрiнде тұжырымдады :
1. ... тек ... ... деп ... ... да бiр ... бола ... Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей қозғалғанымен
өзiнен сәуле ... ... ... ... жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi стационарлық
күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған ... ... ... мына ... ... ... En және En осы ... күйлердiң энергиясы, ал h – Планк
тұрақтысы.
Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия ... ... ... сәуле
шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ... және ... ... ... үшiн ... ... ... нәтижесiмен сәйкес келуi
Бор теориясының үлкен табысы едi. Бiрақ бұл әлi де стационар ... атом ... ... ... ... ... ... күйiнiң дискреттi болатынын алғаш рет дәлелдеген
тәжiрибе – Дж.Франк және ... ... 1913 жылы ... бұл
тәжiрибеде электрондардың сынап атомынан шашырауы зерттелген болатын.
Шығару және жұтылу ... ... ... ... ... ... және ... тәрiздi құбылыстар кезiнде ақ
жарықтың бiрнеше түске жiктелетiнi тәжiрибеден белгiлi. ... ... ... Ньютонның ақ жарықты жiктегенiн бiлемiз. Тәжiрибе жалпы
спектрлердi мынадай ... ... ... болатынын көреттi : тұтас спектр,
сызықтық сектр жiне жолақты спектрлер.
Тұтас спектрдi қатты дене, сұйық және ... ... ... ... ... ... ... Тұтас спектр шартты түрде жетi түске бөлiнедi
: қызыл, оранж, сары, жасыл, ... көк және ... Бұл ... ... шекара жоқ. Бiр түс екiншi түске ... ... ... ... оның ... ... ... ұзындығындағы жарықтың
бар екенiн көрсетедi. Бұлай болуының басты себебi жарық шығарып ... бiр ... ... ... Осы ... ... салдарынан
әрбiр атом шығарған монохроматты жарықтар ұйытқып, бiр-бiрiмен ... ... ... ... ... ... спектроскоп арқылы
қарасақ жiңiшке сызықтардан ... ... ... ... сызықтық
спектрдiң байқалуы жарық шығарып тұрған зат осы сызықтарға сәйкес келетiн
жиiлiктегi ғана жарықты шығарып тұрғанының ... Бұл ... ... атомдары шығарады. Газ жақсы ... ... ... ... әсерлеспейдi десе де болады. Ал ... ... ... және бұл сызықтарға сәйкес келетiн жиiлiктiң мәнi ... ... ... ... тұрған газдың тығыздығын бiрте-бiрте арттыратын болсақ,
онда спектр сызықтарының енi бiрте-бiрте артып, тұтасып кетедi.
Тағы бiр ... ... түрi ... ... Олар ... ... бөлiнген енi едәуiр үлкен жолақтардан тұрады. Ажыратқыштық қабiлетi
жоғары спектроскоптың көмегiмен жеке ... ... ... ... өте ... ... жеке сызықтардың жиынтығы екенiне көз
жеткiзуге болады. Сызықтық спектрлердi жеке ... ... ... ... ... ... немесе әлсiз байланысқан молекулалар
туғызады.
| ... - ... ... кезге дейiнгi қарастырғанымыз жарықтың шығару спектрлерi (7.3 - сурет).
Жарықты атомдар тек ... ... ... қана ... ... ... ... жұтады да. Мысалы ақ жарықты температурасы төмен,
өзiнен ... ... ... газ ... ... ... ... спектрiнiң бетiнде қара сызықтар пайда ... Бұл ... (7.4 - ... ... - ... ... ... оны ... ... ... құрлысымен тiкелей байланысты.
Ал әрбiр заттың атомы бiр-бiрiнен ерекше, олай болса ... ... ... де ... Бұл ... ... ... зерттей отырып, оның
химиялық құрамын анықтауға мүмкiндiк бередi. Бұл әдiстi спектрлiк сараптау
деп ... ... ... ... ... ... ... физиканың iрi табыстарының бiрi оптикалық
кванттық генератор, немесе ... ... ... ... ... ... сөз ағылшынның "Light Amplificatoin by Stimulated Emission of
Radiation" деген ... ... ... алынған (LASER). Бұл
"мәжбүрленген сәуле шашудың көмегiмен жарықты күшейту" дегендi бiлдiредi.
Мәжбүрленген ... ... ... ... физикалық негiзi болып
табылады.
Атомдардағы электрондардың бiр деңгейден екiншi ... ... ... сәуле шығаруын өз еркiмен немесе спонтанды сәуле шығару деп атайды.
