Атом ядросы
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
1 АТОМ ЯДРОСЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1.1 Атом ядросы және оның құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
1.2 Атом ядросының модельдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..16
1.3 Радиоактивтілік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2 АТОМ ЯДРОСЫНЫҢ ЭНЕРГИЯСЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41
2.1 Ядролық күштер және оның қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .41
2.2 Ядролық реакциялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
2.3 Ядроның бөлінуі және термоядролық синтез ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
2.4 Атом энергиясын қолдану мәселелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...68
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 74
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..76
1.ҚОСЫМША. Бор постулаттары. Сутегі тектес атом үшін Бор теориясы ... .77
1 АТОМ ЯДРОСЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1.1 Атом ядросы және оның құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
1.2 Атом ядросының модельдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..16
1.3 Радиоактивтілік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2 АТОМ ЯДРОСЫНЫҢ ЭНЕРГИЯСЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41
2.1 Ядролық күштер және оның қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .41
2.2 Ядролық реакциялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
2.3 Ядроның бөлінуі және термоядролық синтез ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
2.4 Атом энергиясын қолдану мәселелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...68
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 74
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..76
1.ҚОСЫМША. Бор постулаттары. Сутегі тектес атом үшін Бор теориясы ... .77
Білім беру жүйесін дүние жүзілік деңгейге жеткізу мақсатымен егеменді еліміз соңғы кезде осы саланы қайта құру жағдайын бастан өткізіп отыр. Әсіресе, жастарға орта білім берудің мазмұны мен түрлері жүйелі түрде өзгере отырып (лицей, гимназия, колледж т.б.), жоғары сыныптарда бағытты және тереңдете оқыту мәселелері де қолға алынуда. Орта мектепте математикалық бағытта терең білім беру мәселесін күшейтуге байланысты, физика курсының да мазмұнын тереңдете отырып, оқушыларға физикалық білімді саналы меңгертуді қамтамасыз ету мақсаттары жүзеге аспақ. Болашақ қоғам мүшелерінің жаратылыстану ғылымдарының негізін толық меңгеріп шығуы қазіргі заман талабынан туындайтынын ескерсек, оның іргетасы орта мектеп физика курсын игеруден бастап қаланатыны белгілі.
Қазіргі таңда білім мазмұнын жаңарту, тереңдету және оны саналы меңгертудің әдіс-тәсілдерін жетілдіру педагогикалық зерттеулер көзіне айналуда. Олай болса, орта білім берудің негізгі бағытының бірі - оқушыларға физика курсын тереңдетіп, жетілдіре отырып меңгерту болмақ. Әсіресе, физика курсының барлық бөлімдерін мазмұн жағынан және әдістемелік тұрғыдан тереңдете жетілдірудің маңызы зор.
Қазақстан мемлекеті алдағы уақытта ғылыми-техникалық прогресті өркендету арқылы нарықтық бәсекеге қабілетті мемлекеттер қатарына қосылу үшін іргелі ғылыми пәндерді оқыту ісін жетілдіруді білім беру ісінің басты міндеті деп есептейді.
Физиканы тереңдетіп оқыту барысында негізгі дидактикалық принциптерге сүйенуге болады. Әсіресе әр бөлімнің мазмұнын тереңдетуге арналған материалдардың ғылымилығын, жүйелілігін, көрнекілігін, теорияның практикамен байланысын және оқытудың деңгейлілігі мен сапалылығын, білімнің тиянақтылығын және саналы меңгерту мүмкіндігін ескеру нағыз маманның шеберлігінің көрінісі.
Оқыту әдісін анықтау және таңдау барысында алдымен сабақтың басты мақсаты мен негізі міндеттерін айқындап алып, соған байланысты оқушының танымдық әрекетін дамытуға мүмкіндік беретін әдіс-тәсілдер ойластырылса, ол да өз тиімділігін одан әрі күшейте түспек.
Қазіргі кезде шапшаң жүріп жатқан жаһандану үрдісі әлемдік бәсекелестікті күшейте түсуде. Тіпті бірқатар дамыған елдерде бұл идея ұлттық қағидаға айналып отыр. Сондықтан халықаралық ұйымдар әлем елдерінің бәсекеге қабілеттілігінің рейтингін анықтауға кірісті. Елбасы Н.Ә.Назарбаев Қазақстанынның бәсекеге қабілетті 50 елдерінің қатарына кіру старатегиясы атты жолдауында «Білім беру реформасы – Қазақстанның бәсекеге нақтылы қабілеттілігін қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін аса маңызды құралдарының бірі» деп атап өткен болатын.
Қазіргі таңда білім мазмұнын жаңарту, тереңдету және оны саналы меңгертудің әдіс-тәсілдерін жетілдіру педагогикалық зерттеулер көзіне айналуда. Олай болса, орта білім берудің негізгі бағытының бірі - оқушыларға физика курсын тереңдетіп, жетілдіре отырып меңгерту болмақ. Әсіресе, физика курсының барлық бөлімдерін мазмұн жағынан және әдістемелік тұрғыдан тереңдете жетілдірудің маңызы зор.
Қазақстан мемлекеті алдағы уақытта ғылыми-техникалық прогресті өркендету арқылы нарықтық бәсекеге қабілетті мемлекеттер қатарына қосылу үшін іргелі ғылыми пәндерді оқыту ісін жетілдіруді білім беру ісінің басты міндеті деп есептейді.
Физиканы тереңдетіп оқыту барысында негізгі дидактикалық принциптерге сүйенуге болады. Әсіресе әр бөлімнің мазмұнын тереңдетуге арналған материалдардың ғылымилығын, жүйелілігін, көрнекілігін, теорияның практикамен байланысын және оқытудың деңгейлілігі мен сапалылығын, білімнің тиянақтылығын және саналы меңгерту мүмкіндігін ескеру нағыз маманның шеберлігінің көрінісі.
Оқыту әдісін анықтау және таңдау барысында алдымен сабақтың басты мақсаты мен негізі міндеттерін айқындап алып, соған байланысты оқушының танымдық әрекетін дамытуға мүмкіндік беретін әдіс-тәсілдер ойластырылса, ол да өз тиімділігін одан әрі күшейте түспек.
Қазіргі кезде шапшаң жүріп жатқан жаһандану үрдісі әлемдік бәсекелестікті күшейте түсуде. Тіпті бірқатар дамыған елдерде бұл идея ұлттық қағидаға айналып отыр. Сондықтан халықаралық ұйымдар әлем елдерінің бәсекеге қабілеттілігінің рейтингін анықтауға кірісті. Елбасы Н.Ә.Назарбаев Қазақстанынның бәсекеге қабілетті 50 елдерінің қатарына кіру старатегиясы атты жолдауында «Білім беру реформасы – Қазақстанның бәсекеге нақтылы қабілеттілігін қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін аса маңызды құралдарының бірі» деп атап өткен болатын.
1 Егемен Қазақстан №6,2006.
2 Нұрсұлтанов О. С. Атомдық физика Алматы: Рауан баспасы, 1990.
3 Абдулаев Ж. Жалпы физика курсы. Алматы: Ана тілі, 1991.
4 Ахметов А. Қ. Физика Ы.Алтынсарин атындағы Қазақстанның білім академиясының республикалық баспа кабинеті Алматы: – 2000.
5 Арызханов Б. Физика курсы Алматы «Мектеп», 1988.
6 Арызханов Б. С. Физика. Алматы: Рауан, 1994.
7 Абдулаев Ж. Физика курсы. Алматы: Білім, 1994.
8 Жұманов К. Б. Атомдық физика негіздері А. Қазақ университеті, 2000.
9 Қойшыбаев Н. Оптика, Атом, Ядро, Элементар бөлшектер
Жалпы физика курсы ІV том Алматы 2006.
10 Кадыров Н. Ядролық физика негіздері А. Қазақ университеті, 2000.
11 Қойшыбаев Ж. Физика. Алматы: Атамұра, 2008.
12 Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б. Физика 11 сынып Алматы, 2002.
13 Савальев И. В. Курс общей физики. В 3т. М.: Наука, 1982.
14 Зисман Г. А, Тодес О. М. Курс общей физики, В 3т. М.: Наука, 1979.
15 Шпольский Э. В. Атомная физика. В 2т. М.: Наука, 1963.
16 Давыдов А. С. Теория атомного ядро М.: Наука, 1975.
17 Наумов А.И. Физика атомного ядра и элементарных частиц 1984.
18 Гершензон Е.М. Курс общей физики Оптика и атомная физика 1781.
19 Ғылыми - әдістемелік журнал. Математика және физика 2010, №6,49 б.
20 Республикалық ғылыми - әдістемелік, педагогикалық журнал. Физика және астрономия 2008, №6,43 б.
21 Республикалық ғылыми - әдістемелік, педагогикалық журнал. Физика және астрономия 2008, №1,61 б.
22 Ғылыми - әдістемелік журнал Математика және физика 2009, №2,34 б.
23 Ғылыми әдістемелік Физика журналы, 2006ж, №2,18 б.
2 Нұрсұлтанов О. С. Атомдық физика Алматы: Рауан баспасы, 1990.
3 Абдулаев Ж. Жалпы физика курсы. Алматы: Ана тілі, 1991.
4 Ахметов А. Қ. Физика Ы.Алтынсарин атындағы Қазақстанның білім академиясының республикалық баспа кабинеті Алматы: – 2000.
5 Арызханов Б. Физика курсы Алматы «Мектеп», 1988.
6 Арызханов Б. С. Физика. Алматы: Рауан, 1994.
7 Абдулаев Ж. Физика курсы. Алматы: Білім, 1994.
8 Жұманов К. Б. Атомдық физика негіздері А. Қазақ университеті, 2000.
9 Қойшыбаев Н. Оптика, Атом, Ядро, Элементар бөлшектер
Жалпы физика курсы ІV том Алматы 2006.
10 Кадыров Н. Ядролық физика негіздері А. Қазақ университеті, 2000.
11 Қойшыбаев Ж. Физика. Алматы: Атамұра, 2008.
12 Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б. Физика 11 сынып Алматы, 2002.
13 Савальев И. В. Курс общей физики. В 3т. М.: Наука, 1982.
14 Зисман Г. А, Тодес О. М. Курс общей физики, В 3т. М.: Наука, 1979.
15 Шпольский Э. В. Атомная физика. В 2т. М.: Наука, 1963.
16 Давыдов А. С. Теория атомного ядро М.: Наука, 1975.
17 Наумов А.И. Физика атомного ядра и элементарных частиц 1984.
18 Гершензон Е.М. Курс общей физики Оптика и атомная физика 1781.
19 Ғылыми - әдістемелік журнал. Математика және физика 2010, №6,49 б.
20 Республикалық ғылыми - әдістемелік, педагогикалық журнал. Физика және астрономия 2008, №6,43 б.
21 Республикалық ғылыми - әдістемелік, педагогикалық журнал. Физика және астрономия 2008, №1,61 б.
22 Ғылыми - әдістемелік журнал Математика және физика 2009, №2,34 б.
23 Ғылыми әдістемелік Физика журналы, 2006ж, №2,18 б.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
1 АТОМ
ЯДРОСЫ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..7
1.1 Атом ядросы және оның
құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
1.2 Атом ядросының
модельдері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 16
1.3
Радиоактивтілік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2 АТОМ ЯДРОСЫНЫҢ
ЭНЕРГИЯСЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...41
2.1 Ядролық күштер және оның
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... 41
2.2 Ядролық
реакциялар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ..44
2.3 Ядроның бөлінуі және термоядролық
синтез ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...54
2.4 Атом энергиясын қолдану
мәселелері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ..6 8
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..74
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... .76
1-ҚОСЫМША- Бор постулаттары. Сутегі тектес атом үшін Бор теориясы ... .77
КІРІСПЕ
Білім беру жүйесін дүние жүзілік деңгейге жеткізу мақсатымен егеменді
еліміз соңғы кезде осы саланы қайта құру жағдайын бастан өткізіп отыр.
Әсіресе, жастарға орта білім берудің мазмұны мен түрлері жүйелі түрде
өзгере отырып (лицей, гимназия, колледж т.б.), жоғары сыныптарда бағытты
және тереңдете оқыту мәселелері де қолға алынуда. Орта мектепте
математикалық бағытта терең білім беру мәселесін күшейтуге байланысты,
физика курсының да мазмұнын тереңдете отырып, оқушыларға физикалық білімді
саналы меңгертуді қамтамасыз ету мақсаттары жүзеге аспақ. Болашақ қоғам
мүшелерінің жаратылыстану ғылымдарының негізін толық меңгеріп шығуы қазіргі
заман талабынан туындайтынын ескерсек, оның іргетасы орта мектеп физика
курсын игеруден бастап қаланатыны белгілі.
Қазіргі таңда білім мазмұнын жаңарту, тереңдету және оны саналы
меңгертудің әдіс-тәсілдерін жетілдіру педагогикалық зерттеулер көзіне
айналуда. Олай болса, орта білім берудің негізгі бағытының бірі -
оқушыларға физика курсын тереңдетіп, жетілдіре отырып меңгерту болмақ.
Әсіресе, физика курсының барлық бөлімдерін мазмұн жағынан және әдістемелік
тұрғыдан тереңдете жетілдірудің маңызы зор.
Қазақстан мемлекеті алдағы уақытта ғылыми-техникалық прогресті
өркендету арқылы нарықтық бәсекеге қабілетті мемлекеттер қатарына қосылу
үшін іргелі ғылыми пәндерді оқыту ісін жетілдіруді білім беру ісінің басты
міндеті деп есептейді.
Физиканы тереңдетіп оқыту барысында негізгі дидактикалық принциптерге
сүйенуге болады. Әсіресе әр бөлімнің мазмұнын тереңдетуге арналған
материалдардың ғылымилығын, жүйелілігін, көрнекілігін, теорияның
практикамен байланысын және оқытудың деңгейлілігі мен сапалылығын, білімнің
тиянақтылығын және саналы меңгерту мүмкіндігін ескеру нағыз маманның
шеберлігінің көрінісі.
Оқыту әдісін анықтау және таңдау барысында алдымен сабақтың басты
мақсаты мен негізі міндеттерін айқындап алып, соған байланысты оқушының
танымдық әрекетін дамытуға мүмкіндік беретін әдіс-тәсілдер ойластырылса, ол
да өз тиімділігін одан әрі күшейте түспек.
Қазіргі кезде шапшаң жүріп жатқан жаһандану үрдісі әлемдік
бәсекелестікті күшейте түсуде. Тіпті бірқатар дамыған елдерде бұл идея
ұлттық қағидаға айналып отыр. Сондықтан халықаралық ұйымдар әлем елдерінің
бәсекеге қабілеттілігінің рейтингін анықтауға кірісті. Елбасы Н.Ә.Назарбаев
Қазақстанынның бәсекеге қабілетті 50 елдерінің қатарына кіру старатегиясы
атты жолдауында Білім беру реформасы – Қазақстанның бәсекеге нақтылы
қабілеттілігін қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін аса маңызды құралдарының
бірі деп атап өткен болатын.
Біріккен ұлттар ұйымының шешімімен ХХІ ғасыр – ақпараттандыру ғасыры
деп аталды. Қазақстан Республикасы да ғылыми-техникалық прогрестің негізгі
белгісі – қоғамды ақпараттындыру болатын жаңа кезеңіне енді. Қоғамды
ақпараттандыру – экономиканың, ғылымның, мәдениеттің дамуының негізгі
шарттарының бірі. Осы мәселені шешудегі басты рөл мектепке жүктеледі [1].
Елімізде білім берудің жаңа жүйесі жасалып, оның мазмұнының түбегейлі
өзгеруі, оның дүниежүзілік білім кеңістігіне енуі бүкіл оқу-әдістемелік
жүйеге, мұғалімдер алдына жаңа талаптар мен міндеттер қойып отыр.
Бізді қоршаған табиғаттағы заттар неден тұрады? Оларды табиғат қалай
жасаған? Заттарды құрайтын ең кішкене бөлшек не деген сұрақтар ертеден
қойылып келеді. Үлкен, зәулім таулар судың, желдің және вулкандық күштердің
әсерінен бұзылып тасқа, ал тастардың өзі бара - бара шаңға айналады. Заттың
бөлінуінің шегі барма? Табиғат бөле алмайтын ең кішкене бөлшек барма, бар
болса ол не?
Ертедегі грек философтары Демокрит және Лепкин мұндай бөлшектер бар,
олар атомдар деп есептеген. Атом - грек тілінде бөлінбейтін деген
сөз. Атом қандай, оның түрі қандай деген сұрақ ғасырлар бойы жауапсыз
қалды. Мүмкін атом кішкене шариктер шығар, немесе басқа формадама? Әр түрлі
заттардың атомдары әр түрлі болама? Ертедегі грек философы Анаксимандр
әлемде төрт нәрсе – су, ауа, жер, от құрайтынын, ал олардың өзі атомдардан
тұратынын айтқан. Алайда, ертедегі грек философтарының бұл ойлары
эксперимент жүзінде дәлелденбей, тек болжам түрінде қалды да одан бергі
ғасырларда көпке дейін атом туралы сөз болған еді, осы грек философтарының
еңбектеріндегі тиімді қағидаларды мен өз жұмысым барысында пайдалануға
тырыстым.
Атом туралы ілімнің XVII – XVIII ғасырларда қайтадан дамуына химиялық
элементтер туралы түсініктің пайда болуы, химиялық реакциялар кезінде зат
массасының сақталуы, затты құрайтын элементтердің бір – бірінен
айырмашылығының болуы, мысалы, судың құрамында сутегі мен оттегі болатыны
және т. с. с. құбылыстар мен заңдылықтардың ашылуы үлкен әсерін тигізді
[2,143 б].
Дипломдық жұмыстың өзектілігі. Бүгінгі таңда Қазақстан Республикасының
Білім туралы заңы - әр адамның жан – жақты дамуына мүмкіндік жасайтын
құжаттардың бірі.
Қазақ елінің дербестігінен туындайтын әлеуметтік – экономикалық
қажеттіліктерге қарай Білім туралы заң жеткіншектерді салауатты, саналы
өмір мен еңбекке тәрбиелеуге бағытталған, оқытудың мазмұны мен формасын
жаңалауға, оларды ұлттық мәдени және аймақтық ерекшеліктерге орай
нақтылауға қажеттілікке қарай түзетулер жасап, қазақ тілінде оқытатын
мектептерді қайта құруға жетелейді. Елбасымыз Н.Ә. Назарбаев Қазақстан
халқына 2007 жылғы 28 ақпандағы Жаңа әлемдегі жаңа Қазақстан Жолдауында:
Білім беру реформасы табысының басты өлшемі – тиісті білім мен білік алған
еліміздің кез келген азаматы әлемнің кез келген елінде қажетке жарайтын
маман болатындай деңгейге көтерілу болып табылады. Біз бүкіл елімізде
әлемдік стандарттар деңгейінде сапалық білім беру қызметіне қол жеткізуге
тиіспіз, - деп атап көрсетті.
Қазіргі таңда әлемдік ғылымның дамуы, жаңа техникалар мен
технологиялардың шығарылуы адамзат көшін алға бастыруда. Соның ішінде
физика ғылымының соңғы жаңалықтары атом ядросының құрылысын тереңірек
зерттеу керектігін көрсетеді. Алайда қазіргі кезде ғылым мен өндіріс
сферасының арақашықтығы сезілуде. Себебі жаңадан пайда болған техникалар
мен технологиялар өндіріске тез арада енгізе алмай келеді.
Табиғаттағы атом ядросының қасиеттерін түсіндірудің қарапайым
тәсілдері мыналар:
- атомдар заттың ең кішкентай бөлшектері, олар бір-бірімен қосылып
заттың химиялық қасиетін сақтайтын кішкентай бөлшек – молекула құрайтыны,
молекеулалар жиынтығынан бізді қоршаған заттар түзілетіні ашылды;
- ХІХ ғасырдың екінші жартысында заттарды құрайтын ең кішкентай бөлшек
– атом әрі қарай бөлінетін дүниенің кірпіші деп есептелді;
- Табиғаттың ғажайып көп құбылыстарында атом ядросының атқаратын ролі
үлкен. Мысалы, химиялық элементтердің өмір сүруіне ядро зарядының болуы,
бүкіл әлемдік энергияның негізі көзі, ядролық реакциялар, ядролық
түрленулер, және т.с.с;
Дипломдық жұмыстың мақсаты. Атом ядросы қасиеттерін зерттеу жағдайында
қалыптасқан ғылыми теориялық пікірлердің маңызын айқындау және қолдану
өрісін анықтау. Қазіргі таңда физиканы оқытуда атом ядросының қасиеттерін
біле отырып оқушылардың пәнге деген қызуғушылығын арттыру.
Дипломдық жұмыстың міндеттері. Бұл дипломдық жұмыста негізгі міндет:
- атом ядросы қасиеттері жайында түсіндіру;
- атом ядросы қасиеттерінің қолданылу жағдайын анықтау;
- атом ядросы қасиеттерін оқытуда озық тәжірибелі технологияларды
пайдалану арқылы оқушылардың физикаға қызығушылын арттырудың әдістемелік
негізін айқындау;
Дипломдық жұмыстың теориялық және әдістемелік негіздері. Атом
ядросының қасиеттері теориялық тұрғыдан негіздеуден, оларға жалпы сипаттама
жасаудан және де қазіргі кезде атом арқасында атом энергиясын қолдану
жағдайында білім берудің негіздерін айқындаудан тұрады.
Алғашқы ғылыми және теориялық қөзқарастармен, практикалық жұмыстар
мазмұнының ғылыми техникалық құралға сәйкестілігімен зерттеу проблемасын
зерделеуде зерттеу міндеттеріне сәйкес зерттеу мәліметтерінің
дәлелділігімен, ұсынылған әдістеменің тиімділігімен, алынған жұмыстардың
нәтижелерін қорытындылаумен, олардың тиімділігін тәжірибелік – эксперимент
жұмыстар арқылы тексерумен және оқу тәрбие үрдісінде апқараттық жүйелердің
кешенді ендіріліуінен дәлелденеді.
Дипломдық жұмыстың зерттеу обьектісі. Атом ядросының қасиеттерін
негізгі сипаттамаларын түсіндіру және олардың қазіргі заманғы ақпараттық
техникалық байланыс жүйелерінің көптеген салаларында қолдану.
Дипломдық жұмыстың ғылыми жаңалығы.
Атом ядросын зерттеуге келесі эксперименттік фактілер әсерін тигізді.
-1896 жыл Беккерель ашқан табиғи радиоактивтілік құбылысы
-1910 жылы ағылшын ғалымы Содди ашқан химиялық элементтер изотоптары.
- Дж. Томсон алғашқы атом моделін 1897 ж. ұсынды.
- Атомның планетарлық моделін 1911 ж.Резерфорд ашты.
Дипломдық жұмыстың практикалық маңыздылығы.
Дипломда ұсынылған атом ядросының қасиеттерін мектеп оқушыларына жаңа
технология бойынша түсіндіре отырып оқушыларды есеп шығаруға үйрету, жас
мамандарға көмекші құрал ретінде ұсынуға болады. Электронды оқулықтарды
пайдалана отырып оқушыларға атом ядросы, құрылысы жайында түсіндіруде
оқушылардың белсенділігін арттырып, ой өрісін дамытады.
Қазіргі мәселелерді шешу. ХХІ ғасырға аяқ басқалы жаңа ақпараттық
технологияларды пайдалану қамтып отыр. Алайда, қазіргі кезде осы ақпараттық
технологияларды 100 пайыз қамту қазіргі кезде ең басты мәселе болып отыр.
Қашықтықтан оқытуды дамыту, дүние жүзілік алдыңғы қатарлы мемлекеттер
қатарында болу алға қойған мақсаттардың бірі болып отыр.
Дипломдық жұмыстың практикалық базасы: Ы. Алтынсарин атындағы Арқалық
мемлекеттік педагогикалық институтының кітапхана қоры, Арқалық қаласы орта
мектептерінің кітапхана қоры, Әл – Фараби атындағы Қазақ ұлттық
университеті, Л. Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетіні, А.
Байтұрсынов атындағы Қостанай мемелекеттік университетінің кітапхана
қорлары, интернет жүйесі, физикалық және техникалық журналдар.
Дипломдық жобаның құрылымы: Дипломдық жұмыс кіріспеден, екі бөлімнен,
жеті бөлімшеден, қорытындыдан, әдебиеттер тізімінен тұрады.
1 АТОМ ЯДРОСЫ
1. 1 Атом ядросы және оның құрылысы
Атом ядросы туралы ұғымды 1911 жылы Резерфорд енгізді. Ол өзінің
қызметкерлері Э.Марсден, Х.Гейлермен бірге α-бөлшектердің жұқа металл
қабатынан өтуін және шашырауын зерттеген. Жасалған тәжірибелердің нәтижесін
түсіндіру үшін атомның ядролық моделін ұсынды. Ал оң зарядталған ядро мен
теріс зарядталған электрондар жиынтығынан-электрондық қабықшалардан тұрады.
Атом масса түгелдей дерлік ядрода шоғырланған. Атомға қарағанда ядро тым
кішкентай және ол өте берік. Атом ядросының ашылуы, теориялық және
эксперименттік физикада атом ядросының құрылысы және оның қасиеттері туралы
тың мәселе қойылды. Осылайша ядролық физика деп аталатын физиканың жаңа бір
тармағы өмірге келді.
Ядролық физика-атом ядросының құрылымын, қасиеттерін, оның
түрленулерін зерттейді, микроәлемде болып жататын құбылыстарды қарастырады.
Элементар бөлшектердің табиғатын, өзара әсерлесулері мен түрленулерін
зерттейді.
Атом ядросының құрылысы. Ядроның протон-нейтрондық моделі Чедвиктіқ
тәжірибелерінде нейтрон ашылған сол іле-шала 1932 ж. бұрынғы кеңес физигі
Д. Д. Иваненко мен неміс ғалымы В. Гейзенберг ядроның протон-нейтронды
моделін ұсынды. Ол ядролық түрленулердің кейінгі зерттеулерімен дәлелденді
және қазіргі кезде даусыз болып табылады. Ядроның протон-нейтронды моделі.
Протон-нейтронды модельге сәйкес ядролар екі сортты элементар бөлшектерден:
протондар мен нейтрондардан тұрады.
Тұтас алғанда, атом электр жөнінен бейтарап, ал протон заряды электрон
зарядына моделі бойынша тең болғандықтан, ядродағы протондардың саны атом
қабықшасындағы электрондар санына тең. Ендеше ядродағы протондар саны 2
Меңделеев кестесіндегі элементтің атомдық нөміріне тең.
Ядродағы протондардың 2 саны мен нейтрондардың N санының қосындысын
массалық сан деп атап, А әрпімен белгілейді: А-2+N. Протон мен нейтрон
массалары бір-біріне жуық және олардың әрқайсысы жуықтап алғанда, масса-ның
атомдық бірлігіне тең. Атомдағы электрондар массасы ядро массасынан
әлдеқайда аз. Сондықтан ядроның массалық саны бүтін санға дейін
дөңгелектелген элементтің салыстырмалы атомдық массасына тең. Массалық
сандар дәлдігі онша жоғары болмайтын приборлармен ядролық массаларды өлшеу
арқылы анықталуы мүмкін. М. Планк XX-ғасырдың басында заттың сәуле шығаруы
және жұтуы үздіксіз жүретін құбылыс емес, үздікті түрде энергия үлестері
күйінде өтетін құбылыс екенін көрсетті. А. Энштейн Э. Шредингер, Луйде
Бройль, В. Гейзенберг т.б. Планк идеясын одан әрі дамытып, оны
математикалық тұрғыдан бір жүйеге келтірді. Кванттық теория және оның
негізінде кванттық механикасы осылай қалыптасады. Кванттық теорияның
негізінде атомның әртүрлі қасиеттері және оның ішінде өтіп жатқан
процестер түсіндірілді. (Н. Бор).
XX-ғасырдың II-ші ширегінен бастап атом ядросының құрылымын және онда
байқалатын процестерді зерттеуге, сондай-ақ элементар бөлшектер физикасының
жасалуына байланысты революциялық өзгерістер одан әрі жалғасты. XIX-
ғасырдың соңында радиоактивтілік және ауыр ядролардың радиоактивтілік
түрленуі ашылды. (А. Беккерель, И. Кюри, М. Складовская-Кюри) [3,91 б].
XX-ғасырдың басында изотоптар анықталды. Э. Резерфорд -бөлшектен
атқылау арқылы изотропияның орнықты (ыдырамайтын) ядросын оттек ядросына
түрлендірді (1917ж). Физиканың дамуындағы келесі кезең нейтронның (1932 ж)
ашылуына байланысты болды. Бұл жаңалық ядроның қазіргі нуклондық моделін
жасауға мүмкіндік берді. 1932 жылы позитрон, 1934 жылы жасанды
радиоактивтілік ашылды. Ядролық физиканың дамуында зарядты бөлшек
үдеткіштер елеулі роль атқарады. 1944 жылы В. И. Беккерель енгізген
автофазировка тәсілі үдеткіштер техникасында жаңа сатыға көтеріп, оның даму
горизонтын кеңейтті. Соңғы кездері қарама-қарсы шоқтар үдеткішінде
жүргізілген зерттеулер (Г. И. Будкер) жемісті нәтижелер берді. Бұл
кезеңдегі аса маңызды оқиғалардың бірі-атом ядросының бөлінуі және ядро
ішіндегі энергияның аса мол қорын бөліп алу мүмкіндігінің ашылуы болды.
Ньютон материяға байланысты болмаған материалдық заттарына тәуелсіз
және салыстырмалы емес біртекті изотропты абсолют кеңістік бар деп
есептелінеді. Дененің қозғалуы бұл кеңістікке қатысты абсолют кеңістік
қозғалмас деп есептелінеді. Бұл кеңістік эвклидтік және еркін материалдық
нүкте ол жерде бірқалыпты және түзу сызық бойымен қозғалады. Практикада
болса біз салыстырмалы қозғалысты қараймыз, санақ жүйесі ретінде кез-келген
қозғалысты алсақ болады. Күн жүйесінде ауырлық центрі болған санақ жүйесін
қозғалмас жұлдызына бағытталған өздерінің санақ жүйесін Энштейн галилейлік
деп атауға ұсынды. Бұл жүйеге қатысты инерция заңы жеткілікті анықтықпен
орындалады. Еркін нүкте бірқалыпты және түзу сызық бойымен қозғалады.
Галилейлік жүйе сондықтан да инерциалды есептеледі. Ньютонның абсолют
кеңістігі толқындық оптика тұжырымынан материалдық формаға енді, барлық
жерге енетін әлемдік эфирмен бірлесіп кетеді.