Атомдар бұл жағдайда сәуленi бiр-бiрiнен тәуелсiз шығаратын болғандықтан ... ... ... ... жылы А.Эйнштейн, атом электрондарының жоғарғы деңгейден төменгi
деңгейге өте отырып өзiнен сәуле шығаруы бұл ... ... әсер ... ... ... де болу ... болжады. Мұндай сәуле
шығаруды мәжбүрленген немесе индуцирленген сәуле шығару деп ... ... ... ... ... атомның өзiндiк жиiлiгiмен сәйкес келсе,
онда резонанстық эффекттiң ... ... ... ... күрт өседi. Яғни, жиiлiгi қозған атомның өзiндiк жиiлiгiмен
дәл келетiн фотон осы атомның электронымен әсерлескен кезде ол атом ... ... ... ... ... де бiр ... қасында жиiлiгi
тура сондай екiншi фотон пайда болады. Бұл ... ... әрi ... ... ... ... түрде өтедi де жарық күрт күшейедi. Бұл жөнiнде мына
жерден қарап көруге болады.
| ... - ... ... ... зат арқылы өткен кезде заттағы негiзгi күйде тұрған атомдар
жарықты жұтады да, қозған атомдар ... ... ... ... ... зат ... ... кезде күшею үшiн заттағы атомдардың тең
жартысынан көбi ... ... ... тиiс. Заттардың мұндай күйi - деңгейлерi
инверсиялы қоныстанған күй деп аталады (inversio – ... ... ... бiлдiредi). Атомдар әдетте қозған күйде өте аз, 10-9 – 10-7 ... ғана ... ... инверсиялы қоныстанған күйлердi алу
оңай шаруа емес. Бiрақ кейбiр атомдардың қозған күйде ... ... 10-3 ... ... ... ... Ондай күйлердi метатұрақты күйлер деп атайды.
Осындай метатұрақты ... бар ... ... ... қолданады.
Алғашқы лазерлер ретiнде рубиннiң кристаллдары пайдаланылды. Ондағы
атомдарды қоздыру үшiн ... ... ... ... ... ... ... шаммен орады. Шам жарқ етiп жанған кездегi шыққан
энергияны рубин атомдары жұтып, метатұрақты ... ... ... ... оларды үрлеу деп аталады. Бүкiл қозған атомдардың сәуле шығаруы бар
болғаны 10-8 – 10-10 с ... ... Осы ... ... ... ... ... 109 Вт-қа дейiн жетуi мүмкiн. Бұл ... ... да ... ... ... ... оның аса ... монохроматтылығы,
шашырамайтын сәуле түрiнде алу мүмкiндiгi және аса қуаттылығы.
Бүгiнгi күнде кристаллдардағы ... ... ... және ... лазерлер жасалған. Бояғыштағы ... ... ... ... ... кең ауқымда өзгертудiң мүмкiндiгi
бар.
Лазерлер бүгiнгi күнде сан алуан ... ... Олар ... ... және ... ... ... лазерлiк сәуленiң
көмегiмен волоконды оптикада ... ... және ... ... ... болады. Тасымалдаушы жиiлiктiң аса жоғары (1013 –
1014 Гц) болуы бiр жарыққұбыры ... ... ... ... ... ... дейiнгi телехабарды бiрмезгiлде ... ... ... ... ... ... жүзеге асыру мүмкiндiктерi
зерттелуде.
Зарядталған бөлшектердi бақылау мен тiркеудiң әдiстерi
Бөлшектердiң ... ... ... ... ... ... және осы ... кезiндегi олардың сан алуан түрленулерiн т.с.с.
зерттеудiң ... зор. Ол үшiн бiз ... ... әрi ... ... Сондықтан, ядролық физиканың туындылап, даму кезеңiнен бастап-ақ
бөлшектердi тiркеп, оны бақылаудың әдiстерi де ... ... ... ... ... ... бiрi фотоэмульсия әдiсi.
Радиоактивтiлiк құбылысының өзi ядролық ... ... ... ... ... болатын. Бұл әдiс күнi бүгiнге дейiн элементар
бөлшектер физикасында, ғарыштық ... ... ... қолданылады.
Әдiстiң мәнi мынада: зарядталған шапшаң бөлшек фотоэмульсияның қабаты
арқылы ... ... өзi ... ... ... көрiнбейтiн iз қалдырады
да бұл iз фотопластинканы өңдегеннен соң айқын ... ... ... iздiң ... және ұзындығы арқылы бөлшектiң зарядын ... ... ... ... ... - ... ... ядролық физиканың тамаша құралдарының бiр – Вильсон ... ... ... ... мынадай: Қақпағы әйнектен жасалған цилиндр тектес
ыдыстың iшiнде спирттiң буымен қаныққан ауа бар. Егер поршендi тез ... ... ... ... адиабаталық үрдiстiң салдарынан ондағы
ауа мен бу салқындайды да аса қаныққан күйге өтедi. Егер дәл осы ... ... ... ... ... оның ... бойындағы аса
қаныққан бу бөлшектерi конденсацияланып, ұсақ ... ... ... ... трек деп атайды. Осы сәтте бүкiл камераны жарқ ... ... бұл ... ... қара ... ақ ... ... (7.6-сурет). Дәл өлшеулер жүргiзу үшiн әдетте Вильсон ... ... ... ... Онда бұл ... ... ... жатқан зарядталған бөлшектердiң траекториясы қисаяды. Сыртқы магнит
өрiсiнiң индукциясы белгiлi болған жағдайда бөлшек траекториясының қисықтық
радиусын ... ... оның ... мен ... және ... ... бар.