1905 жылы француз математигі және астрономигі А Пуанкаре (1854-1912)
өзінің Электрондық динамика туралы жұмысында шығарды. Бұл жерде Пуанкаре
салыстырмалы постулатын принципін жалпылап айтып өтеді және Лоренцтік
түрлендірді. Сол 1905 жылы жас физик А. Энштейн (1879-1955) өзінің
Қозғалыстағы дененің электродинамикасына деген мақаласында бұл проблеманы
өте оңай және қарапайым түрде баяндалды.
Кез-келген химиялық элементтiң атомының ядросы оң зарядталған
протоннан және заряды жоқ нейтроннан тұрады. Протонның заряды абсолют
шамасы жағынан электронның зарядына тең. Протон мен нейтрон нуклон деп
аталатын ядролық бөлшектiң әртүрлi зарядтық күйi болып табылады. Ядродағы
протондардың саны Z, Менделеевтiң периодтық жүйесiндегi химиялық элементтiң
атомдық нөмiрiмен сәйкес. Ядродағы нейтрондардың саны N деп белгiленедi.
және ядроларынан басқа барлық ядролар үшiн NZ. Менделеевтың
периодтық таблицасының бiрiншi жартысында тұрған жеңiл элементтер үшiн N≈Z,
ал екiншi жартысындағы элементтерде нейтронның саны артықтау N≈1,6·Z.
Ядроның массалық саны деп A=N+Z болатын нуклондардың жалпы санын айтады.
Ядроны әдетте мынадай символмен белгiлейдi. Зарядтарының саны бiрдей, ал
массалық саны әртүрлi ядроларды изотоптар деп атайды. Изотоптардағы
протонның саны бiрдей болады да, нейтронның саны әртүрлi болады. Мысалы
сутегiнiң изотоптары, (немесе-дейтерий), (немесе - тритий) гелийдiң
изотоптары, уранның изотоптары. Бүгiнгi күнi барлық химиялық элементтердiң
үшжүзге жақын орнықты, ал екi мыңға жақын орнықсыз (радиоактивтi)
изотоптары белгiлi. Электронның массасы протонның массасынан 1836 есе кiшi
болғандықтан ядроның массасы атомның массасымен бiрдей десе де болады.
Элементар бөлшектердiң массасын әдетте массаның атомдық бiрлiгi (м.а.б) деп
аталатын жүйеден тыс бiрлiкпен өлшейдi. 1 м.а.б. ретiнде сутегiнiң
изотопының массасының 112 бөлiгi алынған. Ядро сонымен қатар өзiндiк
қозғалыс мөлшерi моментiмен-спинiмен сипатталады. Ядроның спинi
нуклондардың спиндерi арқылы анықталады. Әрбiр нуклонның спинi ħ2-ге тең.
Жұп нуклоннан тұратын ядроның спинi (ħ бiрлiгiнде) бүтiн санға немесе нөлге
тең. Ал тақ нуклоннан тұратын ядроның спинi (ħ бiрлiгiнде) жартылай бүтiн
санға тең.
Атом ядросы алып тұрған көлемнiң айқын шекарасы жоқ. Бұл нуклондардың
толқындық қасиетiмен байланысты. Сондықтан ядроның өлшемдерiн шартты түрде
анықтайды. Ядроның көлемi нуклонның сандарына пропорционал. Сондықтан
ядроны радиусы R-ға тең сфера деп есептеп, оның радиусын әдетте мынадай
эмпириялық өрнекпен анықтайды.
(1.1)
мұндағы =(1,3-1,7)·10-15 м.
Ядроның өлшемдерi өте аз болғандықтан ондағы протондардың кулондық
тебiлу күшi өте үлкен болады. Мысалы құрамында 82 протоны бар қорғасынның
ядросындағы протондардың тебiлу күшi бiрнеше мың ньютонға жетедi. Бiрақ
ядро бұл тебiлу күшiнiң салдарынан бөлшектенiп кетпейдi. Бұл протондар мен
нейтрондардың арасында кулондық күштен де күштi тартылу күшiнiң бар екенiн
көрсетедi. Бұл күштердi ядролық күштер деп, ал бұл күштердiң арқасында
әсерлесудi пәрмендi әсерлесу деп атайды. Протон мен нейтронның пәрмендi
әсерлесу тұрғысынан алғанда ешқандай айырмашылығы жоқ сондықтан оларды
ядролық физикада нуклон деген бiр бөлшек ретiнде қарастырады [4,68 б].
Ядролық күштер өте аз аралықта әсер ететiн күштер болып табылады. Ол
10-15 м-ге дейiнгi аралықта әсер етедi де одан тысқары жерде өте тез кемiп
кетедi. Масспектрограф деп аталатын құралдардың көмегiмен ядроның массасын
өлшеу кез-келген Z протоннан және N нейтроннан тұратын ядроның массасы бос
жүрген Z протон мен N нейтронның массаларының қосындысынан аз екенiн
көрсеттi. Ал масса мен энергия арасындағы байланысты ескерсек бос протондар
мен нейтрондардың энергияларының қосындысы олардан құралған ядроның
энергиясынан артық екенi шығады. Олай болса, ядроны оны құрайтын
бөлшектерге ажырату үшiн осы энергиялардың айырымына тең энергия жұмсау
керек. Мұндай энергияны ядроның байланыс энергиясы деп атайды.
(1.2)
мұндағы массалар ақауы деп аталады. Ядродағы бiр нуклонға келетiн
орташа байланыс энергиясын Δεбай деп белгiлеп, оны ядроның меншiктi
байланыс энергиясы деп атайды.
Резерфорд тәжiрибелерiнен атомның өлшемдерi өте кiшi ядродан және оны
қоршаған электрондың бұлттан тұратыны анықталды. Ендi физиктердiң алдында
жаңа физикалық нысанды, атом ядросының құрылымы мен қасиетiн зерттеу
мәселесi туды.
Атом ядросының үлгілері. Ядро теориясын жасау жөніндегі талаптар екі
маңызды қиындықтарға әкеліп тіреді. Олар мынадай еді: 1) нуклондар
арасындағы әсер ететін күштер туралы мағлұматтың жеткіліксіз аз болуы, 2)
көптеген денелердің (массалық саны А болатын ядро А денелер жүйесін
құрайды) кванттық есебінің шектен тыс қолайсыз үлкен болуы. Атомдағы
динамикалық орталық ядро болып табылады. Оның электрондармен өзара әсері
негізгі және шешуші рөлді атқарады. Электрондардың өзара бір – бірімен
әсерлесулері ядро зарядының әсерін экрандау құбылысына әкеліп тірейді.
Электрондар ядроның сфералық симметриялық өрісінде қозғалатындықтан, ол
өрісті ядродан r қашықтықтың скалярлық функциясы болып табылатын V(r)
скалярлық потенциал түрінде көрсетуге болады. Ядро өрісінің сфералық
симметриялығы және V(r) потенциалының салыстырмалы түрде алғанда
қарапайымдылығы, атомның қабықша үлгісіне негізделген, атом туралы кванттық
механикалық есептің (мысалы Шредингер теңдеуінің) шешуін елеулі түрде
жеңілдетеді. Атом ядросында белгілі факторлардың жиынтығын есепке алған
күннің өзінде, онда оқшауланған орталық дене жоқ, себебі ядро құрамына
кіретін барлық нуклондар тең праволы болып табылады.
Атом ядросының құрылымын және қасиеттерін жан-жақты білу үшін, ядроның
физикалық әр түрлі үлгілерін пайдалану керек. Мұндай түрдегі үлгілерді атом
ядросының құрылымы мен қасиеттерін түсіндіруге пайдаланудың нәтижесі
көптеген түсініктерді айқындап береді. Қандай үлгі болмасын ядроның қасиеті
туралы физика саласында қандай мағлұматтар белгілі болса, ол сол бағыттағы
барлық ғылыми негіздер мен қорытындыларға сүйенеді.
Алайда, қаншалықты қарапайым үлгі болса да, өте күрделі кванттық
механикалық жүйе болып табылатын, ядроның барлық қасиеттерін түгелдей ашып,
көрсете алмайды. Сондықтан бірде-бір үлгіні қағидаға айналдыруға болмайды.
Қандай үлгі болмасын оның қолданылуы шектелген болады, олардың мәндері
тәжірибемен үйлесетіндей етіп алынады.
Жалпы физика курсының саласындағы ядроның бүгінгі таңда кездесетін
барлық үлгілерін сипаттап жату мүмкін емес. Сондықтан біз ядроның қабықша
және тамшы моделіне тоқталамыз.
Тамшы үлгісі. Ядроның бұл үлгісін 1939 жылы Я. И. Френкель ұсынған
болатын. Кейіннен оны Н. Бор және т.б. ғалымдар дамытты. Ядроның бұл
үлгісінің пайда болуына түрткі болған 1938 жылы неміс ғалымдары Ган және
Штрассман ашқан уран ядросының, оны нейтрондармен атқылағанда, бөлінуі
жөніндегі жаңалық болатын. Сонда ядроның құрамындағы нуклондарды ұстап
тұратын ядролық күштердің әсер радиусы өте аз болады екен. Іс жүзінде, әр
нуклон өзінің жақын көршісімен өзара әсерлесетіндігі анықталды. Міне,
ядролық күштердің осындай қасиеттерін кеңес ғалымы Я. И. Френкельге, ядроны
сұйық тамшысы түрінде қарауға мүмкіндік берді. Сұйық тамшылары тек қана
өзінің жақын көршілерімен әсерлеседі. Демек, ядроның сұйық тамшысымен
ұқсастығы мынада екен. Сұйықтың құрамындағы бөлшектер-молекулалар және
соған ұқсас ядродағы нуклондар арасындағы өзара әсер ететіндігінде. Сонымен
қатар, іс жүзінде, әр түрлі ядролар затының тығыздығының бірдейлігі, ядро
затының шектен тыс өте аз сығылатындығы. Олай болса, сондай
сығылмаушылық қасиет сұйықта да бар. Міне, осындай ұқсастықтар, ядроны
зарядталған тамшыға теңеуге негіз болды.
Тамшы үлгісі ядродағы бөлшектердің байланыс энергиясымен есептеу үшін
жартылай эмперикалық өрнекті шығаруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар бұл
үлгі көптеген құбылыстарды түсіндіруге көмектесті, бұл жерде мысал үшін
ауыр элементтердің ядросының бөліну процесін келтіруге болады.
Қабықша үлгісі. Қазіргі кездегі ядроның қабықша үлгісі 1948-1949 жылы
пайда болды. Осы үлгінің дамуына елеулі үлес қосқан физиктер М. Гепперт-
Майер (Чикаго), О. Гаксель, И. Иенсен (Гейдельберг) және Г. Зюсс болды. Бұл
үлгі бойынша нуклондар орталық симметриялы өрісте бір-біріне тәуелсіз
қозғалып жүреді деп есептелінеді. Осыған сәйкес паули принципіне бағынатын
нуклондармен толған (нуклондар спині екенін еске сала кетейік)
дискретті энергиялық деңгейлер (атом деңгейіне ұқсас) болады. Бұл деңгейлер
қабықшаларға топталады. Ол қабықшаларда белгілі бір нуклондар саны бола
алады. Нуклондармен толық толған қабықша ерекше орнықты болып шығады.
Тиісті тәжірибелердің қорытындыларына қарағанда, мұндай ерекше орнықты
ядроларға протондар саны, немесе нейтрондар саны (немесе осы екеуіде) 2, 8,
20, 28, 50, 82, 126 болып келетін ядролар жатады екен. Бұл сандарды
физиктер сиқырлы деп атады. Протондар саны Z немесе нейтрондар саны N
сиқырлы болған жағдайда (яғни өте орнықты ядролар), ядролар да сиқырлы
болады. Ядроның Z-де және N-і де сиқырлы болса, онда оны екі ретті сиқырлы
деп атайды.
Екі ретті сиқырлы ядролардың бізге бесеуі белгілі, олар:
(1.3)
бұл ядролар ерекше орнықты.
Қабықша үлгісінің бір ерекшелігі ол көптеген тәжірибелердің
қорытындыларын бірдей көзқарас тұрғысынан түсіндіруге мүмкіндік береді.
Қабықша үлгісінің авторлары М. Гепперт-Майерге және Н. Иенсенге физика
саласындағы ашылған осы жаңалықтары үшін Нобель сыйлығы берілді. Ядроның
қабықша үлгісін одан әрі теория жүзінде негіздеу және дамыту кеңес ғалымы
академик А. Б. Мигдельдің есімімен байланысты.
Атом ядросының заряды. Атом ядросының негізгі сипаттамаларының бірі
оның электр заряды болып табылады.Атом ядросының зарядын алғаш рет 1913
жылы Г.Мозли өлшеген. Ал ядросының зарядын тікелей өлшеуді ағылшын физигі
Дж. Чедвик 1920 жылы жүзеге асырды. Атом ядросының заряды элементар электр
зарядының Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің Z реттік нөмірінің
көбейтіндісіне тең болады.
(1.4)
Сонымен, Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің реттік нөміріне
кез-келген элемент атомының ядросындағы оң зарядтардың санымен анықталады.
Сондықтан элементтің Z реттік нөмірін зарядтық сан деп атайды.
Ядролық физиканың дамуы да осы нейтрон табылған мезгілден басталады.
Себебі, нейтрон, табылғаннан кейін совет ғалымы Д. Иваненко және одан
тәуелсіз неміс ғалымы В. Гейзенберг атом ядросы протон мен нейтронннан
тұрады деген болжам айтты. Ядро протон мен нейтроннан тұратыны көптеген
тәжірибелердің қорытындыларымен сәйкес келіп осы күнгі ядро құрамы туралы
түсініктің негізі болып табылады. Протон мен нейтронды жалпы нуклондар
дейді (латын тілінен nucleus - ядро), яғни протондармен нейтрондар-ядролық
бөлшектер. Протон мен нейтрон-ядролық бөлшек нуклонның әр түрлі күйі.
Сонымен, сайып келгенде, кез-келген элементтің атом ядросының заряды
ядродағы протондар санымен анықталады екен. Ядродағы пртондардың саны атом
қабықшасындағы электрондардың санына тең, себебі түгел алғанда атом электр
бейтарап [5,143 б].
Атом ядросының массасы және байланыс энергиясы. Атом ядросының
физикалық қасиеттері оның зарядтарымен қатар массасымен де анықталады.
ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі-масса. Ядролық физика
иондар мен атом ядросының массасын көбінесе масспектрографтың көмегімен
анықтайды. Зерттелетін заттың атомдары иондық көзде оң иондалып, әлсіз
электр өрісінің әсерінен D1 диаграма арқылы әр түрлі жылдамдықпен өтеді. D1
және D2 диаграмалары арасында оң иондар электр өрісінде үдемелі қозғалады.
Және осы мезетте оң иондарға индукция В0 болатын магнит өрісі де әсер
етеді. Осылайша үдетілген оң иондар, оған бір-біріне перпендикуляр
бағытталып әсер ететін Е0 электр және В0 магнит өрістері арқылы
сұрыпталып өтеді. D2 диаграма арқылы бұрылмай өту үшін немесе
шарты орындалуы керек. Бұл теңдеуден жылдамдықты анықтайық:
(1.5)
Осы жылдамдыққа ие болған оң иондар біртекті В магнит өрісінде
орналасқан ВК вакуумдық камераға өтеді. Магнит өрісінің индукция векторы
В иондардың жылдамдық векторына перпендикуляр орналасқан. Магнит
өрісінде қозғалған оң иондарға модулі Ғ=υqB болатын Лоренц күші әрекет
етеді. Иондар осы күштің әрекетінен шеңбер бойымен қозғалады. Жартылай
шеңбер сыза отырып, массалары бірдей иондар ФП фотопластинаның түрлі
орындарында тіркеледі. Ғп=Ғцт немесе болғандықтан, ионның массасын
өрнегі бойынша жоғары дәлдікпен анықтайды. Атом ядросының массасын М
әрпімен белгілеу қабылданған. Нуклондарды ядроға біріктіргенде, сол
нуклондардың бір-бірімен байланыс энергиясының бөлініп шығатындығымен
түсіндіруге болады. Демек, тыныштықта тұрған өзара әсерлеспеген
нуклондардың энергияларының қосындысынан мынадай шамаға аз болады.