| ... - ... ... ... ... мүмкiндiк беретiн тағы бiр құрал –
көпiршiктi камера. Көпiршiктi ... ... ... ... өте ... тұрған сұйықпен толтырады. Мұндай сұйық ретiнде
әдетте сұйылтылған сутегi, пропан, ксенон т.с.с қолданады. Камера ... ... ... ... ол ... жолдың бойындағы ... ... ... артып, қайнайды да бу көпiршiктерi пайда
болады. Ал оны ... ... ... ... суретке түсiрiп
алуға болады (7.7-сурет). Көпiршiктi камерадағы сұйықтың тығыздығы ... ... ... әлде ... артық болғандықтан мұнда аса
дәл өлшеулер жүргiзудiң мүмкiндiгi бар.
| ... - ... ... ... ... мен ... тiркеуде Гейгер-Мюллер
есептегiштерi қолданылады (7.8-сурет). Ол iшi өте аз қысымдағы (шамамен 0,1
атм) газ ... ... ... мен ... ... ... қоспасымен
толтырылған цилиндр трубкадан тұрады. Цилиндрдiң ... одан ... ... жiңiшке сым бар. Бұл жiңiшке сым анодтың, ал цилиндрдiң
корпусы катодтың ролiн атқарады. Анод пен ... ... аса ... берiлген. Есептегiштiң жұмыс көлемi арқылы зарядталған бөлшек өткен
кезде ол өз ... газ ... ... да, ... ... электрон
мен оң ион жоғарғы кернеудiң салдарынан туындылаған өрiстiң әсерiнен сәйкес
анод пен ... ... үдей ... Бұл ... өз кезегiнде жолында
кездескен газдың басқа атомдарын иондайды, сөйтiп бұл үрдiс тасқынды сипат
алады. Иондалған бөлшектер тасқыны анод пен ... ... ... ... аз ... тұйықталады да, бөлшек тiркеледi.
| ... - ... ... сәуле шашудың кез-келген түрiн тiркеу үшiн ... ... ... ... ... ... принципi Гейгер-
Мюллер есептегiштерiнiң жұмыс iстеу принципiне ұқсас. Мұнда тек анод ... ... ... кернеудiң шамасы аса үлкен емес. Сондықтан
тiзбекте пайда ... ... ... аса аз. Оны ... ... ... иондаушы бөлшектердiң қарқыны жөнiнде баға беруге болады.
Табиғи радиоактивтiлiк. α, β, γ – ... ... ... мен ... саны ... ... олардың
қосындысы, яғни нуклондардың саны бiрдей болатын ядролар изобаралар деп
аталады. Мысалы нуклондарының саны 10-ға тең ... ... ... :
, және . Тәжiрибе, негiзiнен бiр ... ... ... ... ... тек ... ғана орнықты болатынын көрсетедi.
Мысалы жоғарыдағы изобарлардың iшiнен тек ғана орнықты. Атом ядросының
орнықтылығын ... ... ... : ядро ... болу үшiн оның
энергиясы осы ядро өз еркiнше ... ... ... барлық ядролардың
энергиясынан аз болуы тиiс.
Изобарлардың энергиясының әртүрлi болуы протон мен нейтронның массаларының
әртүрлi ... және ... ... ... болуымен түсiндiрiледi.
Мұндай энергиясы жоғары ... ядро ... ... ... ... ядроларға ыдырау арқылы немесе өз ... бiр ... ... ... ... ... ... өз бетiнше басқа ядроға өзгеруi
радиоактивтiлiк деп аталады. Табиғатта ... ... ... ... деп ... Ал ... ... көмегiмен алынған изотоптардың радиоактивтiлiгiн ... деп ... ... ... және ... деп ... ... түрде, олардың бiр-бiрiнен принципиальдi ... ... ... ... ... және β-ыдырау болып табылады.
Альфа-ыдырау деп берiлген ядроның өз еркiмен альфа-бөлшекке және ... мына ... ... ... ... ... ... ядроның заряды екiге, ал массалық
саны төртке кемидi. Тәжiрибе Zi82 ... ... ... ... ... ... ... бiр мысалы ядросы. Бұл ядроның
альфа ыдырауының нәтижесiнде альфа бөлшектi және торий ядросының ... ... ... ... ... ... 4,18 ... сәйкес торий изотопының кинетикалық энергиясы 0,07 МэВ болады.
Альфа-ыдыраудың механизмiн классикалық физика ... ... ... тұрғысынан альфа-бөлшек ядродан бөлiнiп шығу үшiн
ядролық тартылыс күшiне қарсы ... ... ... Ал ... ... ... ... Бұлай болуының себебi кванттық механикадағы
бөлшектiң толқындық қасиетiмен байланысқан ... ... ... үш ... ... Олар ... ... және К-
қармау бета-ыдыраулары. Электрондық ... ... ядро өз ... бiр бiрлiкке арттыра отырып өзiнен электронды ұшырып шығарады. Бұл
құбылыстың негiзiнде ... мен ... ... ... ... ... Бос нейтронның массасы бос протон мен ... ... ... ... энергетикалық тұрғыдан мұндай ыдырау тиым
салынбаған. Тәжiрибе нәтижелерiн терең талдау бұл ыдырау кезiнде протон ... ... ... мен массалық саны нөлге тең тағы бiр ... ... ... ұсынысы бойынша нейтрино деп ... ... 1956 жылы ... ... ... ... ... реакциясы
мұндағы - электрондық антинейтрино.