(1.6)
Бұл шама ядродағы нуклондардың байланыс энергиясы болып табылады.
Сонымен ядроның байланыс энергиясы деп, ядроны оны құрайтын нуклондарға
бөлшектеуге қажетті энергияның шамасын айтады.
Бір нуклонның үлесіне тиісті байланыс энергиясын, яғни
шамасын ядродағы нуклондардың меншікті байланыс энергиясы деп атайды. Оны
әрпімен белгілейді. Мына шаманы ядроның масса ақауы деп
атайды. Сонымен масса ақауы байланыс энергиясымен мынадай қатынаста болады.
(1.7)
Ядролық физикадағы өлшем бірліктер. Өлшем бірліктерінің Халықаралық
жүйесінде қолданылатын ұзындықтың, массаның және т.б. өздеріне таныс өлшем
бірліктерімен қатар, ядролық физикада арнайы бірліктер қолданылады. Бұл
қажеттілік ядролық процестердің субатомдық әлемде өтетінінен туындайды.
Мысалы, ядролық физикадағы ең үлкен қашықтық атом радиусының өзі 10-10 м-ге
тең. Ұзындық бірлігі ретінде ферми алынады: 1 фм=10-15 м. массаның бірлігі
ретінде көміртегі атомы массасының бөлігі алынады. Ол массаның
атомдық бірлігі болып табылады:
1м.а.б.=кг,
1 кг=м.а.б.
Салыстырмалы атомдық масса атомның абсолюттық массасында неше
массаның атомдық бірлігі бар екенін көрсетеді. Мысалы, сутегі үшін
Аr=1,00783, көміртегі үшін Аr=12, оттегі үшін Аr=15,99482.
Атом ядросының массасы жуықтап алғанда атом массасына тең деп алуға
болады. Себебі, тек сутегі атомын ескермегенде, бүкіл элементтердің атом
электрондарының массасы атом массасының шамамен бөлігіндей ғана. Атом
массасын өлшейтін құрал-масспектроскоптардың көмегімен атомдардың массасын
анықтайды. Осындай өлшеулердің негізінде химиялық элементтің заряды бірдей,
бірақ массаларының айырмашылығы бар әр түрлі атомдарының-изотоптардың бар
екені анықталды. Изотоптардың (немесе оларды кейде нуклидтер дейді)
массаларын өлшей отырып олардың атомдық масса бірліктерінің (а. е. м.)
бүтін сан екенін тапқан, яғни изотоптық массалар бүтін санға тең. Химиялық
элементттің бірнеше изотобы болады, ал олардың орташа мәні элементтің
атомдық массасын береді.
Мысалы, оттегінің изотоптары .
Ядролық физикада атом изотоптары массаларының бүтін сан болғандығы
үлкен роль атқарды. Себебі, бұдан барлық химиялық элементтер атомдарының
ядролары біртекті бөлшектерден тұрады және олардың саны бүтін санға тең
екен деген қорытындыға келуге болады.
Ядролық физикада энергияны электронвольтпен өлшейді, 1эВ=109эВ.
Көбінесе элементар бөлшектердің массаларын массаның атомдық бірлігімен
қатар энергияның өлшем бірлігі МэВ немесе ГэВ-пен де өлшейді. Сондықтан
массаның атомдық бірлігіне сәйкес болатын энергияның эквивалентін
анықтайық. Масса мен энергияның өзара байланысты болатыны Эйнштейннің
формуласынан белгілі. Атомдағы электрондар массасы ядроның массасымен
салыстырғанда өте аз, оны ескермеуге болады. Сондықтан массаның атомдық
бірлігімен алынған және атом массасына ең жақын бүтін санды массалық сан
деп атайды. Оны а әрпімен белгілейді. Ол жоғары дәлдікті қажет етпейтін
есептеулерде, әсіресе массалардың қатынасы кіретін өрнектерде ядро
массасының шамасы ретінде қолданылады. Мысалы, гелий атомының массасы
МНе=4,0026 м.а.б. болса, массалық саны А=4 болады.
Атом ядросының пішіні мен өлшемі. Көптеген эксперименттік зерттеулер
атом ядросының радиусын мына формула бойынша жуықтап анықтауға болады:
(1.8)
Мұндағы м, А-массалық сан. Ал ядроның радиусы оның массалық
санының кубтық түбіріне пропорционалдығынан ядролық заттың орташа тығыздығы
үшін
(1.9)
шығады, мұндағы Мя = (mр + mn)-ядроның массасы. Есептеулер жуықтап
алғанда ядролық заттың орташа тығыздығы ρ≈кгм3 екенін көрсетті.
Заттың осындай тығыздығы ғарыштағы нейтрондық жұлдыздар-пульсарларға да тән
көрінеді.
Ядроның мөлшері. Резерфорд тәжірибелерінде жылдам -бөлшектермен
элементтердің атомдарын атқылағанда, әр түрлі энергиялы -бөлшектер
ядроға белгілі бір ара қашықтыққа жақындайды да, одан кулон күштерінің
әсерінен тебіледі. Бұл тәжірибелерден ядро атомның белгілі бір көлемін алып
жататыны дәлелденді. Атом ядросы күрделі система және оның тәртәбә
кванттық механика заңдарына бағынышты, соның ішінде Гейзенбергтің
анықталмағандық қатынасымен сипатталады. Басқаша айтқанда, ядро мөлшерінің
шекарасы дәл шектелген емес. Ядро мөлшерін анықтаудың әр түрлі әдістері
бар. Мысалы, жылдам нейтрондарды ядроның шашыратуы арқылы табу. Ең үлкен
ядролардың радиустары шамамен 10-14 м. Эмпириялық жолмен табылған келесі
формулада ядро радиусының массалық санға байланысы көрсетілген (r0 =
(1,41,5) м-тұрақты шама).
(1.10)
(1.8) формула арқылы ядроның орташа тығыздығын есептеуге болады. Ядро
сфера формалы деп есептеп, оның радиусы R болса, тығыздығы
(1.11)
мұнда Мя-ядро массасы. Сонда мысалы, ядросы үшін:
(1.12)
Ал күнделікті қолданылып жүрген судың тығыздығы 103 . Бұдан ядро
тығыздығы аса үлкен шама екенін көреміз. Ядро затының өте зор тығыздығы,
ондағы заттардың ерекше спецификалық ядролық жағдайда болатынын және
ядролық күштердің интенсивтігінің үлкен шама болатынын көрсетеді [6,149 б].
1. 2 Атомның ядролық моделдері
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.
Томсон моделі. 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. Томсон моделi атомның бiрқатар
қарапайым қасиеттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жағдайда қиыншылыққа
тiрелетiн.
Сурет 1.1. Томсон моделі схемасы.
Резерфорд тәжірибесі. Атом құпиясына тереңiрек үңiлiп, оның жаңа бiр
моделiн ұсынған ғалым ағылшын оқымыстысы Э.Резерфорд болатын. Ол өз
тәжiрибелерiнде аса шапшаң α-бөлшектер жұқа алтын фольгадан шашыраған
кездегi бұрыштық таралуын зерттей келе атомның планетарлық моделi деп
аталатын моделiн ұсынды. Резерфордтың бұл моделi бойынша атомдағы оң
зарядтар Томсон моделiндегiдей бүкiл көлемде таралмай, керiсiнше, оның
орталығында жинақталады. Оны атом ядросы деп атайды. Ал электрондар болса
Күн жүйесiндегi планеталар тәрiздi ядроны айнала қозғалып жүредi.
Сурет 1.2. Резерфорд жүргізген тәжірибе схемасы.
Электрондардың массасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей дерлiк
массасы ядрода шоғырланған. Ядроның өлшемi атомның өлшемiмен салыстырғанда
шамамен 105 еседей кiшi.
Бор постулаттары. Бор жасаған сутегi атомының моделi. Атомның ядролық
моделi α-бөлшектердiң жұқа алтын фольгадан шашырауын дұрыс түсiндiргенiмен
екiншi жағынан басқа қиындыққа жолықты. Оның мәнiсi мынада болатын.
Классикалық электродинамика заңдары тұрғысынан атомның планетарлық моделi
тәрiздес жүйелер орнықты болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны айнала
үдей қозғалатын болғандықтан өзiнен электромагниттiк сәуле шығаруы тиiс. Ал
бұлай сәуле шашу оның энергиясын кемiтедi де соның салдарынан электронның
айналу радиусы бiрте-бiрте кемiп, түбiнде ол ядроға құлап түсуi тиiс
болатын. Бiрақ тәжiрибе бұған мүлдем керi нәтиже бередi. Атом орнықты жүйе
және ол қозбаған күйде болса өзiнен ешқандай да сәуле шығармайды. Теория
мен тәжiрибенiң арасындағы осындай қарама-қайшылықты шешу жолында
ғалымдарға бiраз тер төгуге тура келдi. Бұл бағыттағы зерттеулер барысында
алғашқы елерлiктей табысқа дат ғалымы Нильс Бор жеттi. Ол классикалық
физиканың атомдық жүйеге қатысты барлық көзқарастарын қайта қарай келiп,
оның атомдарға қатысты жаңа тәжiрибелiк деректердi түсiндiруде дәрменсiз
екенiне көзi жеттi. Бұл жерде классикалық физика ұғымдарының ауқымынан
тысқары шығу қажет болатын. Нильс Бор 1913 жылы солай жасады да, ол атомның
жарықты шығаруы мен жұтуы жөнiндегi өзiнiң түсiнiгiн мынадай екi постулат
түрiнде тұжырымдады:
1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр
күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей
қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды.
Сурет 1.3. Бордың бірінші постулатының схемасы.
2. Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi
стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған
сәуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады
(1.13)
Мұндағы Em және En осы стационар күйлердiң энергиясы, ал h–Планк
тұрақтысы.
Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп,
сәуле шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы.
Сурет 1.4. Бордың екінші постулатының схемасы.
(1.14)
Мұндағы -стационар күйлердің энергиясы.
Бор теориясының жетістіктері мен кемшіліктері. Сутегі тәрізді
системалар үшін Ридберг тұрақтысын есептеп шығару-Бор теориясының ең үлкен
жетістіктерінің бірі. Ридберг тұрақтысының көмегімен сутегі тәріздес
системалар үшін протон массасының электрон массасына қатынасы есептелді.
Табылған қатынас тәжірибе жүзіндегі мәндерімен сәйкес келіп Бор теориясының
тағы да бір жетістігі болып табылады.
Бор теориясы характеристикалық рентген сәулелерінің табиғатын,
спектрлік сызықтардың күшті магнит өрісінде жіктелуін, көп еркіндік
дәрежесі бар системалар орбиталарының квантталуы, тағы сол сияқты
құбылыстарды түсіндіруге мүмкіндік туғызды. Бор теориясын сутегі тәріздес
системаларға өте табысты болып, ол үшін спектрдің сандық теориясын жасау
мүмкін болды. Бірақ, Бордың постулаттарына сүйеніп, сутегінен кейінгі гелий
атомының сандық теориясын жасауға мүмкін болмады.
Бор теориясының жетістіктерімен қатар елеулі кемшіліктері болды. Бор
теориясы сыңар жақты, оның ішкі қайшылықтары бар. Бір жағынан Ньютон
механикасының заңдары мен Кулон заңы пайдаланылса, екінші жағынан
классикалық механикамен және электродинамикамен ешқандай байланысы жоқ,
кванттық постулаттар енгізілді.
Бор атомында электрон қозғалатын белгілі орбиталар туралы ұғым–тек
шартты түсінік. Шындығында, атомдағы электрон қозғалысының орбиталармен
қозғалатын планеталармен ұқсастығы жоққа тән. Атомдағы электронның
қозғалысын сипаттау үшін физикаға жаңа түсініктер енгізу қажет болды. Міне
сөйтіп, жаңа кванттық механика, электродинамика теориялары пайда болды. Ал
Бор постулаттары осы жаңа теориялардың негізгі принциптерінің салдары болып
қана қалды [7,149 б].
Ядроның осы күнгі модельдері. Атом ядросы протонмен нейтроннан
тұратынына көз жеткіздік. Осы бөлшектер ядрода қалай орналасады, қандай
заңдылықтарға бағынады деген сұраққа ғалымдар 1932 жылдан бері ойлануда.
Ядродағы құбылыстарды түсіндіру үшін классикалық физикадағы құбылыстарға
аналог болатындай процестерді табу, яғни ядроның физикалық моделін іздеу
керек болады.
Ең бірінші атом ядросының моделі-ядроның сұйықтың тамшысына аналогіне
(ұқсастығына) негізделген модель. Оны бірінші болып совет ғалымы Я. И.
Френкель ұсынған. Мысалы, қозған ядро-қыздырылған тамшы, протон немесе
нейтронның ядродан ұшып шығуы-сұйық тамшысының булануы және т. с. с.
аналогтар енгізілген. Сұйық молекуласындағы өзара әсер күштері ядролық
күштер сияқты қысқа әсерлі күштер қатарына жатады. Сұйық тамшысы моделін
ядролық реакцияларды түсіндіруге қолданылып, кейбір жетістіктерге жетті.
Мысалы, осы модельді 1938 жылы ашылған атом ядросын бөлшектеу құбылысына
қолданып, бұл құбылысты дұрыс түсіндіруге мүмкіндік болды. Ядро затының
тығыздығы барлық ядролар үшін тұрақты . Сұйық молекулаларының
тығыздығы да тұрақты шама, сұйықтың мөлшеріне байланысты емес.
Сұйықтың көлеміне байланыссыз сұйық молекулаларының өзара әсер
энергиясы тұрақты шама. Осыған аналог ядродағы әрбір нуклонға келетін өзара
әсер энергиясы тұрақты шама (жеңіл ядроларды еске алмағанда).
Ядродағы нуклондар арасында әсер ететін байланыс күші сұйықтардағы
молекулалар арасындағы күштеріне ұқсас болады. Нуклондардың еркін жағдайдан
ядро түзіп бірігуі, сұйық буының конденсация процесі кезінде сұйыққа
айналуына ұқсас болады. Осы кездегі шыққан жылу ядро түзгендегі шығатын
энергиямен ұқсас. Бірақ екі құбылыстың бір-бірімен энергия айырмашылығы
миллион есе болады. Бұл айтылған аналогтармен қатар ядролық және
молекулалық құбылыстар арасында үлкен принциптік айырмашылықтар бар. Олар
келесідей:
1. Молекулалық өзара әсер күштерінің табиғаты электромагниттік
күштерге жатады, ал ядролық күштер болса, электромагниттік күштер емес,
спецификалық күштер.
2. Ядролық сұйық екі түрлі, протондық және нейтрондық
сұйықтардың қоспасы.
3. Сұйықты құрайтын бөлшектердің қозғалысын классикалық заңдылықтармен
сипаттауға болады, ал ядродағы нуклондардың қозғалысын кванттық тұрғыдан
қарастыру керек.
Міне, бұл айтылған өзгешеліктерге қарамастан кейбір ядролық
құбылыстарды сұйық динамикасымен ұқсас деп есептеп, тамшы моделін қолданып
ядроның байланыс энергиясын есептеп шығару, бұл модельдің ең үлкен
жетістіктерінің бірі болды. Ядроның толық энергиясын құрайтын әр түрлі
энергиялардың түрлері. Біріншіден, ядро түзетін еркін нуклондардың
энергиясы
(1.15)
Екіншіден, ядро түзгенде бөлініп шығатын энергия , әрбір нуклонға
келетін үлесті энергиясының шамасымен сипатталады да массалық санға
пропорционал болады:
(1.16)
Мұнда а1-тәжірибе жүзінде табылатын коэффициент. Минус таңбасы ядро
түзілгенде энергия бөлінетінін көрсетеді. Ядроның тамшы моделінен шығатын
бір қорытынды-ядро-тамшысындағы нуклондар коллективтік қозғалыста болады.
Мысалы, R радиусты ядро болсын делік. Егер осы ядро сырттан келген нуклонды
жұтса, жұтылған нуклонның энергиясы бөлшектерге шағылып, бүкіл ядро қозған
күйге келеді. Қозған ядро үшін температура туралы түсінік енгізуге
болады. Жұтылған нуклонның энергиясы шамамен МэВ болсын делік,
мұндағы k=Джград-Больцман тұрақтысы. Ядро нуклонды жұтқан кездегі
тағы да жүретін процесс-жұтылған нуклон ядро-тамшының ядролық симметриясын
бұзады. Ядро деформацияланады, ядро-тамшы бетінде беттік толқындар пайда
болады.Толқын ұзындығы , -тамшы шеңберінің бойында пайда болатын
толқын өркештерінің саны. Бұл толқындардың жиілігі
(1.17)
мұнда - беттік керілу коэффициенті, Мя – ядро массасы. Тәжірибеден
беттік энергияны тапсақ, , беттік керілу коэффициентін табуға болады
. Табылған мәнін ( теңдеуіне) қойып, екі жағын h-қа көбейтсек,
ядро-тамшының тербеліс энергиясын табуға болады:
(1.18)
Міне, осы пайда болған беттік тербеліс энергиясын ескеріп ядро-тамшы
моделінің көмегімен ядроның қозған күйін түсіндіруге мүмкін болмай шықты.
Сонымен ядроның беттік энергиясы жалпы энергияға өз үлесін қосуы
керек.
(1.19)
Егер (1.19) формуласындағы R–дың мәнін (1.20)-ке қойсақ және тұрақты
шамаларды коэффициентпен белгілесек Е3 энергиясы Е2 энергиясына кері
таңбамен енуі керек. Себебі ядро бетіндегі нуклондарға бір беткей әсер
етеді:
(1.20)
Көптеген элементтердің атом ядроларындағы нейтрон және протондар саны
бірдей болмағандықтан, оны есепке алу үшін жалпы энергия балансына тағы бір
мүше енгізу керек. Ол энергияның таңбасы Е2-нің таңбасына қарама-қарсы
болуы керек, ал шамасы масса саны А және протон саны Z-ке пропорционал.
(1.21)
мұнда а3-эмперикалық коэффициент. Ядро энергиясына протондардың тебіліс
әсерлерін еске алатын мүше енгізу керек. Zе-ядро заряды бүкіл ядроға тегіс
бірдей тығыздықпен үлестірілген деп есептеп, екенін аламыз, сонда
(1.22)
мұнда а4-теория жүзінде есептелетін коэффициент. Ядродағы күштер өзара
әсерлесуші нуклондардың спиндеріне байланысты болады. Мұны ескеретін мүше
Е6 әр түрлі мәндерге тең:
немесе (1.23)
және эпирикалық коэффициенттер.
Сонымен ядроның жалпы энергиясы.
(1.24)
Бұл табылған байланыс энергиясының шамасы тәжірибеден табылған
мәндеріне жуық болып шықты [8,136 б].
Франк және Герцтiң тәжiрибелерi. Атомның энергетикалық күйiнiң
дискреттi болатынын алғаш рет дәлелдеген тәжiрибе-Дж.Франк және Г.Герц
тәжiрибесi. 1913 жылы орындалған бұл тәжiрибеде электрондардың сынап
атомынан шашырауы зерттелген болатын. Атомдарда үздікті энергиялық
деңгейлерінің болатындығын (Бор постулаттарының) дұрыстығын тәжірибе
негізінде дәлелдеген Франк және Герц. Олардың схемасы келесідей болған.
~ 1 мм. сынап болғанда
Сурет 1.5. Франк және Герс тәжірибе жүргізген қондырғының схемасы.
Т-түтік ішінде сиретілген сынаптың буы болады. Ондағы қысым 1 мм.
атмосфералық қысымнан 760 есе кіші. Өткізгіш ішінде үш өткізгіш орналасқан
оларды электрондар деп атайды. К-катод, Т-тор, А-анод, Г-галбанаметр,
тізбектегі токтың шамасын анықтайды, V-вольтметр.
R–айнымалы кедергінің көмегімен U-кернеудің шамасын өзгерте аламыз. UA-
ток көзінің көмегімен тор және анод арасындағы кернеудің шамасын өзгерте
аламыз. UК-ток көзі катодтың температурасын өзгертеді. Катодты қыздырған
жағдайда термоэлектронды эмиссия құбылысының нәтижесінде одан электрондар
ұшып шығады. Бұл электрондар ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .3
1 АТОМ
ЯДРОСЫ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ..7
1.1 Атом ядросы және оның
құрылысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
1.2 Атом ядросының
модельдері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 16
1.3
Радиоактивтілік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2 АТОМ ЯДРОСЫНЫҢ
ЭНЕРГИЯСЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...41
2.1 Ядролық күштер және оның
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... 41
2.2 Ядролық
реакциялар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ..44
2.3 Ядроның бөлінуі және термоядролық
синтез ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...54
2.4 Атом энергиясын қолдану
мәселелері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ..6 8
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..74
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... .76
1-ҚОСЫМША- Бор постулаттары. Сутегі тектес атом үшін Бор теориясы ... .77
КІРІСПЕ
Білім беру жүйесін дүние жүзілік деңгейге жеткізу мақсатымен егеменді
еліміз соңғы кезде осы саланы қайта құру жағдайын бастан өткізіп отыр.
Әсіресе, жастарға орта білім берудің мазмұны мен түрлері жүйелі түрде
өзгере отырып (лицей, гимназия, колледж т.б.), жоғары сыныптарда бағытты
және тереңдете оқыту мәселелері де қолға алынуда. Орта мектепте
математикалық бағытта терең білім беру мәселесін күшейтуге байланысты,
физика курсының да мазмұнын тереңдете отырып, оқушыларға физикалық білімді
саналы меңгертуді қамтамасыз ету мақсаттары жүзеге аспақ. Болашақ қоғам
мүшелерінің жаратылыстану ғылымдарының негізін толық меңгеріп шығуы қазіргі
заман талабынан туындайтынын ескерсек, оның іргетасы орта мектеп физика
курсын игеруден бастап қаланатыны белгілі.
Қазіргі таңда білім мазмұнын жаңарту, тереңдету және оны саналы
меңгертудің әдіс-тәсілдерін жетілдіру педагогикалық зерттеулер көзіне
айналуда. Олай болса, орта білім берудің негізгі бағытының бірі -
оқушыларға физика курсын тереңдетіп, жетілдіре отырып меңгерту болмақ.
Әсіресе, физика курсының барлық бөлімдерін мазмұн жағынан және әдістемелік
тұрғыдан тереңдете жетілдірудің маңызы зор.
Қазақстан мемлекеті алдағы уақытта ғылыми-техникалық прогресті
өркендету арқылы нарықтық бәсекеге қабілетті мемлекеттер қатарына қосылу
үшін іргелі ғылыми пәндерді оқыту ісін жетілдіруді білім беру ісінің басты
міндеті деп есептейді.
Физиканы тереңдетіп оқыту барысында негізгі дидактикалық принциптерге
сүйенуге болады. Әсіресе әр бөлімнің мазмұнын тереңдетуге арналған
материалдардың ғылымилығын, жүйелілігін, көрнекілігін, теорияның
практикамен байланысын және оқытудың деңгейлілігі мен сапалылығын, білімнің
тиянақтылығын және саналы меңгерту мүмкіндігін ескеру нағыз маманның
шеберлігінің көрінісі.
Оқыту әдісін анықтау және таңдау барысында алдымен сабақтың басты
мақсаты мен негізі міндеттерін айқындап алып, соған байланысты оқушының
танымдық әрекетін дамытуға мүмкіндік беретін әдіс-тәсілдер ойластырылса, ол
да өз тиімділігін одан әрі күшейте түспек.
Қазіргі кезде шапшаң жүріп жатқан жаһандану үрдісі әлемдік
бәсекелестікті күшейте түсуде. Тіпті бірқатар дамыған елдерде бұл идея
ұлттық қағидаға айналып отыр. Сондықтан халықаралық ұйымдар әлем елдерінің
бәсекеге қабілеттілігінің рейтингін анықтауға кірісті. Елбасы Н.Ә.Назарбаев
Қазақстанынның бәсекеге қабілетті 50 елдерінің қатарына кіру старатегиясы
атты жолдауында Білім беру реформасы – Қазақстанның бәсекеге нақтылы
қабілеттілігін қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін аса маңызды құралдарының
бірі деп атап өткен болатын.
Біріккен ұлттар ұйымының шешімімен ХХІ ғасыр – ақпараттандыру ғасыры
деп аталды. Қазақстан Республикасы да ғылыми-техникалық прогрестің негізгі
белгісі – қоғамды ақпараттындыру болатын жаңа кезеңіне енді. Қоғамды
ақпараттандыру – экономиканың, ғылымның, мәдениеттің дамуының негізгі
шарттарының бірі. Осы мәселені шешудегі басты рөл мектепке жүктеледі [1].
Елімізде білім берудің жаңа жүйесі жасалып, оның мазмұнының түбегейлі
өзгеруі, оның дүниежүзілік білім кеңістігіне енуі бүкіл оқу-әдістемелік
жүйеге, мұғалімдер алдына жаңа талаптар мен міндеттер қойып отыр.
Бізді қоршаған табиғаттағы заттар неден тұрады? Оларды табиғат қалай
жасаған? Заттарды құрайтын ең кішкене бөлшек не деген сұрақтар ертеден
қойылып келеді. Үлкен, зәулім таулар судың, желдің және вулкандық күштердің
әсерінен бұзылып тасқа, ал тастардың өзі бара - бара шаңға айналады. Заттың
бөлінуінің шегі барма? Табиғат бөле алмайтын ең кішкене бөлшек барма, бар
болса ол не?
Ертедегі грек философтары Демокрит және Лепкин мұндай бөлшектер бар,
олар атомдар деп есептеген. Атом - грек тілінде бөлінбейтін деген
сөз. Атом қандай, оның түрі қандай деген сұрақ ғасырлар бойы жауапсыз
қалды. Мүмкін атом кішкене шариктер шығар, немесе басқа формадама? Әр түрлі
заттардың атомдары әр түрлі болама? Ертедегі грек философы Анаксимандр
әлемде төрт нәрсе – су, ауа, жер, от құрайтынын, ал олардың өзі атомдардан
тұратынын айтқан. Алайда, ертедегі грек философтарының бұл ойлары
эксперимент жүзінде дәлелденбей, тек болжам түрінде қалды да одан бергі
ғасырларда көпке дейін атом туралы сөз болған еді, осы грек философтарының
еңбектеріндегі тиімді қағидаларды мен өз жұмысым барысында пайдалануға
тырыстым.
Атом туралы ілімнің XVII – XVIII ғасырларда қайтадан дамуына химиялық
элементтер туралы түсініктің пайда болуы, химиялық реакциялар кезінде зат
массасының сақталуы, затты құрайтын элементтердің бір – бірінен
айырмашылығының болуы, мысалы, судың құрамында сутегі мен оттегі болатыны
және т. с. с. құбылыстар мен заңдылықтардың ашылуы үлкен әсерін тигізді
[2,143 б].
Дипломдық жұмыстың өзектілігі. Бүгінгі таңда Қазақстан Республикасының
Білім туралы заңы - әр адамның жан – жақты дамуына мүмкіндік жасайтын
құжаттардың бірі.
Қазақ елінің дербестігінен туындайтын әлеуметтік – экономикалық
қажеттіліктерге қарай Білім туралы заң жеткіншектерді салауатты, саналы
өмір мен еңбекке тәрбиелеуге бағытталған, оқытудың мазмұны мен формасын
жаңалауға, оларды ұлттық мәдени және аймақтық ерекшеліктерге орай
нақтылауға қажеттілікке қарай түзетулер жасап, қазақ тілінде оқытатын
мектептерді қайта құруға жетелейді. Елбасымыз Н.Ә. Назарбаев Қазақстан
халқына 2007 жылғы 28 ақпандағы Жаңа әлемдегі жаңа Қазақстан Жолдауында:
Білім беру реформасы табысының басты өлшемі – тиісті білім мен білік алған
еліміздің кез келген азаматы әлемнің кез келген елінде қажетке жарайтын
маман болатындай деңгейге көтерілу болып табылады. Біз бүкіл елімізде
әлемдік стандарттар деңгейінде сапалық білім беру қызметіне қол жеткізуге
тиіспіз, - деп атап көрсетті.
Қазіргі таңда әлемдік ғылымның дамуы, жаңа техникалар мен
технологиялардың шығарылуы адамзат көшін алға бастыруда. Соның ішінде
физика ғылымының соңғы жаңалықтары атом ядросының құрылысын тереңірек
зерттеу керектігін көрсетеді. Алайда қазіргі кезде ғылым мен өндіріс
сферасының арақашықтығы сезілуде. Себебі жаңадан пайда болған техникалар
мен технологиялар өндіріске тез арада енгізе алмай келеді.
Табиғаттағы атом ядросының қасиеттерін түсіндірудің қарапайым
тәсілдері мыналар:
- атомдар заттың ең кішкентай бөлшектері, олар бір-бірімен қосылып
заттың химиялық қасиетін сақтайтын кішкентай бөлшек – молекула құрайтыны,
молекеулалар жиынтығынан бізді қоршаған заттар түзілетіні ашылды;
- ХІХ ғасырдың екінші жартысында заттарды құрайтын ең кішкентай бөлшек
– атом әрі қарай бөлінетін дүниенің кірпіші деп есептелді;
- Табиғаттың ғажайып көп құбылыстарында атом ядросының атқаратын ролі
үлкен. Мысалы, химиялық элементтердің өмір сүруіне ядро зарядының болуы,
бүкіл әлемдік энергияның негізі көзі, ядролық реакциялар, ядролық
түрленулер, және т.с.с;
Дипломдық жұмыстың мақсаты. Атом ядросы қасиеттерін зерттеу жағдайында
қалыптасқан ғылыми теориялық пікірлердің маңызын айқындау және қолдану
өрісін анықтау. Қазіргі таңда физиканы оқытуда атом ядросының қасиеттерін
біле отырып оқушылардың пәнге деген қызуғушылығын арттыру.