Ядроның байланыс энергиясының ... ядро ... ... ... ... бұл бөлшектiң бос күйiндегi массасынан негiзiнен аз
екенi шығады. Осы себептен де ядро құрамындағы ... ... ... ... ... Тек ... ... кейбiр ядроларда ғана
мұндай түрлену энергетикалық тұрғыдан мүмкiн болады. Мұндай ядроларды бета-
радиоактивтi ядролар деп ... ... ... ... ... ... ... болғандықтан ядроның массалық саны өзгерiссiз қалады.
Массасы нейтронның массасынан аз болғандықтан бос ... ... ... ... ... ... анықталмағандық
принципiне сәйкес кейбiр сәтте нейтронның массасынан артық болып кетуi де
мүмкiн. Бұл жағдайда мына ... ... ... ... ... ... электрондық қармау кезiнде атомның ... бiрi ... ... γ - ... ... радиоактивтiлiктiң дербес түрi болып табылмайды. Әдетте
γ - сәуле шығару альфа- және ... ... ... ыдыраулардың
нәтижесiнде алынған еншiлес ядро әдетте қозған күйде болады. Ал ол ... ... ... ... ... ... ... негiзгi күйге өткен том
тәрiздi өзiнен γ - ... ... ... бұл ... ... ... ... энергиясынан әлде қайда үлкен болады.
Радиоактивтiлiк ыдырау заңы. Ығысу ережесi
Радиоактивтi ... заңы деп ... ... санының уақыт бойынша
өзгеру заңдылығын айтады. Бұл заңды оңай анықтауға болады. Шындығында, ... да бiр ... ... ... ... саны N ... онда dt
уақыт аралығында ыдырайтын ядролардың саны dN мынаған тең болады
dN=-λN·dt
мұндағы минус таңбасы dN – дi ... ... ... ... ... Ал λ, ... ядроның бiрлiк уақыт аралығында
ыдырау ықтималдылығы. Оны әдетте ыдырау тұрақтысы деп атайды. Бұл өрнектi
интегралдай отырып
lnN =-λt + ... ... t=0 ... ... ... радиоактивтi ядролардың
санын N0 деп белгiлей отырып, const = lnN0 ... ... ... =N0 ... осы ... ... ыдырау заңы болып табылады (7.10 - сурет).
Бастапқы радиоактивтi ядролардың жартысы ... ... ... деп ... Т1/2 ... ... Онда бұл ... бұдан
| ... - ... ... күнге дейiнгi белгiлi радиоактивтi ... ... 3·10-7 ... 5·1015 ... ... ... ... ие.
Радиоактивтi заттың активтiлiгi деп бiрлiк уақыт аралығында болатын
ыдыраудың санын айтады, яғни
Бұл ... ... ... ядролардың санына пропорционал, ал
жартылайыдраудың периодына керi пропорционал екенi көрiнiп тұр.
Активтiлiктiң ... ... ... ... ... (Бк).
Беккерель деп 1 с iшiнде бiр ыдырау ... ... ... ... Нақтылы өмiрде активтiлiктiң кюри (Ки) деп аталатын
бiрлiгi жиi қолданылады. Кюри ... 1 с ... ... ыдырау
жасайтын радиоакивтi заттың активтiлiгi алынған.
Атом ядросының құрылысы. Атом ... ... ... ... ... ... ядросы оң зарядталған протоннан
және заряды жоқ нейтроннан ... ... ... ... ... ... ... тең. Протон мен нейтрон нуклон деп ... ... ... ... күйi ... ... ... протондардың саны
Z, Менделеевтiң периодтық жүйесiндегi химиялық элементтiң атомдық нөмiрiмен
сәйкес. ... ... саны N деп ... 11Н және ... ... ... ядролар үшiн N≥Z. Менделеевтың периодтық
таблицасының ... ... ... ... ... үшiн N≈Z, ал екiншi
жартысындағы элементтерде нейтронның саны ... ... ... саны деп A=N+Z ... нуклондардың жалпы санын айтады.
Ядроны әдетте ... ... ... ... саны ... ... саны әртұрлi ядроларды изотоптар деп ... ... саны ... ... да, ... саны ... ... Мысалы
сутегiнiң изотоптары: , (немесе -дейтерий), (немесе - тритий); гелийдiң
изотоптары: , ; ... ... , . ... күнi ... ... ... ... орнықты, ал екi ... ... ... ... ... ... ... массасынан 1836 есе кiшi болғандықтан ядроның
массасы ... ... ... десе де болады. Элементар ... ... ... ... бiрлiгi (м.а.б) деп аталатын жүйеден тыс
бiрлiкпен өлшейдi. 1 м.а.б. ретiнде сутегiнiң изотопының ... ... ... ... ... өзiндiк қозғалыс мөлшерi моментiмен - ... ... ... ... спиндерi арқылы анықталады. Әрбiр
нуклонның спинi ... тең. Жұп ... ... ядроның спинi (ħ
бiрлiгiнде) бүтiн санға немесе нөлге тең. Ал тақ нуклоннан тұратын ядроның
спинi (ħ ... ... ... санға тең.
Атом ядросы алып тұрған көлемнiң айқын ... жоқ. Бұл ... ... ... Сондықтан ядроның өлшемдерiн шартты түрде
анықтайды. Ядроның көлемi нуклонның сандарына пропорционал. Сондықтан
ядроны ... R-ға тең ... деп ... оның ... ... мынадай
эмпириялық өрнекпен анықтайды
R=R0A1/3 мұндағы R0 =(1,3 - 1,7)·10-15 м
Ядроның өлшемдерi өте аз ... ... ... ... ... өте ... болады. Мысалы құрамында 82 протоны бар ... ... ... күшi ... мың ... ... ... ядро
бұл тебiлу күшiнiң салдарынан бөлшектенiп кетпейдi. Бұл ... ... ... ... ... де ... ... күшiнiң бар екенiн
көрсетедi. Бұл күштердi ядролық күштер деп, ал бұл ... ... ... ... деп ... ... мен ... пәрмендi
әсерлесу тұрғысынан алғанда ешқандай айырмашылығы жоқ сондықтан ... ... ... ... бiр ... ретiнде қарастырады.
Ядролық күштер өте аз аралықта әсер ... ... ... ... Ол ... ... ... әсер етедi де одан тысқары жерде өте тез ... деп ... ... көмегiмен ядроның массасын өлшеу
кез-келген Z протоннан және N нейтроннан тұратын ядроның массасы бос ... ... мен N ... ... ... аз ... көрсеттi. Ал
масса мен энергия арасындағы байланысты ескерсек бос ... ... ... ... ... ... ... артық екенi шығады. Олай болса, ... оны ... ... үшiн осы ... айырымына тең энергия жұмсау
керек. Мұндай энергияны DЕбай ... ... ... деп ... =Zmp c2 +Nmn c2 -mя с2 ... Δm=Zmp+Nmn-mя массалар ақауы деп аталады. Ядродағы бiр нуклонға
келетiн орташа байланыс энергиясын Δεбай деп ... ... ... ... деп атайды.
Резерфорд тәжiрибелерiнен атомның өлшемдерi өте кiшi ядродан және оны
қоршаған ... ... ... ... Ендi ... алдында
жаңа физикалық нысанды, атом ядросының құрылымы мен қасетiн зертеу мәселесi
туды. Атом ... ... ... бiрi оның ... Ядроның
зарядын өлшеу оның мәнi элементар зарядты сәйкес химиялық элементтiң ... ... тең ... яғни q=Ze ... көрсеттi.
Уран ядросының бөлiнуi. Ядролық реакцияда энергияның бөлiнуi
Бөлшектердiң атом ... ... ... оны ... ядро мен
бөлшекке өзгертуi ядролық реакция деп аталады. Ядролық реакцияны символдық
түрде былайша ... A+a->B+b ... A(a,b)B. ... ... ... бiрмәндi болып өтпейдi, яғни A+a->B+b схемасымен қатар A+a->C+c
схемасы да жүзеге асуы ... ... ... ... ... оның
каналдары деп аталады.
Ядролық реакция кезiнде толық заряд және нуклондар саны сақталады. Сонымен
қатар бұл ... ... ... және ... ... ... заңы
орындалады.
Ядролық реакциялар энергия бөлiне немесе жұтыла отырып өтуi мүмкiн. ... ... ... ... ... түсетiн және реакциядан
шығатын бөлшектердiң массаларының айырымын бiле отырып өө өрнегiнен есептеп
табуға болады.
Әртүрлi ... ... ... ... ауыр ядролардың бөлiну
реакциясының маңызы ерекше. Ауыр ядролар ондағы ... ара ... ... ... ... келедi. Бұл ауыр ядролардың меншiктi
байланыс энергиясының орташа ядролармен салыстырғанда аз болатынан көрiнiп
түр. ... ... ... тағы бiр ... ... ... ... кетедi. Осының бiр мысалы, уран ядросының ... ... ... ... ... рет 1939 жылы ашылған болатын.
Бастапқы ядрода нейтрондар артық болғандықтан реакция кезiнде бөлшектенген
ядролармен ... ... ... да ұшып шығады. Мысалы уран бөлшектенген
кезде бiр бөлшектену актiсiнде 2-3 нейтрон бөлiнедi. Егер ... ... бұл ... ... ... ... ... түсiп, оларды
бөлшектейдi. Сөйтiп бұл үрдiс тасқынды түрде күрт ... ... ... ... реакция деп атайды.
Тiзбектi реакцияны нақтылы жүзеге асыру оңай шаруа емес. ... ... ... ... тек ... 235 ... ғана
бөлшектей алады. Оның энергиясы 238 изотопты бөлшектеуге жеткiлiксiз. Ал
табиғи уранда 238 уранның үлесi 99,3% те 235 ... ... бар ... ... ... ... ... жүзеге асыру үшiн 235 уранды
таза түрде ... алу ... ... оның ... жеткiлiктi болуы тиiс,
себебi оның ... аз ... ... ... туындылайтын нейтрондар уран
ядроларына жолықпай тысқары шығып кетедi. Тiзбектi реакция ... ең ... ... ... деп ... Мысалы 235 уран үшiн оның ... ... ... Тiзбектi реакция кезiнде орасан көп ... ... ... ... ... көтерiлiп, пайда
болған от шар маңындағының бәрiн күйдiрiп, қиратады.