Дипломдық жұмыстың міндеттері. Бұл дипломдық жұмыста негізгі міндет:
- атом ядросы қасиеттері жайында түсіндіру;
- атом ядросы қасиеттерінің қолданылу жағдайын анықтау;
- атом ядросы қасиеттерін оқытуда озық тәжірибелі технологияларды
пайдалану арқылы оқушылардың физикаға қызығушылын арттырудың әдістемелік
негізін айқындау;
Дипломдық жұмыстың теориялық және әдістемелік негіздері. Атом
ядросының қасиеттері теориялық тұрғыдан негіздеуден, оларға жалпы сипаттама
жасаудан және де қазіргі кезде атом арқасында атом энергиясын қолдану
жағдайында білім берудің негіздерін айқындаудан тұрады.
Алғашқы ғылыми және теориялық қөзқарастармен, практикалық жұмыстар
мазмұнының ғылыми техникалық құралға сәйкестілігімен зерттеу проблемасын
зерделеуде зерттеу міндеттеріне сәйкес зерттеу мәліметтерінің
дәлелділігімен, ұсынылған әдістеменің тиімділігімен, алынған жұмыстардың
нәтижелерін қорытындылаумен, олардың тиімділігін тәжірибелік – эксперимент
жұмыстар арқылы тексерумен және оқу тәрбие үрдісінде апқараттық жүйелердің
кешенді ендіріліуінен дәлелденеді.
Дипломдық жұмыстың зерттеу обьектісі. Атом ядросының қасиеттерін
негізгі сипаттамаларын түсіндіру және олардың қазіргі заманғы ақпараттық
техникалық байланыс жүйелерінің көптеген салаларында қолдану.
Дипломдық жұмыстың ғылыми жаңалығы.
Атом ядросын зерттеуге келесі эксперименттік фактілер әсерін тигізді.
-1896 жыл Беккерель ашқан табиғи радиоактивтілік құбылысы
-1910 жылы ағылшын ғалымы Содди ашқан химиялық элементтер изотоптары.
- Дж. Томсон алғашқы атом моделін 1897 ж. ұсынды.
- Атомның планетарлық моделін 1911 ж.Резерфорд ашты.
Дипломдық жұмыстың практикалық маңыздылығы.
Дипломда ұсынылған атом ядросының қасиеттерін мектеп оқушыларына жаңа
технология бойынша түсіндіре отырып оқушыларды есеп шығаруға үйрету, жас
мамандарға көмекші құрал ретінде ұсынуға болады. Электронды оқулықтарды
пайдалана отырып оқушыларға атом ядросы, құрылысы жайында түсіндіруде
оқушылардың белсенділігін арттырып, ой өрісін дамытады.
Қазіргі мәселелерді шешу. ХХІ ғасырға аяқ басқалы жаңа ақпараттық
технологияларды пайдалану қамтып отыр. Алайда, қазіргі кезде осы ақпараттық
технологияларды 100 пайыз қамту қазіргі кезде ең басты мәселе болып отыр.
Қашықтықтан оқытуды дамыту, дүние жүзілік алдыңғы қатарлы мемлекеттер
қатарында болу алға қойған мақсаттардың бірі болып отыр.
Дипломдық жұмыстың практикалық базасы: Ы. Алтынсарин атындағы Арқалық
мемлекеттік педагогикалық институтының кітапхана қоры, Арқалық қаласы орта
мектептерінің кітапхана қоры, Әл – Фараби атындағы Қазақ ұлттық
университеті, Л. Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетіні, А.
Байтұрсынов атындағы Қостанай мемелекеттік университетінің кітапхана
қорлары, интернет жүйесі, физикалық және техникалық журналдар.
Дипломдық жобаның құрылымы: Дипломдық жұмыс кіріспеден, екі бөлімнен,
жеті бөлімшеден, қорытындыдан, әдебиеттер тізімінен тұрады.
1 АТОМ ЯДРОСЫ
1. 1 Атом ядросы және оның құрылысы
Атом ядросы туралы ұғымды 1911 жылы Резерфорд енгізді. Ол өзінің
қызметкерлері Э.Марсден, Х.Гейлермен бірге α-бөлшектердің жұқа металл
қабатынан өтуін және шашырауын зерттеген. Жасалған тәжірибелердің нәтижесін
түсіндіру үшін атомның ядролық моделін ұсынды. Ал оң зарядталған ядро мен
теріс зарядталған электрондар жиынтығынан-электрондық қабықшалардан тұрады.
Атом масса түгелдей дерлік ядрода шоғырланған. Атомға қарағанда ядро тым
кішкентай және ол өте берік. Атом ядросының ашылуы, теориялық және
эксперименттік физикада атом ядросының құрылысы және оның қасиеттері туралы
тың мәселе қойылды. Осылайша ядролық физика деп аталатын физиканың жаңа бір
тармағы өмірге келді.
Ядролық физика-атом ядросының құрылымын, қасиеттерін, оның
түрленулерін зерттейді, микроәлемде болып жататын құбылыстарды қарастырады.
Элементар бөлшектердің табиғатын, өзара әсерлесулері мен түрленулерін
зерттейді.
Атом ядросының құрылысы. Ядроның протон-нейтрондық моделі Чедвиктіқ
тәжірибелерінде нейтрон ашылған сол іле-шала 1932 ж. бұрынғы кеңес физигі
Д. Д. Иваненко мен неміс ғалымы В. Гейзенберг ядроның протон-нейтронды
моделін ұсынды. Ол ядролық түрленулердің кейінгі зерттеулерімен дәлелденді
және қазіргі кезде даусыз болып табылады. Ядроның протон-нейтронды моделі.
Протон-нейтронды модельге сәйкес ядролар екі сортты элементар бөлшектерден:
протондар мен нейтрондардан тұрады.
Тұтас алғанда, атом электр жөнінен бейтарап, ал протон заряды электрон
зарядына моделі бойынша тең болғандықтан, ядродағы протондардың саны атом
қабықшасындағы электрондар санына тең. Ендеше ядродағы протондар саны 2
Меңделеев кестесіндегі элементтің атомдық нөміріне тең.
Ядродағы протондардың 2 саны мен нейтрондардың N санының қосындысын
массалық сан деп атап, А әрпімен белгілейді: А-2+N. Протон мен нейтрон
массалары бір-біріне жуық және олардың әрқайсысы жуықтап алғанда, масса-ның
атомдық бірлігіне тең. Атомдағы электрондар массасы ядро массасынан
әлдеқайда аз. Сондықтан ядроның массалық саны бүтін санға дейін
дөңгелектелген элементтің салыстырмалы атомдық массасына тең. Массалық
сандар дәлдігі онша жоғары болмайтын приборлармен ядролық массаларды өлшеу
арқылы анықталуы мүмкін. М. Планк XX-ғасырдың басында заттың сәуле шығаруы
және жұтуы үздіксіз жүретін құбылыс емес, үздікті түрде энергия үлестері
күйінде өтетін құбылыс екенін көрсетті. А. Энштейн Э. Шредингер, Луйде
Бройль, В. Гейзенберг т.б. Планк идеясын одан әрі дамытып, оны
математикалық тұрғыдан бір жүйеге келтірді. Кванттық теория және оның
негізінде кванттық механикасы осылай қалыптасады. Кванттық теорияның
негізінде атомның әртүрлі қасиеттері және оның ішінде өтіп жатқан
процестер түсіндірілді. (Н. Бор).
XX-ғасырдың II-ші ширегінен бастап атом ядросының құрылымын және онда
байқалатын процестерді зерттеуге, сондай-ақ элементар бөлшектер физикасының
жасалуына байланысты революциялық өзгерістер одан әрі жалғасты. XIX-
ғасырдың соңында радиоактивтілік және ауыр ядролардың радиоактивтілік
түрленуі ашылды. (А. Беккерель, И. Кюри, М. Складовская-Кюри) [3,91 б].
XX-ғасырдың басында изотоптар анықталды. Э. Резерфорд -бөлшектен
атқылау арқылы изотропияның орнықты (ыдырамайтын) ядросын оттек ядросына
түрлендірді (1917ж). Физиканың дамуындағы келесі кезең нейтронның (1932 ж)
ашылуына байланысты болды. Бұл жаңалық ядроның қазіргі нуклондық моделін
жасауға мүмкіндік берді. 1932 жылы позитрон, 1934 жылы жасанды
радиоактивтілік ашылды. Ядролық физиканың дамуында зарядты бөлшек
үдеткіштер елеулі роль атқарады. 1944 жылы В. И. Беккерель енгізген
автофазировка тәсілі үдеткіштер техникасында жаңа сатыға көтеріп, оның даму
горизонтын кеңейтті. Соңғы кездері қарама-қарсы шоқтар үдеткішінде
жүргізілген зерттеулер (Г. И. Будкер) жемісті нәтижелер берді. Бұл
кезеңдегі аса маңызды оқиғалардың бірі-атом ядросының бөлінуі және ядро
ішіндегі энергияның аса мол қорын бөліп алу мүмкіндігінің ашылуы болды.
Ньютон материяға байланысты болмаған материалдық заттарына тәуелсіз
және салыстырмалы емес біртекті изотропты абсолют кеңістік бар деп
есептелінеді. Дененің қозғалуы бұл кеңістікке қатысты абсолют кеңістік
қозғалмас деп есептелінеді. Бұл кеңістік эвклидтік және еркін материалдық
нүкте ол жерде бірқалыпты және түзу сызық бойымен қозғалады. Практикада
болса біз салыстырмалы қозғалысты қараймыз, санақ жүйесі ретінде кез-келген
қозғалысты алсақ болады. Күн жүйесінде ауырлық центрі болған санақ жүйесін
қозғалмас жұлдызына бағытталған өздерінің санақ жүйесін Энштейн галилейлік
деп атауға ұсынды. Бұл жүйеге қатысты инерция заңы жеткілікті анықтықпен
орындалады. Еркін нүкте бірқалыпты және түзу сызық бойымен қозғалады.
Галилейлік жүйе сондықтан да инерциалды есептеледі. Ньютонның абсолют
кеңістігі толқындық оптика тұжырымынан материалдық формаға енді, барлық
жерге енетін әлемдік эфирмен бірлесіп кетеді.
1905 жылы француз математигі және астрономигі А Пуанкаре (1854-1912)
өзінің Электрондық динамика туралы жұмысында шығарды. Бұл жерде Пуанкаре
салыстырмалы постулатын принципін жалпылап айтып өтеді және Лоренцтік
түрлендірді. Сол 1905 жылы жас физик А. Энштейн (1879-1955) өзінің
Қозғалыстағы дененің электродинамикасына деген мақаласында бұл проблеманы
өте оңай және қарапайым түрде баяндалды.
Кез-келген химиялық элементтiң атомының ядросы оң зарядталған
протоннан және заряды жоқ нейтроннан тұрады. Протонның заряды абсолют
шамасы жағынан электронның зарядына тең. Протон мен нейтрон нуклон деп
аталатын ядролық бөлшектiң әртүрлi зарядтық күйi болып табылады. Ядродағы
протондардың саны Z, Менделеевтiң периодтық жүйесiндегi химиялық элементтiң
атомдық нөмiрiмен сәйкес. Ядродағы нейтрондардың саны N деп белгiленедi.
және ядроларынан басқа барлық ядролар үшiн NZ. Менделеевтың
периодтық таблицасының бiрiншi жартысында тұрған жеңiл элементтер үшiн N≈Z,
ал екiншi жартысындағы элементтерде нейтронның саны артықтау N≈1,6·Z.
Ядроның массалық саны деп A=N+Z болатын нуклондардың жалпы санын айтады.
Ядроны әдетте мынадай символмен белгiлейдi. Зарядтарының саны бiрдей, ал
массалық саны әртүрлi ядроларды изотоптар деп атайды. Изотоптардағы
протонның саны бiрдей болады да, нейтронның саны әртүрлi болады. Мысалы
сутегiнiң изотоптары, (немесе-дейтерий), (немесе - тритий) гелийдiң
изотоптары, уранның изотоптары. Бүгiнгi күнi барлық химиялық элементтердiң
үшжүзге жақын орнықты, ал екi мыңға жақын орнықсыз (радиоактивтi)
изотоптары белгiлi. Электронның массасы протонның массасынан 1836 есе кiшi
болғандықтан ядроның массасы атомның массасымен бiрдей десе де болады.
Элементар бөлшектердiң массасын әдетте массаның атомдық бiрлiгi (м.а.б) деп
аталатын жүйеден тыс бiрлiкпен өлшейдi. 1 м.а.б. ретiнде сутегiнiң
изотопының массасының 112 бөлiгi алынған. Ядро сонымен қатар өзiндiк
қозғалыс мөлшерi моментiмен-спинiмен сипатталады. Ядроның спинi
нуклондардың спиндерi арқылы анықталады. Әрбiр нуклонның спинi ħ2-ге тең.
Жұп нуклоннан тұратын ядроның спинi (ħ бiрлiгiнде) бүтiн санға немесе нөлге
тең. Ал тақ нуклоннан тұратын ядроның спинi (ħ бiрлiгiнде) жартылай бүтiн
санға тең.
Атом ядросы алып тұрған көлемнiң айқын шекарасы жоқ. Бұл нуклондардың
толқындық қасиетiмен байланысты. Сондықтан ядроның өлшемдерiн шартты түрде
анықтайды. Ядроның көлемi нуклонның сандарына пропорционал. Сондықтан
ядроны радиусы R-ға тең сфера деп есептеп, оның радиусын әдетте мынадай
эмпириялық өрнекпен анықтайды.
(1.1)
мұндағы =(1,3-1,7)·10-15 м.
Ядроның өлшемдерi өте аз болғандықтан ондағы протондардың кулондық
тебiлу күшi өте үлкен болады. Мысалы құрамында 82 протоны бар қорғасынның
ядросындағы протондардың тебiлу күшi бiрнеше мың ньютонға жетедi. Бiрақ
ядро бұл тебiлу күшiнiң салдарынан бөлшектенiп кетпейдi. Бұл протондар мен
нейтрондардың арасында кулондық күштен де күштi тартылу күшiнiң бар екенiн
көрсетедi. Бұл күштердi ядролық күштер деп, ал бұл күштердiң арқасында
әсерлесудi пәрмендi әсерлесу деп атайды. Протон мен нейтронның пәрмендi
әсерлесу тұрғысынан алғанда ешқандай айырмашылығы жоқ сондықтан оларды
ядролық физикада нуклон деген бiр бөлшек ретiнде қарастырады [4,68 б].
Ядролық күштер өте аз аралықта әсер ететiн күштер болып табылады. Ол
10-15 м-ге дейiнгi аралықта әсер етедi де одан тысқары жерде өте тез кемiп
кетедi. Масспектрограф деп аталатын құралдардың көмегiмен ядроның массасын
өлшеу кез-келген Z протоннан және N нейтроннан тұратын ядроның массасы бос
жүрген Z протон мен N нейтронның массаларының қосындысынан аз екенiн
көрсеттi. Ал масса мен энергия арасындағы байланысты ескерсек бос протондар
мен нейтрондардың энергияларының қосындысы олардан құралған ядроның
энергиясынан артық екенi шығады. Олай болса, ядроны оны құрайтын
бөлшектерге ажырату үшiн осы энергиялардың айырымына тең энергия жұмсау
керек. Мұндай энергияны ядроның байланыс энергиясы деп атайды.
(1.2)
мұндағы массалар ақауы деп аталады. Ядродағы бiр нуклонға келетiн
орташа байланыс энергиясын Δεбай деп белгiлеп, оны ядроның меншiктi
байланыс энергиясы деп атайды.
Резерфорд тәжiрибелерiнен атомның өлшемдерi өте кiшi ядродан және оны
қоршаған электрондың бұлттан тұратыны анықталды. Ендi физиктердiң алдында
жаңа физикалық нысанды, атом ядросының құрылымы мен қасиетiн зерттеу
мәселесi туды.
Атом ядросының үлгілері. Ядро теориясын жасау жөніндегі талаптар екі
маңызды қиындықтарға әкеліп тіреді. Олар мынадай еді: 1) нуклондар
арасындағы әсер ететін күштер туралы мағлұматтың жеткіліксіз аз болуы, 2)
көптеген денелердің (массалық саны А болатын ядро А денелер жүйесін
құрайды) кванттық есебінің шектен тыс қолайсыз үлкен болуы. Атомдағы
динамикалық орталық ядро болып табылады. Оның электрондармен өзара әсері
негізгі және шешуші рөлді атқарады. Электрондардың өзара бір – бірімен
әсерлесулері ядро зарядының әсерін экрандау құбылысына әкеліп тірейді.
Электрондар ядроның сфералық симметриялық өрісінде қозғалатындықтан, ол
өрісті ядродан r қашықтықтың скалярлық функциясы болып табылатын V(r)
скалярлық потенциал түрінде көрсетуге болады. Ядро өрісінің сфералық
симметриялығы және V(r) потенциалының салыстырмалы түрде алғанда
қарапайымдылығы, атомның қабықша үлгісіне негізделген, атом туралы кванттық
механикалық есептің (мысалы Шредингер теңдеуінің) шешуін елеулі түрде
жеңілдетеді. Атом ядросында белгілі факторлардың жиынтығын есепке алған
күннің өзінде, онда оқшауланған орталық дене жоқ, себебі ядро құрамына
кіретін барлық нуклондар тең праволы болып табылады.
Атом ядросының құрылымын және қасиеттерін жан-жақты білу үшін, ядроның
физикалық әр түрлі үлгілерін пайдалану керек. Мұндай түрдегі үлгілерді атом
ядросының құрылымы мен қасиеттерін түсіндіруге пайдаланудың нәтижесі
көптеген түсініктерді айқындап береді. Қандай үлгі болмасын ядроның қасиеті
туралы физика саласында қандай мағлұматтар белгілі болса, ол сол бағыттағы
барлық ғылыми негіздер мен қорытындыларға сүйенеді.
Алайда, қаншалықты қарапайым үлгі болса да, өте күрделі кванттық
механикалық жүйе болып табылатын, ядроның барлық қасиеттерін түгелдей ашып,
көрсете алмайды. Сондықтан бірде-бір үлгіні қағидаға айналдыруға болмайды.
Қандай үлгі болмасын оның қолданылуы шектелген болады, олардың мәндері
тәжірибемен үйлесетіндей етіп алынады.
Жалпы физика курсының саласындағы ядроның бүгінгі таңда кездесетін
барлық үлгілерін сипаттап жату мүмкін емес. Сондықтан біз ядроның қабықша
және тамшы моделіне тоқталамыз.
Тамшы үлгісі. Ядроның бұл үлгісін 1939 жылы Я. И. Френкель ұсынған
болатын. Кейіннен оны Н. Бор және т.б. ғалымдар дамытты. Ядроның бұл
үлгісінің пайда болуына түрткі болған 1938 жылы неміс ғалымдары Ган және
Штрассман ашқан уран ядросының, оны нейтрондармен атқылағанда, бөлінуі
жөніндегі жаңалық болатын. Сонда ядроның құрамындағы нуклондарды ұстап
тұратын ядролық күштердің әсер радиусы өте аз болады екен. Іс жүзінде, әр
нуклон өзінің жақын көршісімен өзара әсерлесетіндігі анықталды. Міне,
ядролық күштердің осындай қасиеттерін кеңес ғалымы Я. И. Френкельге, ядроны
сұйық тамшысы түрінде қарауға мүмкіндік берді. Сұйық тамшылары тек қана
өзінің жақын көршілерімен әсерлеседі. Демек, ядроның сұйық тамшысымен
ұқсастығы мынада екен. Сұйықтың құрамындағы бөлшектер-молекулалар және
соған ұқсас ядродағы нуклондар арасындағы өзара әсер ететіндігінде. Сонымен
қатар, іс жүзінде, әр түрлі ядролар затының тығыздығының бірдейлігі, ядро
затының шектен тыс өте аз сығылатындығы. Олай болса, сондай
сығылмаушылық қасиет сұйықта да бар. Міне, осындай ұқсастықтар, ядроны
зарядталған тамшыға теңеуге негіз болды.
Тамшы үлгісі ядродағы бөлшектердің байланыс энергиясымен есептеу үшін
жартылай эмперикалық өрнекті шығаруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар бұл
үлгі көптеген құбылыстарды түсіндіруге көмектесті, бұл жерде мысал үшін
ауыр элементтердің ядросының бөліну процесін келтіруге болады.
Қабықша үлгісі. Қазіргі кездегі ядроның қабықша үлгісі 1948-1949 жылы
пайда болды. Осы үлгінің дамуына елеулі үлес қосқан физиктер М. Гепперт-
Майер (Чикаго), О. Гаксель, И. Иенсен (Гейдельберг) және Г. Зюсс болды. Бұл
үлгі бойынша нуклондар орталық симметриялы өрісте бір-біріне тәуелсіз
қозғалып жүреді деп есептелінеді. Осыған сәйкес паули принципіне бағынатын
нуклондармен толған (нуклондар спині екенін еске сала кетейік)
дискретті энергиялық деңгейлер (атом деңгейіне ұқсас) болады. Бұл деңгейлер
қабықшаларға топталады. Ол қабықшаларда белгілі бір нуклондар саны бола
алады. Нуклондармен толық толған қабықша ерекше орнықты болып шығады.
Тиісті тәжірибелердің қорытындыларына қарағанда, мұндай ерекше орнықты
ядроларға протондар саны, немесе нейтрондар саны (немесе осы екеуіде) 2, 8,
20, 28, 50, 82, 126 болып келетін ядролар жатады екен. Бұл сандарды
физиктер сиқырлы деп атады. Протондар саны Z немесе нейтрондар саны N
сиқырлы болған жағдайда (яғни өте орнықты ядролар), ядролар да сиқырлы
болады. Ядроның Z-де және N-і де сиқырлы болса, онда оны екі ретті сиқырлы
деп атайды.
Екі ретті сиқырлы ядролардың бізге бесеуі белгілі, олар:
(1.3)
бұл ядролар ерекше орнықты.
Қабықша үлгісінің бір ерекшелігі ол көптеген тәжірибелердің
қорытындыларын бірдей көзқарас тұрғысынан түсіндіруге мүмкіндік береді.
Қабықша үлгісінің авторлары М. Гепперт-Майерге және Н. Иенсенге физика
саласындағы ашылған осы жаңалықтары үшін Нобель сыйлығы берілді. Ядроның
қабықша үлгісін одан әрі теория жүзінде негіздеу және дамыту кеңес ғалымы
академик А. Б. Мигдельдің есімімен байланысты.
Атом ядросының заряды. Атом ядросының негізгі сипаттамаларының бірі
оның электр заряды болып табылады.Атом ядросының зарядын алғаш рет 1913
жылы Г.Мозли өлшеген. Ал ядросының зарядын тікелей өлшеуді ағылшын физигі
Дж. Чедвик 1920 жылы жүзеге асырды. Атом ядросының заряды элементар электр
зарядының Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің Z реттік нөмірінің
көбейтіндісіне тең болады.
(1.4)
Сонымен, Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің реттік нөміріне
кез-келген элемент атомының ядросындағы оң зарядтардың санымен анықталады.
Сондықтан элементтің Z реттік нөмірін зарядтық сан деп атайды.
Ядролық физиканың дамуы да осы нейтрон табылған мезгілден басталады.
Себебі, нейтрон, табылғаннан кейін совет ғалымы Д. Иваненко және одан
тәуелсіз неміс ғалымы В. Гейзенберг атом ядросы протон мен нейтронннан
тұрады деген болжам айтты. Ядро протон мен нейтроннан тұратыны көптеген
тәжірибелердің қорытындыларымен сәйкес келіп осы күнгі ядро құрамы туралы
түсініктің негізі болып табылады. Протон мен нейтронды жалпы нуклондар
дейді (латын тілінен nucleus - ядро), яғни протондармен нейтрондар-ядролық
бөлшектер. Протон мен нейтрон-ядролық бөлшек нуклонның әр түрлі күйі.
Сонымен, сайып келгенде, кез-келген элементтің атом ядросының заряды
ядродағы протондар санымен анықталады екен. Ядродағы пртондардың саны атом
қабықшасындағы электрондардың санына тең, себебі түгел алғанда атом электр
бейтарап [5,143 б].
Атом ядросының массасы және байланыс энергиясы. Атом ядросының
физикалық қасиеттері оның зарядтарымен қатар массасымен де анықталады.
ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі-масса. Ядролық физика
иондар мен атом ядросының массасын көбінесе масспектрографтың көмегімен
анықтайды. Зерттелетін заттың атомдары иондық көзде оң иондалып, әлсіз
электр өрісінің әсерінен D1 диаграма арқылы әр түрлі жылдамдықпен өтеді. D1
және D2 диаграмалары арасында оң иондар электр өрісінде үдемелі қозғалады.
Және осы мезетте оң иондарға индукция В0 болатын магнит өрісі де әсер
етеді. Осылайша үдетілген оң иондар, оған бір-біріне перпендикуляр
бағытталып әсер ететін Е0 электр және В0 магнит өрістері арқылы
сұрыпталып өтеді. D2 диаграма арқылы бұрылмай өту үшін немесе
шарты орындалуы керек. Бұл теңдеуден жылдамдықты анықтайық:
(1.5)
Осы жылдамдыққа ие болған оң иондар біртекті В магнит өрісінде
орналасқан ВК вакуумдық камераға өтеді. Магнит өрісінің индукция векторы
В иондардың жылдамдық векторына перпендикуляр орналасқан. Магнит
өрісінде қозғалған оң иондарға модулі Ғ=υqB болатын Лоренц күші әрекет
етеді. Иондар осы күштің әрекетінен шеңбер бойымен қозғалады. Жартылай
шеңбер сыза отырып, массалары бірдей иондар ФП фотопластинаның түрлі
орындарында тіркеледі. Ғп=Ғцт немесе болғандықтан, ионның массасын
өрнегі бойынша жоғары дәлдікпен анықтайды. Атом ядросының массасын М
әрпімен белгілеу қабылданған. Нуклондарды ядроға біріктіргенде, сол
нуклондардың бір-бірімен байланыс энергиясының бөлініп шығатындығымен
түсіндіруге болады. Демек, тыныштықта тұрған өзара әсерлеспеген
нуклондардың энергияларының қосындысынан мынадай шамаға аз болады.
(1.6)
Бұл шама ядродағы нуклондардың байланыс энергиясы болып табылады.
Сонымен ядроның байланыс энергиясы деп, ядроны оны құрайтын нуклондарға
бөлшектеуге қажетті энергияның шамасын айтады.
Бір нуклонның үлесіне тиісті байланыс энергиясын, яғни
шамасын ядродағы нуклондардың меншікті байланыс энергиясы деп атайды. Оны
әрпімен белгілейді. Мына шаманы ядроның масса ақауы деп
атайды. Сонымен масса ақауы байланыс энергиясымен мынадай қатынаста болады.
(1.7)
Ядролық физикадағы өлшем бірліктер. Өлшем бірліктерінің Халықаралық
жүйесінде қолданылатын ұзындықтың, массаның және т.б. өздеріне таныс өлшем
бірліктерімен қатар, ядролық физикада арнайы бірліктер қолданылады. Бұл
қажеттілік ядролық процестердің субатомдық әлемде өтетінінен туындайды.
Мысалы, ядролық физикадағы ең үлкен қашықтық атом радиусының өзі 10-10 м-ге
тең. Ұзындық бірлігі ретінде ферми алынады: 1 фм=10-15 м. массаның бірлігі
ретінде көміртегі атомы массасының бөлігі алынады. Ол массаның
атомдық бірлігі болып табылады:
1м.а.б.=кг,
1 кг=м.а.б.
Салыстырмалы атомдық масса атомның абсолюттық массасында неше
массаның атомдық бірлігі бар екенін көрсетеді. Мысалы, сутегі үшін
Аr=1,00783, көміртегі үшін Аr=12, оттегі үшін Аr=15,99482.
Атом ядросының массасы жуықтап алғанда атом массасына тең деп алуға
болады. Себебі, тек сутегі атомын ескермегенде, бүкіл элементтердің атом
электрондарының массасы атом массасының шамамен бөлігіндей ғана. Атом
массасын өлшейтін құрал-масспектроскоптардың көмегімен атомдардың массасын
анықтайды. Осындай өлшеулердің негізінде химиялық элементтің заряды бірдей,
бірақ массаларының айырмашылығы бар әр түрлі атомдарының-изотоптардың бар
екені анықталды. Изотоптардың (немесе оларды кейде нуклидтер дейді)
массаларын өлшей отырып олардың атомдық масса бірліктерінің (а. е. м.)
бүтін сан екенін тапқан, яғни изотоптық массалар бүтін санға тең. Химиялық
элементттің бірнеше изотобы болады, ал олардың орташа мәні элементтің
атомдық массасын береді.
Мысалы, оттегінің изотоптары .
Ядролық физикада атом изотоптары массаларының бүтін сан болғандығы
үлкен роль атқарды. Себебі, бұдан барлық химиялық элементтер атомдарының
ядролары біртекті бөлшектерден тұрады және олардың саны бүтін санға тең
екен деген қорытындыға келуге болады.
Ядролық физикада энергияны электронвольтпен өлшейді, 1эВ=109эВ.
Көбінесе элементар бөлшектердің массаларын массаның атомдық бірлігімен
қатар энергияның өлшем бірлігі МэВ немесе ГэВ-пен де өлшейді. Сондықтан
массаның атомдық бірлігіне сәйкес болатын энергияның эквивалентін
анықтайық. Масса мен энергияның өзара байланысты болатыны Эйнштейннің
формуласынан белгілі. Атомдағы электрондар массасы ядроның массасымен
салыстырғанда өте аз, оны ескермеуге болады. Сондықтан массаның атомдық
бірлігімен алынған және атом массасына ең жақын бүтін санды массалық сан
деп атайды. Оны а әрпімен белгілейді. Ол жоғары дәлдікті қажет етпейтін
есептеулерде, әсіресе массалардың қатынасы кіретін өрнектерде ядро
массасының шамасы ретінде қолданылады. Мысалы, гелий атомының массасы
МНе=4,0026 м.а.б. болса, массалық саны А=4 болады.
Атом ядросының пішіні мен өлшемі. Көптеген эксперименттік зерттеулер
атом ядросының радиусын мына формула бойынша жуықтап анықтауға болады:
(1.8)
Мұндағы м, А-массалық сан. Ал ядроның радиусы оның массалық
санының кубтық түбіріне пропорционалдығынан ядролық заттың орташа тығыздығы
үшін
(1.9)
шығады, мұндағы Мя = (mр + mn)-ядроның массасы. Есептеулер жуықтап
алғанда ядролық заттың орташа тығыздығы ρ≈кгм3 екенін көрсетті.
Заттың осындай тығыздығы ғарыштағы нейтрондық жұлдыздар-пульсарларға да тән
көрінеді.
Ядроның мөлшері. Резерфорд тәжірибелерінде жылдам -бөлшектермен
элементтердің атомдарын атқылағанда, әр түрлі энергиялы -бөлшектер
ядроға белгілі бір ара қашықтыққа жақындайды да, одан кулон күштерінің
әсерінен тебіледі. Бұл тәжірибелерден ядро атомның белгілі бір көлемін алып
жататыны дәлелденді. Атом ядросы күрделі система және оның тәртәбә
кванттық механика заңдарына бағынышты, соның ішінде Гейзенбергтің
анықталмағандық қатынасымен сипатталады. Басқаша айтқанда, ядро мөлшерінің
шекарасы дәл шектелген емес. Ядро мөлшерін анықтаудың әр түрлі әдістері
бар. Мысалы, жылдам нейтрондарды ядроның шашыратуы арқылы табу. Ең үлкен
ядролардың радиустары шамамен 10-14 м. Эмпириялық жолмен табылған келесі
формулада ядро радиусының массалық санға байланысы көрсетілген (r0 =
(1,41,5) м-тұрақты шама).
(1.10)
(1.8) формула арқылы ядроның орташа тығыздығын есептеуге болады. Ядро
сфера формалы деп есептеп, оның радиусы R болса, тығыздығы
(1.11)
мұнда Мя-ядро массасы. Сонда мысалы, ядросы үшін:
(1.12)
Ал күнделікті қолданылып жүрген судың тығыздығы 103 . Бұдан ядро
тығыздығы аса үлкен шама екенін көреміз. Ядро затының өте зор тығыздығы,
ондағы заттардың ерекше спецификалық ядролық жағдайда болатынын және
ядролық күштердің интенсивтігінің үлкен шама болатынын көрсетеді [6,149 б].
1. 2 Атомның ядролық моделдері
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.
Томсон моделі. 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. Томсон моделi атомның бiрқатар
қарапайым қасиеттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жағдайда қиыншылыққа
тiрелетiн.
Сурет 1.1. Томсон моделі схемасы.
Резерфорд тәжірибесі. Атом құпиясына тереңiрек үңiлiп, оның жаңа бiр
моделiн ұсынған ғалым ағылшын оқымыстысы Э.Резерфорд болатын. Ол өз
тәжiрибелерiнде аса шапшаң α-бөлшектер жұқа алтын фольгадан шашыраған
кездегi бұрыштық таралуын зерттей келе атомның планетарлық моделi деп
аталатын моделiн ұсынды. Резерфордтың бұл моделi бойынша атомдағы оң
зарядтар Томсон моделiндегiдей бүкiл көлемде таралмай, керiсiнше, оның
орталығында жинақталады. Оны атом ядросы деп атайды. Ал электрондар болса
Күн жүйесiндегi планеталар тәрiздi ядроны айнала қозғалып жүредi.
Сурет 1.2. Резерфорд жүргізген тәжірибе схемасы.
Электрондардың массасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей дерлiк
массасы ядрода шоғырланған. Ядроның өлшемi атомның өлшемiмен салыстырғанда
шамамен 105 еседей кiшi.
Бор постулаттары. Бор жасаған сутегi атомының моделi. Атомның ядролық
моделi α-бөлшектердiң жұқа алтын фольгадан шашырауын дұрыс түсiндiргенiмен
екiншi жағынан басқа қиындыққа жолықты. Оның мәнiсi мынада болатын.
Классикалық электродинамика заңдары тұрғысынан атомның планетарлық моделi
тәрiздес жүйелер орнықты болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны айнала
үдей қозғалатын болғандықтан өзiнен электромагниттiк сәуле шығаруы тиiс. Ал
бұлай сәуле шашу оның энергиясын кемiтедi де соның салдарынан электронның
айналу радиусы бiрте-бiрте кемiп, түбiнде ол ядроға құлап түсуi тиiс
болатын. Бiрақ тәжiрибе бұған мүлдем керi нәтиже бередi. Атом орнықты жүйе
және ол қозбаған күйде болса өзiнен ешқандай да сәуле шығармайды. Теория
мен тәжiрибенiң арасындағы осындай қарама-қайшылықты шешу жолында
ғалымдарға бiраз тер төгуге тура келдi. Бұл бағыттағы зерттеулер барысында
алғашқы елерлiктей табысқа дат ғалымы Нильс Бор жеттi. Ол классикалық
физиканың атомдық жүйеге қатысты барлық көзқарастарын қайта қарай келiп,
оның атомдарға қатысты жаңа тәжiрибелiк деректердi түсiндiруде дәрменсiз
екенiне көзi жеттi. Бұл жерде классикалық физика ұғымдарының ауқымынан
тысқары шығу қажет болатын. Нильс Бор 1913 жылы солай жасады да, ол атомның
жарықты шығаруы мен жұтуы жөнiндегi өзiнiң түсiнiгiн мынадай екi постулат
түрiнде тұжырымдады:
1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр
күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей
қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды.
Сурет 1.3. Бордың бірінші постулатының схемасы.
2. Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi
стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған
сәуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады
(1.13)
Мұндағы Em және En осы стационар күйлердiң энергиясы, ал h–Планк
тұрақтысы.
Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп,
сәуле шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы.
Сурет 1.4. Бордың екінші постулатының схемасы.
(1.14)
Мұндағы -стационар күйлердің энергиясы.
Бор теориясының жетістіктері мен кемшіліктері. Сутегі тәрізді
системалар үшін Ридберг тұрақтысын есептеп шығару-Бор теориясының ең үлкен
жетістіктерінің бірі. Ридберг тұрақтысының көмегімен сутегі тәріздес
системалар үшін протон массасының электрон массасына қатынасы есептелді.
Табылған қатынас тәжірибе жүзіндегі мәндерімен сәйкес келіп Бор теориясының
тағы да бір жетістігі болып табылады.
Бор теориясы характеристикалық рентген сәулелерінің табиғатын,
спектрлік сызықтардың күшті магнит өрісінде жіктелуін, көп еркіндік
дәрежесі бар системалар орбиталарының квантталуы, тағы сол сияқты
құбылыстарды түсіндіруге мүмкіндік туғызды. Бор теориясын сутегі тәріздес
системаларға өте табысты болып, ол үшін спектрдің сандық теориясын жасау
мүмкін болды. Бірақ, Бордың постулаттарына сүйеніп, сутегінен кейінгі гелий
атомының сандық теориясын жасауға мүмкін болмады.
Бор теориясының жетістіктерімен қатар елеулі кемшіліктері болды. Бор
теориясы сыңар жақты, оның ішкі қайшылықтары бар. Бір жағынан Ньютон
механикасының заңдары мен Кулон заңы пайдаланылса, екінші жағынан
классикалық механикамен және электродинамикамен ешқандай байланысы жоқ,
кванттық постулаттар енгізілді.
Бор атомында электрон қозғалатын белгілі орбиталар туралы ұғым–тек
шартты түсінік. Шындығында, атомдағы электрон қозғалысының орбиталармен
қозғалатын планеталармен ұқсастығы жоққа тән. Атомдағы электронның
қозғалысын сипаттау үшін физикаға жаңа түсініктер енгізу қажет болды. Міне
сөйтіп, жаңа кванттық механика, электродинамика теориялары пайда болды. Ал
Бор постулаттары осы жаңа теориялардың негізгі принциптерінің салдары болып
қана қалды [7,149 б].
Ядроның осы күнгі модельдері. Атом ядросы протонмен нейтроннан
тұратынына көз жеткіздік. Осы бөлшектер ядрода қалай орналасады, қандай
заңдылықтарға бағынады деген сұраққа ғалымдар 1932 жылдан бері ойлануда.
Ядродағы құбылыстарды түсіндіру үшін классикалық физикадағы құбылыстарға
аналог болатындай процестерді табу, яғни ядроның физикалық моделін іздеу
керек болады.
Ең бірінші атом ядросының моделі-ядроның сұйықтың тамшысына аналогіне
(ұқсастығына) негізделген модель. Оны бірінші болып совет ғалымы Я. И.
Френкель ұсынған. Мысалы, қозған ядро-қыздырылған тамшы, протон немесе
нейтронның ядродан ұшып шығуы-сұйық тамшысының булануы және т. с. с.
аналогтар енгізілген. Сұйық молекуласындағы өзара әсер күштері ядролық
күштер сияқты қысқа әсерлі күштер қатарына жатады. Сұйық тамшысы моделін
ядролық реакцияларды түсіндіруге қолданылып, кейбір жетістіктерге жетті.
Мысалы, осы модельді 1938 жылы ашылған атом ядросын бөлшектеу құбылысына
қолданып, бұл құбылысты дұрыс түсіндіруге мүмкіндік болды. Ядро затының
тығыздығы барлық ядролар үшін тұрақты . Сұйық молекулаларының
тығыздығы да тұрақты шама, сұйықтың мөлшеріне байланысты емес.
Сұйықтың көлеміне байланыссыз сұйық молекулаларының өзара әсер
энергиясы тұрақты шама. Осыған аналог ядродағы әрбір нуклонға келетін өзара
әсер энергиясы тұрақты шама (жеңіл ядроларды еске алмағанда).
Ядродағы нуклондар арасында әсер ететін байланыс күші сұйықтардағы
молекулалар арасындағы күштеріне ұқсас болады. Нуклондардың еркін жағдайдан
ядро түзіп бірігуі, сұйық буының конденсация процесі кезінде сұйыққа
айналуына ұқсас болады. Осы кездегі шыққан жылу ядро түзгендегі шығатын
энергиямен ұқсас. Бірақ екі құбылыстың бір-бірімен энергия айырмашылығы
миллион есе болады. Бұл айтылған аналогтармен қатар ядролық және
молекулалық құбылыстар арасында үлкен принциптік айырмашылықтар бар. Олар
келесідей:
1. Молекулалық өзара әсер күштерінің табиғаты электромагниттік
күштерге жатады, ал ядролық күштер болса, электромагниттік күштер емес,
спецификалық күштер.
2. Ядролық сұйық екі түрлі, протондық және нейтрондық
сұйықтардың қоспасы.
3. Сұйықты құрайтын бөлшектердің қозғалысын классикалық заңдылықтармен
сипаттауға болады, ал ядродағы нуклондардың қозғалысын кванттық тұрғыдан
қарастыру керек.
Міне, бұл айтылған өзгешеліктерге қарамастан кейбір ядролық
құбылыстарды сұйық динамикасымен ұқсас деп есептеп, тамшы моделін қолданып
ядроның байланыс энергиясын есептеп шығару, бұл модельдің ең үлкен
жетістіктерінің бірі болды. Ядроның толық энергиясын құрайтын әр түрлі
энергиялардың түрлері. Біріншіден, ядро түзетін еркін нуклондардың
энергиясы
(1.15)
Екіншіден, ядро түзгенде бөлініп шығатын энергия , әрбір нуклонға
келетін үлесті энергиясының шамасымен сипатталады да массалық санға
пропорционал болады:
(1.16)
Мұнда а1-тәжірибе жүзінде табылатын коэффициент. Минус таңбасы ядро
түзілгенде энергия бөлінетінін көрсетеді. Ядроның тамшы моделінен шығатын
бір қорытынды-ядро-тамшысындағы нуклондар коллективтік қозғалыста болады.
Мысалы, R радиусты ядро болсын делік. Егер осы ядро сырттан келген нуклонды
жұтса, жұтылған нуклонның энергиясы бөлшектерге шағылып, бүкіл ядро қозған
күйге келеді. Қозған ядро үшін температура туралы түсінік енгізуге
болады. Жұтылған нуклонның энергиясы шамамен МэВ болсын делік,
мұндағы k=Джград-Больцман тұрақтысы. Ядро нуклонды жұтқан кездегі
тағы да жүретін процесс-жұтылған нуклон ядро-тамшының ядролық симметриясын
бұзады. Ядро деформацияланады, ядро-тамшы бетінде беттік толқындар пайда
болады.Толқын ұзындығы , -тамшы шеңберінің бойында пайда болатын
толқын өркештерінің саны. Бұл толқындардың жиілігі
(1.17)
мұнда - беттік керілу коэффициенті, Мя – ядро массасы. Тәжірибеден
беттік энергияны тапсақ, , беттік керілу коэффициентін табуға болады
. Табылған мәнін ( теңдеуіне) қойып, екі жағын h-қа көбейтсек,
ядро-тамшының тербеліс энергиясын табуға болады:
(1.18)
Міне, осы пайда болған беттік тербеліс энергиясын ескеріп ядро-тамшы
моделінің көмегімен ядроның қозған күйін түсіндіруге мүмкін болмай шықты.
Сонымен ядроның беттік энергиясы жалпы энергияға өз үлесін қосуы
керек.
(1.19)
Егер (1.19) формуласындағы R–дың мәнін (1.20)-ке қойсақ және тұрақты
шамаларды коэффициентпен белгілесек Е3 энергиясы Е2 энергиясына кері
таңбамен енуі керек. Себебі ядро бетіндегі нуклондарға бір беткей әсер
етеді:
(1.20)
Көптеген элементтердің атом ядроларындағы нейтрон және протондар саны
бірдей болмағандықтан, оны есепке алу үшін жалпы энергия балансына тағы бір
мүше енгізу керек. Ол энергияның таңбасы Е2-нің таңбасына қарама-қарсы
болуы керек, ал шамасы масса саны А және протон саны Z-ке пропорционал.
(1.21)
мұнда а3-эмперикалық коэффициент. Ядро энергиясына протондардың тебіліс
әсерлерін еске алатын мүше енгізу керек. Zе-ядро заряды бүкіл ядроға тегіс
бірдей тығыздықпен үлестірілген деп есептеп, екенін аламыз, сонда
(1.22)
мұнда а4-теория жүзінде есептелетін коэффициент. Ядродағы күштер өзара
әсерлесуші нуклондардың спиндеріне байланысты болады. Мұны ескеретін мүше
Е6 әр түрлі мәндерге тең:
немесе (1.23)
және эпирикалық коэффициенттер.
Сонымен ядроның жалпы энергиясы.
(1.24)
Бұл табылған байланыс энергиясының шамасы тәжірибеден табылған
мәндеріне жуық болып шықты [8,136 б].
Франк және Герцтiң тәжiрибелерi. Атомның энергетикалық күйiнiң
дискреттi болатынын алғаш рет дәлелдеген тәжiрибе-Дж.Франк және Г.Герц
тәжiрибесi. 1913 жылы орындалған бұл тәжiрибеде электрондардың сынап
атомынан шашырауы зерттелген болатын. Атомдарда үздікті энергиялық
деңгейлерінің болатындығын (Бор постулаттарының) дұрыстығын тәжірибе
негізінде дәлелдеген Франк және Герц. Олардың схемасы келесідей болған.
~ 1 мм. сынап болғанда
Сурет 1.5. Франк және Герс тәжірибе жүргізген қондырғының схемасы.
Т-түтік ішінде сиретілген сынаптың буы болады. Ондағы қысым 1 мм.
атмосфералық қысымнан 760 есе кіші. Өткізгіш ішінде үш өткізгіш орналасқан
оларды электрондар деп атайды. К-катод, Т-тор, А-анод, Г-галбанаметр,
тізбектегі токтың шамасын анықтайды, V-вольтметр.
R–айнымалы кедергінің көмегімен U-кернеудің шамасын өзгерте аламыз. UA-
ток көзінің көмегімен тор және анод арасындағы кернеудің шамасын өзгерте
аламыз. UК-ток көзі катодтың температурасын өзгертеді. Катодты қыздырған
жағдайда термоэлектронды эмиссия құбылысының нәтижесінде одан электрондар
ұшып шығады. Бұл электрондар ... 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