Уранның бiр ядросы бөлшектенген кезiнде 200 МэВ-қа жуық ... ... 165 ... ... реакциядан шығатын бөлшектердiң кинетикалық энергиясы
түрiнде болады да ... таза ... ... ... ... бiле ... 1 кг уран ... бөлiнетiн энергияны есептеп
табуға болады, ол 80 миллиард джоулға тең. Ол 1 кг ... ... ... ... ... ... бiрнеше миллион есе артық. Сондықтан
ядролық энергияны пайдалану өте тиiмдi.
Ядролық реактор. Термоядролық ... ... ... бейбiт мақсатта қолдану ... ... ... ... ... бөлiнетiн энергияны пайдалана алу үшiн
тiзбектi реакцияны еркiмiзше басқара алатындай ... ... ... ... ... ядролық реакторлар немесе атомдық
қазандықтар деп аталатын қондырғыда жүзеге ... ... ... iстеу принципiн мына жерден қарап көруге болады. Реактордың негiзгi
элементтерi: ядролық отын, ... ... және ... ... жылуды тасымалдағыш, тiзбектi реакцияның жылдамдығын
реттегiш. Реакторлар шабан және шапшаң нейтрондармен ... ... ... ... ... ... ... шабан нейтрондарды
қолданатын реактор. Уран ядросы ... ... ... ... 1-2 МэВ. Сәйкес олардың жылдамдықтары 107 м/с, сондықтан
оларды шапшаң ... деп ... ... ... нейтрондар 235U
және 238U ядроларымен бiрдей қарқындылықпен әсерлеседi. Ал ... ... ... ара ... аз ... ... негiзiнен 238U уранмен
әсерлеседi де тiзбектi реакция жүзеге аспайды. Ал ... ... ... 2·103 мӨс) ... ... нейтрондар шабан
немесе жылулық нейтрондар деп аталады. Жылулық нейтрондарды 235U ядросы
шапшаң ... ... 500 есе ... ... Сондықтан табиғи
уранды шабан нейтрондармен сәулелендiргенде оның көп бөлiгi 238U ядросымен
емес 235U ядросына жұтылады. ... ... ... ... ... ... ... қажет.
Реактордағы нейтрондардың жылдамдығын төмендету үшiн баяулатқыштар деп
аталатын ... ... ... ... ... үшiн
баяулатқыштың атомының массасы нейтрон массасымен шамалас болуы керек.
Әдетте баяулатқыш ... ... ... ауыр суды және ... реакция өтiп жатқан кеңiстiктi активтi аймақ деп атайды. Активтi
аймақтан нейтрондардың ... ... ... ету үшiн оны ... қаптайды. Берилий жақсы нейтрон шағылдырғыш ... ... ... жасалған басқару бiлiктерi арқылы жүзеге ... ... ... ... ... ... бор мен ... жасалады.
Егер ядролық отын ретiнде уранның 235U изотопымен ... ... ... ... ... ... ... де жұмыс iстей алады.
Бұл шапшаң нейтрондардың 238U ... ... ... ... ... жүзеге асады
Яғни уранның 238U изотопы ... ... ... ... 239Pu изотопына айналады. Ал бұл изотоп нейтрондармен әсерлесу
тұрғысынан ... 235U ... өте ... ... ... нейтрондарға
арналған реактор тек 235U изотопымен тiзбектi ... ... ... ... қатар аса арзан және табиғатта кең тараған 238U
изотопынан жаңа ... отын 239Pu ... ... ... тек ауыр ... ... ... ғана емес, сонымен қатар аса жеңiл
ядролар бiрiккен кезде де бөлiнедi. Бұлай болуының принципиальды ... ... ... ... ... үшiн ... ауыр ядролар үшiн
кемуiмен байланысады. Жеңiл ядролардың бiрiгiунiң (синтезiнiң) салдарынан
энергияның бөлiнуiнiң мына жерде ... Бұл ... ... болып табылады.
Радиоактивтi сәулелердiң биологиялық әсерi. Биологиялық қорғаныс
Радиоактивтi сәулелер өздерi түскен затқа, әсiресе тiрi ... өте ... ... ... ... ... әсерi оларда бос химиялық
радикалдардың пайда болуымен және клеткадағы мутациямен ... Ал ... ... Ол ... ... немесе қатерлi iсiкке алып келуi мүмкiн.
Иондаушы сәулелердiң әсерi сәулелену дозасы деп ... ... ... ... D деп ... ... сәулеленген дененiң массасына
қатынасын айтады. Доза бiрлiгi ретiнде грей деп аталатын шама ... ... ... 1 кг ... 1 Дж энергия түскен кезде, шамасы сол затқа
жұтылған энергияға тең болатын ... ... ... ... ... ... ... сәулелену дозасының
қуаты деп атайды.
Иондаушы сәулелердiң кез-келген затқа әсерi бәрiнен бұрын атомдар ... ... ... ... ... ... сандық
өлшемi ретiнде экспозициялану дозасы деп аталатын шаманы алады. Ол ... ... ... ... яғни ... ... деп ауаны
фотондармен сәулелендiру кезiнде құрғақ ауада туындылайтын ... сол ауа ... ... ... ... дейiн экспозициялау дозасының рентген деп аталатын жүйеден тыс
бiрлiгi қолданылады. 1 Р = 2,58·10-4 Кл/кг
Жұтылған доза ... ... ... ... ... ... әртүрлi болады. Мысалы альфа-сәуленiң 1Гр-нiң тiрi организмге әсерi
гамма-сәуленiң 20 Гр-нiң ... ... ... ... әртүрлi
биологиялық әсерi k - сапа коэффициентiмен сипатталады. Жұтылған дозаның
сапа коэффициентiне көбейтiндiсi ... доза Н деп ... H=D· ... ... өлшем бiрлiгi зиверт (Зв).
Жоғарыда айтқанымыздай радиоактивтi сәулелердiң тiрi организмге ... ... мен ... ... ... Бұл ... клеткаға әсерiнiң бiр қатерлi салдары осы клетканың бөлiну арқылы жаңа
клетка пайда болу ... ... ... ... ... сәулелене
салысымен бiлiнсе, кейбiрi бiраз уақыттан соң ғана ... ... ... ... адам ... ... ... 10 жылдан кейiн қайтыс
болады. Iсiк ауруына шалдығудың ... ... ... ... сәулелердiң биологиялық әсерi және олардың адам өмiрiне қауiпсiз
дозасы жөнiндегi ... Жер ... ... ... ... ... байланысты. Бұл радиация Жер бетiнде саналы өмiр қалыптаспай тұрып
та болған. Бүкiл өмiр эволюциясы осы табиғи ... ... ... ... фон деңгейiндегi радиация адам өмiрiне ешқандай қауiп
тудырмайды. Радиацияның табиғи фоны бiр ... Жер ... ... ыдырауымен екiншi жағынан ғарыштан келетiн
сәулелермен ... ... ... радиация деңгейiнiң артуына ядролық
жарылыстардың да әсерi мол.
Кейбiр мамандық ... өз ... ... ... ... ... ... ұшырайды. Олар, мысалы, рентгенолог-дәрiгерлер, атом станцияларының
қызметкерлерi, ғарышкерлер, ғалым-физиктер т.с.с. Сондықтан, сәулеленудiң
адам өмiрiне қауiпсiз деңгейiн анықтау ... ... Оның мәнi бiр ... 50 ... ... бөлшектер. Бөлшектер мен электромагниттiк сәулелердiң өзара
түрленуi
Физиканың даму ... ... ... ... бiраз өзгерiске ұшырады.
Алғашқы кезде элементар деп iшкi ... жоқ, ... ... ... ... ... Бүгiнгi күннiң түсiнiгi бойынша элементар
бөлшектерден олардың iшкi құрылымының болмауы талап етiлмейдi. Элементар
бөлшектер деп, ... ... ... даму ... бос ... қарапайым бөлшектерден тұрады деп ... ... ... ... ... кейде субъядролық бөлшектер деп
те атайды.
Қазiргi заманның элементар бөлшектер физикасы осы бөлшектердiң ... ... ... ... ... ... және осы ... салдарынан олардың бiр бiрiне ауысуларын
зерттейдi. Соңғы ... ... ... iшкi құрылымдары да кеңiнен
зерттелуде.Бұл бөлшектердiң көптеген ... ... ... ... тек ... жоғарғы энергияда ғана көрiнiс табады. ... ... ... ... ... ... деп те атайды.
Кейбiр элементар бөлшектер табиғатта бос немесе босаң байланысқан ... Бiздi ... ... негiзiнен осы бөлшектерден құралған. Мұндай
бөлшектердiң қатарына ядро құрамына ... ... және ... ... ... электрондар, электромагниттiк өрiстiң кванттары
болып табылатын фотондар (γ-кванттар) жатады. Сәл кейiнiрек ... ... ... ... νe нейтрино және антинейтрино, ядролық әсерлесудiң
тасымалдаушылары болып табылатын пи-мезондар ( π+ , π0 , π-) ... ... осы ... ... ... өте келе ... бөлшектердiң саны күрт өстi. Бүгiнгi күнде олардың
жалпы саны ... қоса ... 350 ден асып ... ... аса көп ... ... ... Олар табиғатта бос ... ... тек ... ... ... жылдамдықтағы орнықты
бөлшектердi соқтығыстыру арқылы алады. Осылай ... ... тез ... ... кетедi де ақырында орнықты бөлшектер ... пен ... ... болса жойылып, екi кейде үш фотонға
айналады. Бұл құбылысты ... деп ... ... электрон мен оның
антибөлшегi позитрон ... ... ... ... ... үрдiс кезiнде электр зарядының, энергияның, импульстiң және ... ... заңы ... 1933 жылы Ф. и ... керi
процесс – атом ядросының маңындағы гамма кванттан электрон-позитронның
тууын
байқады. Энергияның ... заңы ... ... гамма-кванттың энергиясы
электрон мен позитронның тыныштық энергияларының ... ... ... атом ... ... Мысалы антисутегiнiң атомында терiс
зарядталған антипротонның ... оң ... ... ... ... ... кестесiнде өмiр сүру 10-20с-тан артық болатын
элементар бөлшектер жөнiнде деректер ... Ол ... ... ... өсу ретiмен келтiрiлген. Мұндағы жеңiл бөлшектер
лептондар, ал одан ауырырақтары мезондар, ал ең ... ... ... Мезондар мен бариондар адрондар деп аталатын ... ... ... ... еш ... ... фотон ерекше тұр.
Табиғаттағы барлық заттар, бөлшектер бiр-бiрiмен әсерлеседi. Бiр ... ... ... келетiн әсерлесулер негiзiнен iргелi әсерлесу теп
аталатын төрт ... ... ... ... ... ... ... Iргелi әсерлесуге гравитациялық, электромагниттiк, күштi және
әлсiз әсерлесулер жатады.
Гравитациялық әсерлесу 1687 жылы И.Ньютон ... ... ... ... анықталады. Гравитацилық күштер кез-келген денелердiң арасында әсер
етедi. Бiрақ массалары өте аз болғандықтан ... ... ... күш ... роль атқармайды. Бұл күш ... ... ... роль атқарады.
Кез-келген зарядталған дене немесе бөлшек электромагниттiк әсерлесуге
қатысады. Атомдардың, молекулалардың ... ... газ, ... ... ... ... осы ... негiзiнде анықталады.
Күштi әсерлесу мезондар мен бариондарға, яғни адрондарға тән. Лептондар ... ... ... ... Ол ... ... ғана, шамамен 10-15м,
әсер етедi. Бұл аралықтағы оның мәнi ... және ... ... өте ... ... ... ... кез-келген бөлшек қатысады. Бұл ... ету ... 10-18м. ... әсерлесудiң мысалдары нейтронның, мюонның
және зарядталған пиондардың төмендегi ыдыраулары
Қазiргi заман физикасының ең күштi теориялары ... ... ... мен ... ... бөлшектердiң өзара әсерлесуi
олардың арасында болатын бөлшек алмасу арқылы түсiндiрiледi. Осы ... ... ... ол ... ... фотонның алмасуы
арқылы, ядролық күштер нуклонның арасында пи-мезондардың, ал жалпы күштi
әсерлесу бұл өрiстiң кванттары ... ... ... ... өте ... W+, W- және Z0 ... мезондардың алмасуы арқылы
түсiндiрiледi.
Ендi элементар бөлшектерге ... шолу ... ... ...... күштi әсерлесуге қатыспайтын бөлшектер. ... ... : ... e-, ... ... νe, мюон μ-, мюон нейтриносы
νμ, таон τ- және таон ... ντ. ... ... лептондардың
антибөлшектерi бар. Нейтринолардың массасының неге тең екендiгi жөнiндегi
мәселе бүгiнгi күнге дейiн ... ... ... ... ең көп ... тобы ... Адрондар барлық iргелi
әсерлесулерге қатысады. Адронның протоннан басқасы орнықсыз. Олар белгiлi
бiр уақыттан кейiн басқа бөлшектерге ... ... ... ... ... 10-20 – 10-24 с ... ... Бұл бөлшектердi резонанстар деп
атайды. Спинiнiң мәнiне байланысты адрондар спинi ... тең ... және ... 1/2 ... ... ... бөлiнедi.
Энергиясы ондаған гигаэлектронвольт болатын электрондардың протоннан және
нейтроннан шашырауын зерттеу бұл ... iшкi ... бар ... ... ... қандай да бiр iргелi бөлшектен құралғаны
жөнiнде бiрнеше теория ұсынылған болатын. ... ең ... ... ... деп ... ... ... айтады. Барлық адрондар, яғни
мезондар, ... және ... осы ... ... ... ... ... бар деп есептелiнедi. Олады сәйкес латынның u, d, s, c, b, t
әрiптерiмен белгiлейдi. Бұл кварктардың ... және ... ... ... төмендегi кестелерде келтiрiлген.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Көлемі: 25 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 500 теңге









Ұқсас жұмыстар
Тақырыб Бет саны
Атом және атом ядросы18 бет
Резерфорд тәжірибелері, Ритцтің комбинациялық принципі, Бор-Зоммерфольдтің квантталу ережелері9 бет
Атом құрылысы9 бет
Атомның құрылысы. Резефорд тәжірибелері4 бет
Резерфорд тәжірибелері7 бет
"резерфорд тәжірибелері. ритцтің комбинациялық принципі. бор-зоммерфольдтің квантталу ережелері. "12 бет
RDF моделінің синтаксисі33 бет
«Ядролық дәуірдегі геосаясат»5 бет
Адамзат үшін ядролық сынақтың салдарлары14 бет
Актив бағаларының үзіліссіз моделі34 бет


+ тегін презентациялар
Пәндер
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить


Зарабатывайте вместе с нами

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Сіз үшін аптасына 5 күн жұмыс істейміз.
Жұмыс уақыты 09:00 - 18:00

Мы работаем для Вас 5 дней в неделю.
Время работы 09:00 - 18:00

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь