УМКД

Ядроның спині магниттік моменті

5В060400 - «Физика»
мамандығы үшін

«ЯДРОЛЫҚ ФИЗИКА» ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК
МАТЕРИАЛДАРЫ

Семей
2013
МАЗМҰНЫ

1. Глоссарий
2. Дәрістер
3. Машықтану және зертханалық сабақтар
4. Курстық жұмыс және дипломдық проек (жұмыс)
5. Студенттердің өздік жұмыстары

1. Глоссарий
Планк гипотезасы электромагниттік сәуле жиілігіне пропорционал энергияның
жеке үлестері (кванттары) түрінде шығады.
«Ультракүлгін күйреуі» деп классикалық физиканың Кирхгоф функциясына
арналған қара дененің сәуле шығарғыштығының жиілікке тәуелділігінің
тәжірибелік мәліметтерін қанағаттандыратын өрнегін классикалық физика
әдісімен іздеудің мүмкін еместігін айтады.
Сыртқы фотоэффект (немесе фотоэлектрондық эмиссия) деп қатты және сұйық
денелердің электромагниттік сәуле әсерінен электрондар шығаруын айтады.
де Бройль гипотезасының мәні мынада: бөлшектердің корпускулалық
қасиеттерімен бірге толқындық қасиеттері де болады.
де Бройль толқыны – классикалық физикадағы толқындармен ұқсастығы жоқ,
ерекше кванттық табиғаты бар толқын.
Гейзенбергтің анықталмағандық принципінің мәні мынада: микробөлшектің
координаталары мен оларға сәйкес импульстерінің анықталмағандықтарының
көбейтіндісі [pic] Планк тұрақтысынан кем болмайды.
Шредингер теңдеуі – микробөлшектер қозғалысының заңдарын сипаттайтын
релятивистік емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі.
Толқындық функция [pic]- микробөлшектің күйін сипаттайтын функция.
Туннельдік эффект деп бөлшектің ені шағын потенциалдық бөгеттен энергиясы
осы бөгеттің биіктігінен аз болғанда өтіп кету құбылысын айтады. Кванттық
гармоникалық осциллятордың нольдік энергиясы деп оның толық энергиясының ең
аз (ноль емес) мәнін айтады.
Резерфорд атомының ядролық моделі атомның іс жүзінде барлық массасы
шоғырланған оң зарядталған ядродан және ядроның маңайында айналатын
электрондардан тұратын жүйе болып табылады.
Электронның Бор орбиталары электронның байқалу ықтималдығы барынша үлкен
болатын нүктелердің геометриялық орны болып табылады.
Спин деп микробөлшектің классикалық физикада ұқсастығы жоқ меншікті
механикалық моментін айтады.
Фермион деп жарты спині бар бөлшекті айтады.
Бозон деп нөлдік немесе бүтін санды спині бар бөлшекті айтады.
Ядроның байланыс энергиясы деп ядроны құрайтын нуклондарға кинетикалық
энергия бермей ыдырату үшін жасалатын жұмыспен анықталатын шаманы айтады.
Радиоактивтілік деп бір атом ядроларының екіншілеріне элементар бөлшектер
шығара отырып түрленуін айтады.
Жартылай ыдырау периоды – ядролардың алғашқы мөлшерінің жартысы ыдырайтын
уақыт.
Ядролық реакция деп ядроны ( немесе ядроларды) түрлендіруге келтіретін атом
ядросының элементар бөлшекпен өзара әсерлесу процесін айтады.
Элементар бөлшек деп қазіргі кезде белгілі материяның ең ұсақ бөлшегін
айтады.
Аннигиляция деп нәтижесінде басқа бөлшектер түзілетін бөлшектер мен
антибөлшектердің өзара әсерлесу процесін айтады.
Кварктер – қазіргі кездегі түсінік бойынша адрондарды құрайтын іргелі
бөлшектер.
Өзара әсерлесудің біріңғай теориясы ( «ұлы бірігу») - өзара әсерлесудің
төрт типін (гравитациялық, электромагниттік, күшті және әлсіз) біріктіретін
теория.

2. ДӘРІСТЕР
Дәріс № 1
Тақырыбы: Кіріспе. Ядро мен элементар бөлшектер физикасының дамуының басты
кезеңдері. Микроәлем құбылыстарының мөлшері.
Негізгі бөлім. Атом ядросының жалпы қасиеттері
Жоспары:
1. Ядро және элементар бөлшектер физикасының дамуының басты кезеңдері.
2. Ядроның құрылысы.
3. Ядроның байланыс энергиясы.
4. Массалар дефектісі

Атомның орталық бөлігі -ядрода іс жүзінде атомның барлық делік массасы
және оның оң электрлік заряды шоғырланған. Бір протоны бар сутегі атомының
ядросынан басқа ядролардың барлығы нуклондардан – протон мен нейтрондардан
(Иваненко-Гейзенберг моделі) тұрады.
Ядро заряды Ze-ге тең, мұнда е –протон зарядының шамасы, Z –
зарядтық сан, ол Менделеевтің периодтық жүйесіндегі химилық элементтің
реттік нөмірі (атомдық нөмір). Қазіргі уақытта Z-тің мәні 1-ден (сутегі)
118-ге дейінгі (юнуноктий) ядролар белгілі.
Ядродағы нуклондар санын A = N + Z массалық сан дейді, мұнда N
–нейтрондар саны. Z- тері бірдей, бірақ әрбасқа массалық саны А бар
ядролар, изотоптар деп аталады; А-лары бірдей, бірақ Z-тері әрбасқа ядролар
- изобралар; Нейтрон сандары N бірдей ядролар- изотондар; бұдан басқа A
және Z сандары бірдей радиоактивті ядролар- изомерлер бар, олардың жартылай
ыдырау периодтары әртүрлі.
Қазіргі уақытта 300-ге жуық орнықты және 2000-нан астам химиялық
элементтердің радиоактивті изотоптары бар.
Ядроларды белгілеу үшін келесі ZXA немесе A ZX, символдар
қолданылады, мысалы, 1Н1.
Ядроның радиусы келесі эмпириялық формуламен беріледі: r = r0A1/3,
мұндағы r0 = (1,3-1,7)10-15 м. Сонымен, ядроның көлемі нуклондардың санына
пропорционал, яғни, ядролық заттың тығыздығы тұрақты болады, ол шамамен
1017 кг/м3.
Ядродағы нуклондар-фермиондар. Ядроның спині – ядроның меншікті
импульсының моменті[pic], мұндағы I – ішкі (толық) спиндік кванттық сан.
Ядроның спині нуклондардың санымен анықталады.
Нуклондардың меншікті магниттік моменттері бар, олар ядроның меншікті
моментін анықтайды, өлшем бірлігі ядролық магнетон [pic], mp –протонның
массасы.
Ядроның байланыс энергиясы - нуклондарды бөлуге кететін (кинетикалық
энергиясыз) жұмыс. Ол еркін нуклондардың энергиясы мен олардың ядродағы
энергияларының айырмасына тең.
[pic] (1)
мұндағы Δm – массаның ақауы, ол нуклондардың ядро құрағандағы
энергияларының азаюын сыйпаттайды, с – электродинамикалық тұрақты.
[pic] (2)
mp, mn –протонның және нейтронның массалары, МЯ –ядроның массасы.
Массалар массаның атомдық өлшем бірлігімен өлшенуі мүмкін.
Кей кезде ядроның және протонның массаларын атомның массасымен Ма және
сутегі атомының массасымен mH алмастырады, онда
[pic] (3)

меншікті байланыс энергиясының массалық санға А тәуелділігі
көрсетілген. Массалық сандары 50≤А≥ 60 (Cr-Zn) аралықтағы нуклондардың
байланыстары күшті екені көрініп тұр. Олар үшін Есв = 8,7 МэВ/нуклон. Ең
ауыр табиғаттық ядро үшін Есв = 7,5 МэВ/нуклон.

Мұндай тәуелділік ауыр ядролардың бөлінуінің және жеңіл ядролардың
қосылуының (синтез) энергиялық мүмкіндігін көрсетеді.

Дәріс № 2
Ядроның спині магниттік моменті. Ядролық магнетон.
Жоспары:
1. Ядролардың статикалық мультипольдік моменттері. Ядроның электрлік
квадрупольдік моменті.
2. Ядролық күйлердің кванттық механикалық бейнелеуі. Толқындық функцияның
жұптылығы.
3. Айнымайтын бөлшектердің толқындық функцияларының симметриялық
қасиеттері.
4. Бозондар мен фермиондар. Паули принципі.

Жоспары:
1. Ядроның спині магниттік моменті.
2. Ядролық магнетон. Ядролардың статикалық мультипольдік моменттері.
Ядроның электрлік квадрупольдік моменті.
3. Ядролық күйлердің кванттық механикалық бейнелеуі. Толқындық функцияның
жұптылығы.
4. Айнымайтын бөлшектердің толқындық функцияларының симметриялық
қасиеттері.
5. Бозондар мен фермиондар. Паули принципі.

Электронның спинінің бар болғандықтан спектрлік сызықтардың
жіңішкелігіне алып келетіні белгілі. Ажырату қабілеттері өте жоғары
спектрлік құралдарды қолдану барысында өте жіңішке спектрлік сызықтардың
бар екендігін көрсетті. 1924 жыл Паули атом ядросының спині бар деген
жорамал айтқан болатын. Ядроның қозғалыс мөлшері моментін әдетте спин деп
атайды, ол ядроның заряды мен массасы сияқты маңызды сипаттамаларының бірі
болып табылады. Ядро құрамына протондар мен нейтрондар кіреді, олардың
әрқайсысының спині [pic]-ге тең. Егер ядро спині Һ бірлігінде І тең деп
алсақ, онда бір валенттік электроны бар атомның толық спині не [pic], не
[pic]тең болуы мүмкін (себебі қалған электрондар жұбының қорытқы спині
нөлге тең). Ядроның меншікті импульс моменті – ядро спині – нуклондардың
спиндері мен олардың орбитальды импульс моменттерінің (нуклондарды ядро
ішіндегі қозғалысына негізделген) қосындысынан тұрады. Бұл екі шама да
вектор, сондықтан ядро спині олардың векторлық қосындысы.
Ядро спині мына заң бойынша квантталады:
[pic] (1)

Мұндағы І спиндік кванттық сан, оны көбінесе ядро спині деп атайды. Ол
бүтін және жартылай бүтін сандарды қабылдайды. А жұп ядролар спиндері
бүтін, ал А тақ ядролар жартылай бүтін
Электрон спинін Штерн мен Герлах тәжірибе жүзінде анықтаған. Протон спині
сутек молекуласының айналу спектрлерінің интенсивтігін анықтау негізінде
анықталды, ол һ/2 тең. Нейтрон спині де осыған тең. Жартылай бүтін спинге
тең ядро Паули принципіне бағынады. Атом ядросы спиннен басқа магниттік
моментке де ие. Ядроның магниттік моменті мен спиндік моменті арасындағы
байланыс:
[pic] (2)
мұндағы gя — пропорциональдық коэффициент, оны ядролық гиромагниттік
қатынас деп атайды. Ш ынында да, магниттік момент атомның барлық
құраушыларында бар. Ядроның магниттік моменті ядроның спиндік моментімен
байланысты. Ядроның магниттік моментінің бірлігі ядролық магнетон болып
табылады.
[pic] (3)
мұндағы тp — протон массасы. Ядролық магнетон mp/me(1836 есе Бор
магнетонынан кіші. Сондықтан, атомдардың магниттік қасиеттері оның
электрондарының магниттік моментт
ері қасиеттерімен анықталады. Бор магнетоны мен ядро магнетоны арасындағы
айырмашылық ондағы электрон массасы протон массасымен ауыстырылды. Өте
дәл өлшеулер арқылы ядролық магнетонның [pic]эрг/гс-ке тең екендігі
анықталды.
Ядролардың магниттік моменттерін анықтау үшін қазіргі кезде магниттік
резонансы әдісі қолданылады. Ядроның магниттік моменттерімен байланысты
магниттік резонанс молекулаллық шоқтар әдісі ретінде зерттеледі, немесе
радиожиілікті сәулеленуді жұту методы арқылы. Соңғысында ядролық магниттік
резонанс немесе магниттік резонанс термині қолданылады. Ядролық
парамагниттік резонанс кезіндегі заттарда электромагниттік сәулеленудің
толығымен таңдалып жұтылуы әртүрлі энергетикалық аралық деңгейлерде
ядролардың ауысуып орналасуынан болады. Себебі, ядроның магниттік моменті
сыртқы біртекті тұрақты өрісте кеңістіктік квантталады. 1896 жылы П.Зееман
жарық көзін электромагнит
полюстері арасына орналастырсақ, онда оның спектрлік сызықтарының бірнеше
компоненттерге таралатынын бақылаған. Зееман эффектісі дегеніміз спектрлік
сызықтардың таралуы және сыртқы магнитк өрісіндегі энергия деңгейлері. Бор
теориясынан кейінгі уақытта атомдардың спектрлерінің көрінетін және
ультракүлгін аймақтарын зерттеу атом құрылысы туралы ғылымның дамуына үлкен
үлес қосты. Зееман эффектісі бойынша күшті магнит өрісіне орналастырылған
жарық көзі спектрлері үш немесе екі компонентке таралады. Резонанстық
жиіліктерді зерттеу әртүрлі ядролардың энергетикалық деңгейлерінің
құрылымын анықтауға мүмкіндік береді.
Магниттік резонанс әдістері арқылы әртүрлі ядролардың, нейтрондар
мен протондардың магниттік моменттерін өте үлкен дәлдікпен анықтауға
болады. Нейтронның магниттік моментін анықтаған кезде нейтрондар шоғын
қанығуға дейін магниттелген екі ферромагнетиктер арасына орналастырады.
Егер нейтрондардың магниттік моменті болса, онда олар ферромагнетиктер
арасынан өткенде нейтрондардың заттарда шашырауынан басқа, сонымен қатар
нейтрондардың магниттік моменттері мен ферроомагнетиктердің магниттік
моменттері арасында электромагниттік өзара әсерлесулері байқалуы керек.
Бізге белгілі параллель магниттік моменттер тебіледі, ал қарама-қарсы
магниттік моменттер тартылады. Сонымен нейтрондар үшін бірінші
ферромагнетик поляризатор (бағытталған магниттік моменттері үлкен
нейтрондарды өткізеді), ал екіншісі анализатор ролін атқарады. Ол бірінші
және екінші ферромагнитердің магниттік векторлар арасындағы өзара
әсерлесулеріне байланысты нейтрондардың барлығын өткізбейді. Ол тәжірибе
негізінде расталды. Сонымен нейтронның магниттік моменті бар, ол теріс
магниттік моментке ие [pic].
Протонның магниттік моменті молекулалық шоқтардың біртекті емес
магнит өрісінде ауытқу әдіс арқылы анықталды. Тәжірибе сутекпен жасалды.
Оның барысында протонның магниттік моментінің [pic] -ге, яғни бір ядролық
магнетонға тең екендігі анықталды. Протонның магниттік моментінің оң
таңбасы оның магниттік моменті мен спинінің магниттік моментінің
бағыттарының сәйкес келетіндігінен. Классикалық теория бойынша протонның
магниттік моменті оң зарядтың айналуымен байланысты. Нейтронның магниттік
моменті мен спинінің бағыттары қарама-қарсы.
Микробөлшектердің өздеріне тән статистика деп аталатын қасиеттері бар.
Статистика жүйенің коллективтік қасиеттерін көрсетеді. Ол екіден кем емес
бөлшек қатысқан кезде байқалады. Статистика кванттық теориядағы ұқсас
бөлшектерді ажырата алмау принципінен шығады, олардың күйін ықтималдықпен
анықтайды. Ажырата алмау принципі бойынша бірдей екі микробөлшектер,
мысалы екі протон барлық қасиеттер жағынан ұқсас, оларды бір-бірінен мүлде
ажырата алмаймыз. Осындай қасиет тек қана микроәлемге тән қасиет, макро
әлемде мүмкін емес. Ұқсас бөлшектерден тұратын жүйеде олардың орын
ауыстырулары жүйені жаңа күйге алып келмейді. Кванттық әлемде
микробөлшектің траекториясы болмайды, ол толқындық функциямен сипатталады,
оның ықтимал амплитудасының ғана мағынасы бар.
[pic] бөлшектерден тұратын жүйе күйі кванттық теория бойынша толқындық
функция [pic] сипатталады, ол бөлшектердің координаталары [pic] және
спиндер проекциялары [pic] байланысты. Егер екі бөлшектің орнын
ауыстырсақ, мысалы бірінші бөлшек пен екінші бөлшектің, онда жүйе күйі
өзгеріссіз қалады. Күйдің толқындық функциясы бөлшектер орны ауыстырғанда
бір-біріне тура сәйкес келу үшін сандық көбейткіш [pic] аламыз:
[pic] (4)
Осыдан [pic], яғни [pic]. Екі бөлшектің орын ауыстырған кезде
толқындық функцияның таңбасы өзгеріссіз қалатын болса, онда толқындық
функция бөлшектерге симметриялы, ал таңбасы өзгерсе, антисимметриялы деп
аталады. Белгілі бір бөлшектердің орнын ауыстырғанда осы екі қасиеттердің
біреуі ғана орныдалады. Бөлшектердің осы қасиеттері статистика деп
аталады. Бөлшектер Бозе-Эйнштейн статистикасына бағынады, егер осындай
бөлшектер жүйесінің толқындық функциялары симметриялы болса.
[pic] (5)

Оларды бозе-бөлшектер немесе бозондар деп атайды.
Егер толқындық функция антисимметриялы болса, бөлшектер Ферми-Дирак
статистикасына бағынады, оларды фермиондар деп аталады.
[pic] (6)

Ферми-Дирак статистикасына бағынатын бөлшектер үшін Паули принципі
орынды. Кванттық механика бойынша екі әртүрлі бөлшектердің [pic] және
[pic]толқындық функциялары сәйкесінше олардың көбейтіндісі [pic]-не тең.
[pic] (7)
Бұл теңдеу нөлге тең болады, егер бөлшектер бірдей болса, ол Паули
принципіне дәл келеді. Паули принципі нәтижесінде атомдар мен атом
ядроларының қабықшалары бар. Паули принципі болмаса Менделеевтің
периодтық кестесі болмас еді. (7) теңдеу бозондар үшін:
[pic] (8)
Ол теңдеу нөлге тең болмайды, себебі бір күйде кез келген мөлшерде
бірдей бозондар болуы мүмкін. Олар үшін Паули принципі орындалмайды.
Ферми-Дирак статистикасы бір күйде бірден артық бөлшек бола алмайтын
күйді, ал Бозе-Эйнштейн статистикасы бір күйде кез-келген мөлшерде
бөлшектер бола беретін күйді анықтайды. Бозе-Эйнштейн статистикасында
антисимметриялы бөлшектер бір күйде бола алмайтын жағдайды қосу керек.
Ферми-Дирак статистикасында бір ғана күй болуы мүмкін:
- Бір бөлшек бір күйде, екінші бөлшек екінші күйде болады.
Бозе-Эйнштейн статистикасында:
- Екі бөлшек те бірінші күйде;
- Екі бөлшек те екінші күйде;
- Бір бөлшек бірінші күйде, ал екінші бөлшек екінші күйде.

Дәріс № 3 Радиоактивтілік.

Жоспары:
1. Атом ядролардың нықсыздығының негізгі себептері.
2. Табиғи және жасанды радиоактивтілік. Радиоактивтіліктің статистикалық
сипаты.
3. Радиоактивтік ыдырау заңы.

Радиоактивтік құбылыста бір ядролар екінші ядроларға түрленіп, сол
кезде кейбір бөлшектер шығарылады. Табиғатта орнықсыз изотоптардың табиғи
радиоактивтігін және ядролық реакциялар нәтижесінде алынған жасанды
радиоактивтікті ажырату керек. Радиоактивті сәулелердің негізгі түрлері
α-, β- және γ-сәулелері. Альфа-сәулесі- гелий ядросының ағыны, α-
бөлшегінің заряды +2е, массасы 2Не4 ядросының массасымен бірдей. Бұл
сәуленің иондаушы мүмкіндігі өте жоғары да, өткіш қабілеттілігі (бір парақ
қағазбен тоқтатуға болады) шамалы.
Бета-сәулесі- шапшаң электрондар ағыны, оның α-бөлшегімен
салыстырғанда иондаушы қабілеттілігі шамалы (~ 2 дәреже), бірақ өткіш
қабілеттілігі α-бөлшегінен басыңқы келеді.
Гамма-сәулесі – қысқа толқынды электромагниттік сәуле, толқын
ұзындықтары λ< 10-10 м, негізінде, бөлшектер ағыны (γ-кванттар немесе
фотондар), электр және магнит өрістерінде ауытқымайды және иондаушы
қабілеттілігі нашарлау, бірақ өткіш қабілеттілігі өте жоғары (қалыңдығы 5
см қорғасыннан өтіп кетеді).
Радиоактивті ыдырау теориясы ядролар бір-бірінен тәуелсіз
радиоактивті түрленеді деген болжамға негізделген. Онда аз уақыт мөлшерінде
dt ыдырайтын ядролар саны dN, бар ядролар санына N және уақытқа dt
пропорционал: [pic],
λ – берілген радиоактивті затқа тән тұрақты, радиоактивті ыдырау
тұрақтысы деп аталады.
Интегралдағаннан кейін радиоактивті ыдырау заңын аламыз [pic],
N0 – ыдырамаған ядролардың бастапқы саны, N – t уақыт моментіндегі
ыдырамаған ядролар саны. (14.2) заңын былай түсінуге болады: ыдырамаған
ядролар саны уақыт бойынша экспоненталық заңмен азаяды.
t уақыт ішінде ыдыраған ядролар саны келесі өрнектен табылады
[pic] (5.4)
Бастапқы ядролар саны екі есе азаятын уақытты жартылай ыдырау периоды Т
деп атайды, оны келесі шарттан табуға болады [pic],
осыдан [pic]. (5.5)
Радиоактивті ядроның орташа өмір сүру τ уақыты λ және Т шамаларымен
байланысты:
[pic]. (5.6)
Сонымен, орташа өмір сүру τ уақыты радиоактивті ыдырау тұрақтысына кері
шама.

береді.

Дәріс № 4 Ядро құрылымының физикасы.

Жоспары:
1. Атом ядроларының модельдері. Ядролық қабықтар моделі: бірбөлшектік
модель, бірбөлшектік модель бойынша ядроның қасиеттері.
2. Жалпыланған ұжымдық модель; ядроның тамшылық моделі. Кластерлік модель.
Ядро құрылымының, радиоактивтік ыдыраулардан шығарылатын қасиеттері.
3. α-ыдырау, α-бөлшектердің спектрі. Ядролық реакциялар.
4. Ядроның бөліну реакциясы. Термоядролық реакция.

Радиоактивтік құбылыста бір ядролар екінші ядроларға түрленіп, сол
кезде кейбір бөлшектер шығарылады. Табиғатта орнықсыз изотоптардың табиғи
радиоактивтігін және ядролық реакциялар нәтижесінде алынған жасанды
радиоактивтікті ажырату керек. Радиоактивті сәулелердің негізгі түрлері
α-, β- және γ-сәулелері. Альфа-сәулесі- гелий ядросының ағыны, α-
бөлшегінің заряды +2е, массасы 2Не4 ядросының массасымен бірдей. Бұл
сәуленің иондаушы мүмкіндігі өте жоғары да, өткізгіштік қабілеттілігі (бір
парақ қағазбен тоқтатуға болады) шамалы.
Бета-сәулесі- шапшаң электрондар ағыны, оның α-бөлшегімен
салыстырғанда иондаушы қабілеттілігі шамалы (~ 2 дәреже), бірақ өткіш
қабілеттілігі α-бөлшегінен басыңқы келеді.
Радиоактивті ыдырау теориясы ядролар бір-бірінен тәуелсіз
радиоактивті түрленеді деген болжамға негізделген. Онда аз уақыт мөлшерінде
dt ыдырайтын ядролар саны dN, бар ядролар санына N және уақытқа dt
пропорционал: [pic],
λ – берілген радиоактивті затқа тән тұрақты, радиоактивті ыдырау
тұрақтысы деп аталады.
Интегралдағаннан кейін радиоактивті ыдырау заңын аламыз [pic],
N0 – ыдырамаған ядролардың бастапқы саны, N – t уақыт моментіндегі
ыдырамаған ядролар саны. (14.2) заңын былай түсінуге болады: ыдырамаған
ядролар саны уақыт бойынша экспоненталық заңмен азаяды.
t уақыт ішінде ыдыраған ядролар саны келесі өрнектен табылады
[pic] (5.4)
Бастапқы ядролар саны екі есе азаятын уақытты жартылай ыдырау периоды Т
деп атайды, оны келесі шарттан табуға болады [pic],
осыдан [pic]. (5.5)
Радиоактивті ядроның орташа өмір сүру τ уақыты λ және Т шамаларымен
байланысты:
[pic]. (5.6)
Сонымен, орташа өмір сүру τ уақыты радиоактивті ыдырау тұрақтысына кері
шама.

береді.

Дәріс № 5 β-ыдырау. β-ыдыраудың түрлері. Электрондардың энергиялық
спектрлері.
Жоспары:
1. Нейтронның барлығын тәжірибелік дәлелдеу. β-ыдырау теориясының
элементтері. Нәзік әсерлесу туралы ұғым.
2. Рұқсат етілген және тыйым салынған спектрлер. β-ыдырауларда
жұптылықтың сақталмауы.
3. Бета-сәулесі- шапшаң электрондар ағыны, оның α-бөлшегімен
салыстырғанда иондаушы қабілеттілігі шамалы (~ 2 дәреже), бірақ өткіш
қабілеттілігі α-бөлшегінен басыңқы келеді.

Дәріс № 6
Ядролардың γ-нұрлануы.
Жоспары:
1. Электрлік және магниттік өтулер. γ-өтулер үшін момент пен жұптылық
бойынша сұрыптау ережелері және әр түрлі мультипольдік өтулер үшін өту
ықтималдықтары.
2. Ядролық изомерия. γ-кванттардың ішкі конверсиясы. Мессбауер эффектісі.
3. Гамма-сәулесі – қысқа толқынды электромагниттік сәуле, толқын
ұзындықтары λ< 10-10 м, негізінде, бөлшектер ағыны (γ-кванттар немесе
фотондар), электр және магнит өрістерінде ауытқымайды және иондаушы
қабілеттілігі нашарлау, бірақ өткіш қабілеттілігі өте жоғары (қалыңдығы 5
см қорғасыннан өтіп кетеді).

Дәріс № 7 Ядролық реакциялардың кірістік және шығыстық арналары.

Жоспары:
1. Ядролық реакциялардың энергетикасы.
2. Ядролық реакциялардың кинематикасы. Сақталу заңдары.

Ядролық реакцияларды жазу алғашқы заттар мен реакциялар өнімдері үшін
массаның (массалық санның) сақталу заңы және
зарядтың (зарядтық санның) сақталу заңдарына негізделеді, яғни мынадай
типті реакциялар жүреді :
[pic]
(1)
және мына теңдіктер орындалуы керек:
[pic] (2)
Нақта айтқанда, 1932 жылы, бериллийді α-бөлшектермен атқылау кезінде
нейтрон ашылды, мына реакцияға сәйкес
[pic]
(3)
Сондай-ақ, ядролық реакциялар алғашқы заттар атомдарын протондармен,
нейтрондармен, дейтрондармен атқылау нәтижесінде және осы атомдарды γ-
сәулелендіру кезінде де орын алады. Мұндай реакцияларға мысалдар
келтірейік:
[pic]
(4)
[pic]
(5)
[pic]
(6)
[pic]
(7)
Ядролық реакциялардың (4) - (7) көрсетілген мысалдарынан элементті бір
бөлшекпен атқылау арқылы реакция өнімі ретінде басқа бөлшектерді алуға
болатынын көреміз.
Дәріс № 8 Реакциялар қималары. Ядролық реакциялардың механизмдері. Құрама
ядро моделі. Резонанстық ядролық реакциялар. Брейт-Вигнер формуласы.
Ядролық тіке реакциялар. Ядролық тік реакцияларды ядролық күйлердің
кванттық сипаттамаларын анықтауға қолдану. γ-кванттарлың, электрондардың,
нейтрондардың, жеңіл иондардың, көп зарядты иондардың әсерінен өтетін
реакциялардың ерекшеліктері. Тепе-теңдік алдылық процестер. Жоғарғы энергия
кезіндегі реакциялар механизмдері. Ядролық реакцияларды зерттеудің
тәжірибелік әдістері. Үдеткіштердің жұмыс істеу принциптері. Ядролық
бөлшектердің тіркегіштері.

Дәріс № 9
Атом ядроларының бөлінуі мен түзілуі (синтезі).
Жоспары:
1. Бөліну туралы негізгі тәжірибелік мәліметтер. Бөлінудің элементар
теориясы. Бөліну көрсеткіші.
2. Өздік бөліну. Уранның нейтрондар әсерінен бөлінуі.
3. Тізбекті реакция. Көбею коэффиценті.
4. Ядролық реакторлар. Ядролық энергетика. Дағдылы және бәсекелес
энергия көздерінің салыстырмалы сипаттамалары.
Белгілі көп таралған элементар бөлшектерден (протон, нейтрон,
электрон) басқа атомдық процесстерге қатысатын басқа да бөлшектер бар:
позитрон, нейтрино және антинейтрино, мезондар т.б..
Позитрон [pic] негізгі сипаттамалары электрон [pic] сияқты элементар
бөлшек, бірақ та заряды оң электрон зарядына тең. Позитронды алғаш рет
теориялық тұрғыдан электронға антибөлшек (антиэлектрон) ретінде болжаған
Дирак болды. Электрон мен позитрон кездескенде олар жоғалып кетеді немесе
фотон шығара отырып аннигиляцияланады, және де бұл процесс жартылай
өткізгіштердегі электрондар мен кемтіктердің рекомбинациясына ұқсас.
Сондай-ақ, электрон сияқты жарты бүтін спинді барлық бөлшектер үшін
антибөлшек болуы керек (антибөлшектерді де негізгі бөлшектер сияқты
әріптермен белгілейді, бірақ та әріптің үстінде сызықша немесе толқын
белгісін қою керек.). Осыған сәйкес, мысалы: антипротон [pic] және
антинейтрон [pic] анықталған.
Паули 1932 жылы радиоактивтік [pic]-ыдырау кезінде энергияның
сақталу заңының орындалуын түсіндіруде мынадай тұжырымдама жасады:, бұл
ыдырау кезінде тағы да өзімен бірге энергияның біраз бөлігін алып кететін
жеңіл бөлшек бөлінеді. Бұл бөлшекті Ферми нейтрино деп атады, себебі ол
нейтронға ұқсас электр зарядына ие емес. Кейінірек тағайындалғандай,
нейтриноның тыныштық массасы нөлге тең, оның (сол сияқты антинейтриноның
да) спині жартыға тең ([pic]). Затқа өте тез жұтылып кету қасиетіне
байланысты нейтрино бірден анықталған жоқ, тек 1956 жылы ғана тәжірибе
негізінде тіркелген. Бұл тәжірибелерде тек қана нейтрино емес сондай-ақ
антинейтринолар да анықталды. Сонымен қатар, протон мен нейтронның өзара
түрленулері нәтижесінде де антинейтрино пайда болады.
Бөлшек ретінде нейтрон бос күйде орнықты емес. Ол [pic]([pic]
жартылай ыдырау периодымен өздігінен протон мен электронға антинейтрино
шығара отырып ыдырайды:
[pic]

Қайтымды реакция да жүреді, протон антинейтриномен реакцияға
түскенде нейтрон мен позитрон пайда болады:
[pic]

Сонымен, екі ядролық бөлшектер – протон және нейтрон -өзара бір-
біріне айнала алады.

Дәріс № 10 Жеңіл ядролық түзілуі (синтезі).
Жоспары:
1. Жұлдыздардағы ядролық реакциялар.
2. Басқарылатын термоядролық синтез проблемалары.
Белгілі көп таралған элементар бөлшектерден (протон, нейтрон,
электрон) басқа атомдық процесстерге қатысатын басқа да бөлшектер бар:
позитрон, нейтрино және антинейтрино, мезондар т.б..
Позитрон [pic] негізгі сипаттамалары электрон [pic] сияқты элементар
бөлшек, бірақ та заряды оң электрон зарядына тең. Позитронды алғаш рет
теориялық тұрғыдан электронға антибөлшек (антиэлектрон) ретінде болжаған
Дирак болды. Электрон мен позитрон кездескенде олар жоғалып кетеді немесе
фотон шығара отырып аннигиляцияланады, және де бұл процесс жартылай
өткізгіштердегі электрондар мен кемтіктердің рекомбинациясына ұқсас.
Сондай-ақ, электрон сияқты жарты бүтін спинді барлық бөлшектер үшін
антибөлшек болуы керек (антибөлшектерді де негізгі бөлшектер сияқты
әріптермен белгілейді, бірақ та әріптің үстінде сызықша немесе толқын
белгісін қою керек.). Осыған сәйкес, мысалы: антипротон [pic] және
антинейтрон [pic] анықталған.
Паули 1932 жылы радиоактивтік [pic]-ыдырау кезінде энергияның
сақталу заңының орындалуын түсіндіруде мынадай тұжырымдама жасады:, бұл
ыдырау кезінде тағы да өзімен бірге энергияның біраз бөлігін алып кететін
жеңіл бөлшек бөлінеді. Бұл бөлшекті Ферми нейтрино деп атады, себебі ол
нейтронға ұқсас электр зарядына ие емес. Кейінірек тағайындалғандай,
нейтриноның тыныштық массасы нөлге тең, оның (сол сияқты антинейтриноның
да) спині жартыға тең ([pic]). Затқа өте тез жұтылып кету қасиетіне
байланысты нейтрино бірден анықталған жоқ, тек 1956 жылы ғана тәжірибе
негізінде тіркелген. Бұл тәжірибелерде тек қана нейтрино емес сондай-ақ
антинейтринолар да анықталды. Сонымен қатар, протон мен нейтронның өзара
түрленулері нәтижесінде де антинейтрино пайда болады.
Бөлшек ретінде нейтрон бос күйде орнықты емес. Ол [pic]([pic]
жартылай ыдырау периодымен өздігінен протон мен электронға антинейтрино
шығара отырып ыдырайды:
[pic]

Сонымен, екі ядролық бөлшектер – протон және нейтрон -өзара бір-
біріне айнала алады.

Дәріс № 11 Нуклон-нуклондық әсерлесу.

Жоспары:
1. Дейтрон – n-p-жүйенің байланысқан күйі. Дейтроннның негізгі
анықтамалары. Дейтронның толқындық функциясы.
2. Ядролық күштердің тензорлық сипаты. Нейтронның протонда шашыратылуы.
3. Ядролық күштердің спинге тәуелділігі. Айнымайтын бөлшектердің
шашыратылуының ерекшеліктері.
4. Ядролық күштердің зарядқа тәуелсіздігі. Изотоптық спин.
Белгілі көп таралған элементар бөлшектерден (протон, нейтрон,
электрон) басқа атомдық процесстерге қатысатын басқа да бөлшектер бар:
позитрон, нейтрино және антинейтрино, мезондар т.б..
Позитрон [pic] негізгі сипаттамалары электрон [pic] сияқты элементар
бөлшек, бірақ та заряды оң электрон зарядына тең. Позитронды алғаш рет
теориялық тұрғыдан электронға антибөлшек (антиэлектрон) ретінде болжаған
Дирак болды. Электрон мен позитрон кездескенде олар жоғалып кетеді немесе
фотон шығара отырып аннигиляцияланады, және де бұл процесс жартылай
өткізгіштердегі электрондар мен кемтіктердің рекомбинациясына ұқсас.
Сондай-ақ, электрон сияқты жарты бүтін спинді барлық бөлшектер үшін
антибөлшек болуы керек (антибөлшектерді де негізгі бөлшектер сияқты
әріптермен белгілейді, бірақ та әріптің үстінде сызықша немесе толқын
белгісін қою керек.). Осыған сәйкес, мысалы: антипротон [pic] және
антинейтрон [pic] анықталған.
Паули 1932 жылы радиоактивтік [pic]-ыдырау кезінде энергияның
сақталу заңының орындалуын түсіндіруде мынадай тұжырымдама жасады:, бұл
ыдырау кезінде тағы да өзімен бірге энергияның біраз бөлігін алып кететін
жеңіл бөлшек бөлінеді. Бұл бөлшекті Ферми нейтрино деп атады, себебі ол
нейтронға ұқсас электр зарядына ие емес. Кейінірек тағайындалғандай,
нейтриноның тыныштық массасы нөлге тең, оның (сол сияқты антинейтриноның
да) спині жартыға тең ([pic]). Затқа өте тез жұтылып кету қасиетіне
байланысты нейтрино бірден анықталған жоқ, тек 1956 жылы ғана тәжірибе
негізінде тіркелген. Бұл тәжірибелерде тек қана нейтрино емес сондай-ақ
антинейтринолар да анықталды. Сонымен қатар, протон мен нейтронның өзара
түрленулері нәтижесінде де антинейтрино пайда болады.
Бөлшек ретінде нейтрон бос күйде орнықты емес. Ол [pic]([pic]
жартылай ыдырау периодымен өздігінен протон мен электронға антинейтрино
шығара отырып ыдырайды:
[pic]

Сонымен, екі ядролық бөлшектер – протон және нейтрон -өзара бір-
біріне айнала алады.

Дәріс № 12 Қолданбалы ядролық физиканың физикалық негіздері.

Жоспары:
1. Ядролық нұрдың затпен әсерлесуі. Зарядталған бөлшектердің ортамен
әсерлесуі. Энергияның атомды иондау мен қоздыруға шығыны.
2. Нұрлану шығындары. Вавилов Черенков нұрлануы. Серпімді шашыратылу.
Зарядталған бөлшектердің жүрімдері.
3. Нейтрондардың затпен әсерлесулері. Нейтрондардың баяулауы. Жылулық
және резонанстық нейтрондар.
4. Жылулық нейтрондардың диффузиясы.
5. Ядролық нұрлардың тірі организмге әсері. Дозиметрия мен ядролық
нұрлардан қорғанудың элементтері.

Бүгінгі күнгі физиканың негізгі мәселесі барлық фундаментальдық өзара
әрекеттесудің теориясын біріктіріп, олардың біртұтас теориясын жасау.
Қазірдің өзінде электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесуді біріктірген
теория жасалды. Бұл фундаментальды өзара әрекеттесу төменгі энергияларда
біртұтас электрәлсіз әрекеттесудің әртүрлі көріністерін суреттейді және
олардың арасындағы айырмашылық бөлшектердің энергиялары өскен сайын бірте-
бірте жойыла бастайды.
Электрлік және күшті өзара әрекеттесуді бір электрядролық өзара
әрекеттесу ретінде қарастыратын (“ұлы біріктіру”) жұмыстар да бар.
Ендігі кезек- табиғатта белгілі төрт фундаментальдық өзара
әрекекеттесудің біртұтас теориясын (“кеңітілген супергравитация”) дүниеге
келтіру.
Нуклидтің, яғни, басқалардан А және Z мәндері бөлек ядролардың
активтілігі деп, 1 секунд ішінде ыдыраған ядролар санын айтады:
[pic]. (27.4)
Белсенділіктің АХ жүйесіндегі өлшем бірлігі- беккерель (Бк), 1 с ішінде
бір ыдырау болатынын көрсетеді. Ядолық физикада системадан тыс өлшем
бірлігі пайдаланылады, ол- кюри (Ки): 1 Ки = 3,7.1010 Бк.
Ядролардың ыдырауы ығысу ережесімен іске асады, ол бойынша ыдыраудың
нәтижесінде қандай ядро пайда болатынын көрсетеді:
α-ыдырауы үшін:
ZXA → Z-2YA-4 + 2He4. (1)
β- ыдырауы үшін:
ZXA → Z+1YA + -1e 0. (2)

Гамма сәуле шығару.[pic]сәуле –радиоактивтіліктің дербес түрі емес, ол
тек [pic][pic]және [pic]-ыдырауларымен қабатта пайда болады, сондай-ақ
ядролық реакцияларда, зарядталған бөлшектер тежелгенде, олар ыдырағанда
және т.б. пайда болады. [pic]спектрі сызықты. [pic]спектр-бұл [pic]кванттар
санының энергиясы бойынша бөлінуі. [pic]спектрдің дискреттілігі, атом
ядроларының энергетикалық күйлерінің дискреттілігін сипаттайды.
[pic]сәулесі аталық ядро емес, балалық ядро шығарады. Балалық ядро
түзілген кезде ол қозған күйінен [pic] (қозған атомның өмір сүру уақыты
[pic]) негізгі күйге [pic]сәулесін шығарып көшеді.
[pic]сәулесінің өтімділік қабілеті жоғары. Сондықтан ол гамма-
дефектоскопияда қолданылады. Ол гамма сәуленің әр түрлі орталарда бірдей
қашықтыққа таралғанда түрліше жұтылуына негізделген.
[pic]сәуленің (сондай-ақ басқа да иондаушы сәулелердің) затқа әсер
иондаушы сәуленің дозасымен сипатталады. Оның мынадай түрлері бар: жұтылған
сәуле дозасы-сәуле энергиясының сәулеленген заттың массасына қатынасына тең
физикалық шама.
Жұтылған сәуле дозасының энергиясы – грей (Гр): 1Гр = 1 Дж1кг.
Сәуленің экспозициялық дозасы. Оның өлшем бірлігі рентген (Р):
[pic]Кл/кг. ауаны сәулелендіргенде босаған электрондар туғызған бір таңбалы
барлық иондардың электрлік зарядтардың қосымдысының осы ауаның массасына
қатынасы.
Биологиялық доза-сәуленің ағзаға тигізетін әсерін сипаттайтын шама.
Бірлігі рентгеннің биологиялық эквиваленті: [pic] Дж/кг.
Сәуле дозасының қуаты-сәуле дозасының сәулелену уақытына қатынасына тең
шама. Оның түрлері: жұтылған доза қуаты (Гр/с); 2) экспозициялық доза қуаты
(А/кг).
Қатты денеде байланысқан атом ядроларының дененің ішкі энергиясының
өзгерісін туғызбайтын [pic] кванттарды серпімді шығаруын (жұтуын)
Мёссбауэр эффектісі деп аталады. Мұнда тебілудің импульсі мен энергиясы
[pic]квантты шығарған бір ядроға емес бүкіл торға тұтас беріледі. Ал
кристалдың массасы жек ядро массасынан әлдеқайда үлкен. Сондықтан тебілу
энергисының шығыны аз болады да, тебілу серпімді болады.
Мёссбауэр эффектісі ғылым мен техникада әр текті өлшеулер жүргізудің
нәзік «аспабы» болып табылады.
Радиоактивтік сәулелер мен бөлшектерді бақылаудың және тіркеудің
тәсілдері:
1.Сцинтилляциялаушы есептегіш – негізгі элементі сцинтиллятор
(кристаллофосфор) және фотоэлектрондық көбейткіш болып табылатын ядролық
бөлшектердің детекторы. Ол әлсіз жарық жарқылын электрондық аппаратура
тіркейтін электрлік импульстерге түрлендіруге мүмкіндік
2. Вильсон камерасы – шыны цилиндрден және оған тығыз тиіп тұратын
поршеннен, цилиндр ішінде орналасқан судың немесе спирттің буымен қаныққан
газдан (He,Ar) тұрады. Ондағы аса қаныққан бу арқылы өткен бөлшектің ізі
тіркеледі.
3. Импульстік иондаушы камера – жұмысы зарядталған бөлшектердің газды
иондауына негізделген детектор.
Нейтрондар – электрлік бейтарап бөлшектер бола отырып кулондық тебу
күшіне ұшырамайды, сондықтан олыр ядроға оңай еніп кетеді де, әр түрлі
ядролық түрлендірулер туғызады. Нейтрондардың әсерінен болатын ядролық
реакцияларды зерттеу ядролық физиканың дамуында ғана зор роль атқарып
қойған жоқ, сонымен бірге ядролық реакторлардың пайда болуына жеткізді.
Нейтрондардың әсерінен болатын ядролық реакциялар:
[pic] жалпы формула

[pic]

Дәріс № 13 Жоғарғы энергия мен элементар бөлшектер физикасы.Элементар
бөлшектер – жоғарғы энергия физикасы. Жоғарғы энергия физикасының
тәжірибелік әдістері.Жоғарғы энергиялы шоқтарды алудың қазіргі әдістері
туралы ұғым. Бөлшектердің жинақтағыштары. Қарсы шоқтар. Релятивистік
кинематика элементтері. Бөлшектердің туу және ыдырау құбылыстарын бақылау.
Қысқа өмірлі бөлшектерді бақылау әдістері.
Тірі ағзаны иондаушы сәулелену ықпалынан қорғау ілімін игеру
мақсатында,ең алдымен өсімдік және жануарлар әлемі өкілдерінің радиацияны
сезу,оған төтеп бере алу немесе бейімделу сияқты басқа да қабілеттерімен
жақын.Ғылым әлемі мен техниканың әртүрлі салаларында иондаушы сәулелену
құбылысын қолдану аясы кеңіген сайын,тірі ағзаның радиосезімталдығын
арттыру мәселелері туындауда.Осы мақсат талабында,радиосезімталдық
қабілетті күшейту жолдарын іздестіру бағытында көптеген іргелі міндеттер
тұр.Бұл тарапта адам өмірі үшін аса қажетті шараның бірі-сәулеленуге қарсы
қорғаныстық мақсатта қолданылар әдістерді табудың қаншалықты маңызы
бар.Жалпы тірі ағза атаулының,оның ішінде өсімдік ағзасын сәулеленуден
қорғау мәселесінің шешімін іздеуді ең алдымен олардың қолайсыз
жағдайлар(факторлар)әсеріне төтеп бере алу қабілетінің жалпылама
биологиялық механизмдерін зерттеумен ұшттастырған жөн.Сәулеленуге қарсы
тұраралық ағзаның қорғаныс қабілетті де осындай қасиеттерінің іске асу
нәтижесі деп түсінген жөн.Сондықтан да,ағзаның иондаушы сәулеленуден
қорғана алар қабілетін тануды сол ағзаның оған бейімделе алу мүмкіндігін
арттырар немесе жүзеге атсалысар жағдайлардан,яки әдістерден іздестірген
дұрыс болады.Сөйтіп,радиактивті заттармен ластанған қоршаған ортаның
әртүрлі қолайсыз жағдайларына төтеп бере алатын ағза табиғатының сырын ашу
үшін сан-қилы қимыл-қарекет қажет екендігіне көз жетті.Сол мақсатта,аталмыш
мәселенің алғашқы сатыларын белгілеп,анықтау жолында табиғи ортаның әртүрлі
саяқтарымен жан-жақты әрі терең ғылыми-зерттеу жұмыстары
жүргізілуде.Мамандар қауымына белгілі жайт,тұқымдық кезеңде өсімдік
тыныштық қалпында болатындықтан,олардың иондаушы радиация әсеріне және
басқа да зақымдаушы әрекеттерге төзімділігі,әлбетте жоғары тұрады.Сол
себептен де,өсімдіктермен тығыз айналыса қоймаған мамандар
арасында,өсімдіктер радиотөзімділігі жайлы жаңсақ пікірлердің қалыптасуы
кездейсоқ емес.Олармен кей тұста келісуге де,келіспеуге де болады.Ылғалды
ортаға түскен тұқым көктей бастайды.Тұқымнан топырақ бетіне өскін
шығысымен,өсімдіктің радиосезімталдығы күрт артады.Кейінгі даму сатыларында
небір өзгеріске түскенімен радиацияға деген сезімталдығы вегетациялық
кезеңнің соңына дейін төмендемейтін көрінеді. Мәдени өсімдіктер арасында
бұршақтұқымдастардың көптеген өкілдері басымырақ радиосезімталдық
қабілеттерімен ерекшелінеді.Ал радиотөзімділікке келер болсақ,астықтұқымдас
өсімдіктердің және кейбір көкөністер мен техникалық дақылдардың аталмыш
қасиеттері жоғарырақ екен.Иондаушы сәулелену әсерінен өсімдіктер
қауымдастығына да біршама өзгерістер болуы ықтимал.Ценоз құрамындағы кейбір
радиосезімтал өсімдіктің жойылуына дейін апаратын радиация дозасының
әсерінен немесе кейде тіпті аз мөлшерінің ықпалынан –ақ фитоценозда
өзгерістер болып жатады.Радиациалы жоғары фон жағдайында фитоценоз
құрамындағы радиосезімталдығы күшті өсімдік түрлеріне әжептәуір радиациалық
салмақ түседі.Әлгідей зақымданған өсімдіктердің радиациядан қысым
көріп,күйзелуі нәтижесінде ценотикалық байланыстар үзіледі.Сөйтіп
радиосезімталдығы жоғары өсімдік түрлері бой ала бастайды,яғни фитоценозда
олар басымдылыққа ие болуы нәтижесінде,оның құрамына өзгеріс
енгізеді.Мұндай жағдайда,фитоценоз үшін созылмалы сәулелену құбылысының
орын алуы аса қауіпті.Өйткені,ол өз ықпалын бірнеше ұрпаққа жеткізу арқылы
өсімдіктердің радиациядан кейін сақталатын түрлерінде әлгідей ауытқудың
жалғаса беруіне себепші болады.Айта кету керек,радиацияның қосынды
дозасынан гөрідоза қуатының ықпалы ценозға жасалған сәулелену әсерінің
есепке алар көрсеткіші ретінде саналады.Ал өткір Әрі қысқа мерзімді
сәулеленуге ұшыраған фитоценоздың біртіндеп қайта қалпына келуі
ықтимал.Соныменен,бір түрлердің өсуі мен даму қақынының артуы және екінші
түрдің радиация әсерінен күйзелуі нәтежиесінде,фитоценоз құрамында ересен
өзгерістер болады.
Американдық радиобиолог А.Спэрроу әйгілі Бругхейвен ұлттық
лабараториясында өткен ғасырдың 50-60 жылдары тыңғылықты зерттеу жұмыстарын
жүргізген.Соның нәтежиесінде,гамма-алаңында орналасқан орманда қылқан
жапырақты ағаштардың,оның ішінде әсіресе қарағайдың,радиотөзімділігі өте
төмен екендігін дәлелдеген.Сөйтіп,бірнеше жыл бойы сәулелену ықпалынан
аралас ағаштар өскен қалың орман орнында қылқады тек селдір тоғай ғана
қалған.Қылқан жапырақты ағаштардың,гүлтозаңы адам сенбестей дәрежеде
радиосезімтал екен.Соңыменен,фитоценоздағы өзгерістер,негізінен созылмалы
сәулелену әсерінен болатындығы белгілі болды.Жануарлар әлемінде белгілі
себептермен,сүт қоректілер арасында көптеген өкілдерінің радиосезімталдық
қасиеттері жеткілікті дәрежеде терең зерттелген.Негізінен,олардың басым
бөлігі ұсақ денелілер,яғни ғылыми тілде айтқанда-«лабораториялық жануар-
жәндіктер –тышқандар,егеуқұйрықтар,атжалмандар,үй қояндары,иттер және
т.с.с.Жүргізілетін зерттеу жұмыстарының күрделілігі мен қымбатшылығына
байланысты ірі денелі жануарлардың-жылқы,сиыр,түйе және т.б.өкілдерінің
радиосезімталдығы жайлы ғылыми мәліметтер бүгінгі күні тапшылау.Ал енді
жануарлар әлемінің басқа топтары жайлы әңгіме қозғасақ,сүт қоректілермен
салыстырғанда,құстар тобы-әлдеқайда жоғары радиотөзімділік қасиетімен
әйгіленеді.Олардың басым бөлігі үшін радиацияның жартылай өнім әкелер
дозасы 8-25 грей аралығын құрайды.Бұл топтың өкілдері қатарында үй
қатарында үй құстары да қамтылады.Құстар әлемін саралап талдайтын болсақ,үй
тауықтарының әртүрлі тұқымдары үшін,бұл шама 10-15 грей тербелісін құраса
,үйректер үшін 12 грейден 16 грей аралығында екен.Сәулеленуге ұшыраған
өсімдіктің радиосезімталдық және радиотөзімділік қасиеттеріне ортаның
әртүрлі табиғи физикалық факторларының әсері болуы заңды құбылыстардың
қатарына жатады.Соның ішінде табиғи ортада жиі кездесетін екі-үш факторға
тоқталайық:
1)Ортаның газдық құрамының ықпалы-
Иондаушы сәулеленуге ұшыраған сәтте,атмосфераның газдық құрамы өсімдіктің
радиотөзімділік қабілетіне әжептәуір ықпал жасайды.20 ғасырдың алғашқы
ширегінде неміс ғалымы Е.Петри рентген сәулесімен бидай өскінін
сәулелендіру арқылы арнайы тәжірибе жүргізген.Өсімдіктер физиологиясының
осы білгірі,зат алмасу белсенділігінің радиосезімталдыққа әсерін бақылау
нәтижесінде,көмір қышқыл газдың мөлшері көбейген сайын өсімдіктің
радиосезімталдығы әлсірейтіндігін дәлелдеген.Сөйтіп,ол алғашқы болып әлі де
талай әңгіме болар, «оттегі тиімділігі»атты құбылыстың көзін ашушы
ретінде,ғылыми өз ортада өз бағасыналған ғалым.Ауадағы оттегінің азаюы
салдарынан,өсімдік бойындағы метаболизм реакциясының қарқыны біршама
баяулайтындығы мамандарға белгілі.Мұндай күйдің қалыптасуы өсімдік
радиотөзімділік қабілеттің артуына мүмкіндік туғызады.20ғасырдың соңғы
жылдарында М.Мальдиней және К.Тувинен аттты зерттеушілер рентген
сәулесінің аздаған мөлшерімен сәулелендіру арқылы әртүрлі өсімдік
тұқымдарының пісіп-жетілу қарқынын күшейту мүмкіндігінің бар екендігін
аңғарған.Кейінірек бұл құбылыстың жан-жақты әрі ауқымы өте кең сипатта
екендігі дәлелденген.Бір сөзбен айтар болсақ,шектеулі аз ғана өлшемді
мөлшерде сәулеленген өсімдіктер мен жануар-жәндіктердің өсу және даму
қабілеттерінің артатындығы белгілі болған.Бертін келе,дәлірек айтсақ,өткен
ғасырдың 20-30-шы жылдары,радиобиологияның жеке салалық ғылым ретінде
танылуына себепкер болған іргелі жаңалықтар мен керемет идеялар дүниеге
келе бастады.Көп уақыттар бойы,тіпті бертін келгенге дейін,радиоьиологтадың
өз арасында сәулелік зақымданудың алдын алу,сол сияқты оның кері әсерін
өзгерту мүмкіндігі тәріздес шараның бары немесе жоғы жайлы ортақ пікір
болған емес.Радиобиология ғылымының бастапқы даму кезеңінде,физикалық және
химиялық болмысы бар әртүрлі факторлардың көмегімен радиобиологиялық
әсердің күші зерттелген. Осы құбылыстың нақты сырын аша алмағанмен,
мүмкіндігі сияқты қасиеттердің бар екендігін аңғарған. Бертін келе,
иондаушы сәулелену көзі мен биологиялық саяқ арасына қорғасынды немесе
цементті құйма сияқты бөгет қою арқылы, оның ағзаға сінер энергиясын
біршама азайтуға болатындығы айқындалды. Мұндай әдісті физикалық қорғаныс
жолы деп атайды. Ал енді заттың атомы мен молекулаларының иондалуының басты
көзі- заттың сәулеленумен әрекеттесу құбылысына тойтарыс беру, тоқтам жасау
немесе болдырмау жағдайы мүмкін емес хикаят. Дегенмен, сәулелік
зақымданудан сақтану мақсатында, оған қарсы қолданар радиоқорғаныстық
әрекеттің қажеттілігі сөзсіз. Бүгінгі күні сәулелік зақымдау ағымын
өзгерте алар факторларды негізінене 2 топқа бөледі. Бірінші топ-сәулелік
зақымдау дәрежесін азайтуға бағытталған факторларды біріктірсе, екінші топ-
оның ықпалын күшейтуші факторларды қамтиды.
Азайтушы факторларды бір сөзбен радиоқозғаныстық немесе радиопротекторлар
деп атауға болады, ал күшейтуші факторларды- радио-сенсибилизациялаушылар
деп атайды. Сондай-ақ физикалық және химиялық жаратылысы бар факторлар
топтамалары ажыратылады. Мысалға, физикалық табиғаты бар топта- жоғарыда
айтылған температуралық, ылғалдылық, газды орта және т.б. факторлар жатады.
Мамандар қауымына танымал себептермен, небір радио-сенсибилизаторлардың
практикалық істері қолданылу аясы барынша шағын екендігі де белгілі. Оларды
иондаушы сәулелену құбылысының ағзаға тигізер әсерін күшейту қажеттілігі
сияқты өте сирек мақсатта, негізінен медицина саласында қолданады.
Түсініктірек болу үшін мысалмен айта кетейік: адам денесіндегі қатерлі
ісікті радиациялық терапия әдісімен емдеу кезінде дененің сау мүшелеріне
радиациялық салмақ түсірмеу мақсатында дененің тек сәулеленетін бөлігіне
ғана радиосенсибилизациятор енгізіледі.Айта кеткен дұрыс болар,радиациялы
жоғары фон жағдайында жалпы фитоценозды тұтасатай сәулелік зақымданудан
қорғаудың бүгінгі таңдағы қол жеткізген шарасының бірі-радиотөзімділігі
жоғары,жасанды екпе өсімдіктер жиынтығын қалыптастыру болар деген де пікір
бар.Радиотөзімділігі мықты кеміргіштер өкілдері қоректенетін өсімдік
түрлерінің жоғары радиоқорғаныстық қасиеттері бар деген жорамалдар
бар.Өсімдіктердің иондаушы радиациядан қорғану қабілетін зерттеудің маңызы
өте зор,әсіресе қолданбалы ғылым салаларында алар орны ерекше.Мысалы
иондаушы радиация құбылысының биология мен ауыл шаруашылығы салаларында
атқарар қызметінің ауқымы мен орнын пайымдау ісінде,бірінші
кезекте,өсімдіктің сәулеленуден қорғану қабілетінің сырын толығымен аша
білу қажет.Сәулелік зақымданудың даму қарқыны көптеген факторларға тәуелді
және оның пәрменділігі ағза құрылымының әр деңгейінде әрқилы
байқалады,мысалға:
-молекулалық деңгейде-радиолиз өнімдерінің жоғары молекулярлық
қосылыстарымен өзара қарым-қатынасына бөгет боларлық жағдай жасаумен
аңғарылады;
-торшалық деңгейде-проллиферативтық белсенділік дәрежесімен немесе торша
айналымының сатылық күйімен бағаланады;
Радиациялық қауіптілік бар аймақта қалай өмір сүруіміз керек.Осыған тоқтала
кетсек,ең алдымен,радиациялық деңгей жайлы дерек болуы керек.Жоғарыда
айтқанымыздай,адам баласы радиациядан сырттай және іштей сәуле нәтижесінде
зардап шегуі мүмкін.Олардан келер зардаптың ауқымы біркелкі емес және ол
көптеген факторлармен байланысты.
Радиактивті заттар тағамдық өнімдерге топырақ –өсімдік-өнім
нан,ет,сүт тағамдары және т.б. тізбегі арқылы тасымалданатындығы жайлы
хабардар етті.Сондықтан ең алдымен жоқ дегенде,басты тағамдық өнімдердің
радионуклидтық құрамын анықтауға назар аудару қажет.
Енді иондаушы радиацияның кейбір түрлерінен қорғану үшін қажетті
бірер мәліметтермен қысқаша таныстыра өтейік:
-Нейтрондық сәулелену ағынынан қорғануда судың(әсіресе тұзды
судың),көміртегінің,темірдің,бетонныңбіршама көмектері бар.Жалпы,нейтрондық
сәулеленуден сақтануда құрамында суттегі бар заттар жақсы қорған бола
алады;
-Гамма-сәулеленуінен жоғары үлес-салмақты материалдардың көмегімен
қорғануға болады.Мысалы,қорғасын,цементті құйма және т.с.с Жер бетінде
жатқан гамма-сәулесінің көздерін тікұшақтың немесе ұшақ көмегі арқылы
тіркеуге болады;
-Альфа-сәулеленуі адам денесінің тері қабатына сырттай сәуле түсу жолымен
сіңіріледі және тағаммен,сумен,ауамен адам ағзасына кіріктірілуі
мүмкін.Альфа-бөлшектерінің жүгірісі қысқа болғандықтан,олардың ағынан
қорғану мәселесі үлкен қиындық туғызбайды.Жұқа фольга,шыны немесе
пластикат,хирургиялық қолғаптар мен киімдер,тіпті 10 сантиметрлік ауа
қабаты альфа-бөлшектерінэкрандауға қабілеті жетеді.
-Бета-бөлшектерінің өтімділік қабілеті альфа-бөлшектерінің мүмкіндігімен
салыстырғанда жоғары болғанымен,олардың ағынынан қорғану мәселесі шешілетін
жағдай.Бета-сәулеленуінен бірнеше милиметрлік қалыңдығы бар алюминий
қаңылтырынан басқа,плекасиглас немесе шынының ,арнайы киімдерінің қорғау
мүмкіндігі жеткілікті.

Дәріс № 14 Элементар бөлшек» ұғымының дамуы.
Жоспары:
1. Бақыланатын элементар бөлшектердің ортақ қасиеттері: лептондар,
адрондар.
2. Бөлшектер мен антибөлшектер. Іргелі әсерлесулердің төрт түрі.
Әсерлесу күші. Элементар бөлшектерді сараптау. Сақталу заңдары. Дәл
және дәл емес кванттық сандар.
3. Лептондар, адрондар. Кварктер.. Бұлар бүгінгі күнгі физиканың және
астрофизиканың негізгі мәселелері туралы ұғым.
Өзара әрекеттесу түрлері және элементар бөлшектер кластары.
Элементар бөлшектерді бүгінгі күнгі физика дамуының деңгейі бойынша
олардың ішкі құрылысы басқа бөлшектерден тұрады деп қарауға болмайтын
микробөлшектер.
Элементар бөлшектердің өзара әрекеттесуінің 4 түрі белгілі: күшті
өзара, электромагниттік, әлсіз өзара, гравитациялық әрекеттесулер. 30.1-
кестеде өзара әрекеттесуге тән тұрақтылардың шамалары және берілген өзара
әрекеттесудегі ыдыраған бөлшектердің орташа өмір сүру уақыты келтірілген.

1 кесте

|Өзара |αi |R,м |τ, с |Сақталу|Қатысушы|Тасушылар |Өзгереді |
|әрекеттесу| | | |заңдары|-лар* | |түс Аро- |
|лер | | | | | | |мат |
|S |~1 |10-15 |~10-23|Бәрі |q(H) |gi(i=1...8|+ - |
|E |~10-2 |∞ |~10-20|Бәрі, |q(H),ℓ± |) |- |
| | | | |Т д. б.|W± |γ | |
|W |~10-10|~10-18|~10-13|p,E,Jд.|q(H), | |+ |
| | | | |б. |ℓ |W± | |
|G |~10-38|∞ |? |q,B,Lд.|бәрі | |? ? |
| | | | |б | |G | |
| | | | |? | | | |

Белгілер: S – күшті, Е – электромагниттік, W – әлсіз, G –гравитациялық
q – кварктер, H – адрондар, ℓ - лептондар.

1 кесте бойынша қашан және қандай жағдайларда өзара әрекеттесулердің
қайсысы басыңқы болатынын түсінуге болады. Мысалы, гравитацилық өзара
әрекеттесудің әсерлік радиусы шексіз, универсалды өзара әрекеттесу, бірақ
микромир процестерінде әрекеттесу интенсивтілігі ең әлсіз болғандықтан,
белгілі әсері жоқ.

Элементар бөлшектерді негізгі 3 класқа бөлуге болады:
Бірінші класқа тек бір ғана бөлшек кіреді –фотон. Ол –электромагниттік
сәуле шығару кванты.
Екінші класқа лептондар кіреді. Олар электромагниттік және өзара әлсіз
әрекеттесуде қатысады. Олар-нейтрино, электрон, мюон, таон (τ-лептон) және
олардың антибөлшектері.
Үшінші класқа адрондар кіреді. Олар электромагниттік және әлсіз
әрекеттесуден басқа, күшті өзара әрекеттесе алады- протон, нейтрон, пиондар
және каондар.
Өзара әрекеттесудің барлық түрлері үшін энергияның, импульстың, импульс
моментінің және электрлік зарядтың сақталу заңдары орындалады. Күшті өзара
әрекеттесулерде изотоптық спиннің сақталу заңы орындалады.
Антибөлшектер туралы гипотезаны 1928 ж П. Дирак айтты. 4 жылдан кейін
К. Андерсон космос сәулелерінің ішінен позитронды –электронның антибөлшегін
тапты. Кванттық теория бойынша бөлшек пен антибөлшектің массалары,
вакуумдегі өмір сүру уақыты бірдей, модулі бойынша бірдей, бірақ таңбалары
қарама-қарсы электрлік зарядтары және магниттік моменттері, бірдей спиндері
және изоспиндері, басқа да қалған элементар бөлшектердің өзара әрекеттесуін
суреттейтін кванттық сандары (лептондық және бариондық сандар, оғаштық,
әсемдік және басқалары) бірдей болулары керек.

Дәріс № 15
Жоспар:
1. Кварктар. Элементар бөлшектердің кварктық моделі. Кварк – лептондық
симметрия.
2. Глюондар. Кванттық хромодинамиканың негізгі түсініктері.
3. Кварктар мен лентондардың электромагниттік және нәзік әсерлесулері.
Нәзік және электромагниттік әсерлесулердің біріккен теориясы. Ұлы
біріктіру теориясы.
4. Ғарыштық сәулелер. Бірінші реттік ғарыштық нұр. Ғарыштық нұрдың
атмосфера арқылы өтуі. Ғарыштық сәулелердің өзгерістері. Жердің
радиациялық белдіктері. Ғарыштық сәулелердің тегі туралы тұжырымдар.
Ғарыштық нұр бөлшектерінің үдетілуінің мүмкін механизмдері.
Кварктер. 1964 ж. Гелл-Манн және Цвейг барлық адрондарды құрастыруға
болатын фундаментальдық бөлшектер – кварктер табиғатта болуы мүмкін деген
гипотеза айтты. Олардың моделі бойынша үш типтес кварктер (u,d,s) және
оларға сәйкес антикварктер (u,d,s) болуы керек.

2 кесте

|Кварк |Электрлік |Бариондық |Спин, |Оғаштық |
|(анти- |заряд е өлш. |сан В | |S |
|Кварк) | | | | |
|u ( u ) |+2/3 (-2/3) |+1/3 (-1/3) |1/2 |0 |
|d ( d ) |-1/3 (+1/3) |+1/3 (-1/3) |1/2 |0 |
|s ( s ) |-1/3 (+1/3) |+1/3 (-1/3) |1/2 |-1(+1) |
|c ( [pic] )|+2/3 (-2/3) |+1/3 (-1/3) |1/2 |-1(+1) |

Кварктердің сыйпаттамалары 2 кестеде көрсетілген. Кварктердің
элементарлық электрлік зарядтарының мәндері бөлшек сан, спиндері- 1/2.
Кварктерден адрондар келесі түрде құралады: мезондар қос: кварк-
антикварктен, бариондар үш кварктен (антибариондар - үш антикварктен)
тұрады. Кейбір бариондар үшін кварктың арнаулы кванттық сыйпаттама
енгізілді – түс: “сары” , “көк”, “қызыл”. Сонда әртүрлі“түстегі ” кварктер
Паули принципіне қайшылық жасамады. 1974 ж. ашылған нағыз нейтрал (J/Ψ)-
мезон,оның массасы шамамен 6000 me , жаңа кварк– с-кварк және жаңа
сақталатын шама – “әсемдік” енгізуге әкеп соқты.
Элементарлық бөлшектер теориясының дамуындағы қиыншылықтарға
байланысты әр жылдары басқа “тамаша”,“нағыз” және т.б. атты кванттық
сандар енгізілді.
Кваркті модель өте жемісті болып шықты, ол адрондардың барлық негізгі
кванттық сандарын анықтауға мүмкіндік берді. Бұл модель бойынша,
тәжірибедегідей, бүтін санды спин мезондар үшін және жартылай санды спин
бариондарға тән. Сол модель бойынша жаңа бөлшек – Ω—гиперон болуы керек
деген болжам жасалды. Әртүрлі өзара әрекеттесудегі өріс кванттары
сияқты кварктердің өзара әрекеттесуіндегі тасушы ретінде глюон деп
аталатын жаңа бөлшектер енгізілді. Олар кванттық сан – түсті- бір кварктен
екіншісіне тасиды, соның арқасында кварктер бірге бола алады.
Тағы бір сыйпаттама – “аромат”, ол түстен басқа барлық жоғарыда
айтылған белгілерді біріктіреді, күшті және электромагниттік өзара
әрекеттесуде сақталады.
Сонымен, материяны құрайтын элементтер- алты ароматы бар (және үш
түсті) кварктер және также алты ароматты лептондар. Осындай
фундаментальдық бөлшектердің арасындағы өзара әрекеттесу – глюондар,
фотондар, аралық бозондар және гравитондардың алмасуымен қамтамасыз
етіледі.

3. Практикалық сабақтар

Машықтану сабақтарын жүргізудегі мақсат теориялық матриалдырды бекіту, есеп
шығару дағдыларын қалыптастыру. «Ядролық физика» пәні бойынша есептер
шығаруды төмендегі ретпен жүгізу ұсынылады:
- тақырып бойынша теориялық материалды оқу;
- есеп шығару процесінде мазмұнын терең түсініп, оған байланысты
құбылыстарды білумен қатар есепті шығарудың қарапаыйым да түсінікті
жолдары іздестіріледі;
- есептің мазмұнына сәйкес шығарылу жолдарына түсініктеме беретін
схемалар, графиктер салынып, электр тізбегі құрастырылады;
- есептің шарты қықаша жазырып, физикалық шамалардың өлшеу бірліктері
БХЖ өрнектеледі;
- физикалық тұрақтылардың мәндері сәйкес таблицалардан жазылып алынады;
- шығару жолдарына қысқаша түсініктеме жазылады;
- ізделіп отырған шама жалпы түрде шығарылады, яғни әуелі жұмыс
формуласы қортылып, одан кейін формуланың дұрыстығы тексеріледі;
- формуланың дұрыстығын тексеру үшін шамалардың бірліктері негізгі
бірліктер арқылы өрнектеліп жазылады да теңдіктің екі жағының өлшем
бірліктерінің дәл келуі анықталады;
- шамалардың сан мәндері формулаға қойылып ,есептеулер жүргізіледі;
алынған шаманың дұрыстығы, олардың эксеримент нәтжелерімен үйлесуі
анықталады;
Көрсетілген әдебиеттер мен әдістемелік нұсқауларды қолданып курстың жеке
тақырыптары бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:
Тақырып: Атом туралы кванттық түсініктер
Сабақтың мақсаты:Нақты мысыалдарды талдай отырып атомның құрылысы туралы,
оның планетарлық моделі және Бор постулаттарының мағанасын түсіндіру. Бор
постулаттарын қолданып ядроның радиустарын, ондағы электрондардың
жылдамдықтарын есептеу мысалдарын қарастыру.
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:
Жалпы физика курсының есептер жинағы В.С. Волькенштейн. № 20-3, 20,7,
20.13, 20.17

Тақырып: Корпускулалық- толқындық дуализм

Сабақтың мақсаты: Луй-де–Броиль формуласын қолдана отырып корпускула-
толқындық дуализмді дәлелдейтін тақырып бойынша есептер шығаружәне
төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
- бөлшектердің қандай қасиеттерін білесіңдер?
- Луй-де-Броиль формуласының мағанасы неде?
- оны қандай бөлшектерге қолдануға болатынын түсіндір
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:
Жалпы физика курсының есептер жинағы В.С. Волькенштейн. № 20-3, 20,7,
20.13, 20.17

Тақырып: Кванттық механиканың негізгі ұғымдары
Сабақтың мақсаты: Кванттық механиканың негізгі ұғымдары толқындық функция,
күй теңдеуі ұғымдарын қалыптастыру, оларды есептеу әдістерін
үйрету.Шредингер теңдеуін шешу әдістерін қарастыру және тақырып бойынша
есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:

- толқындық функцияның физикалық мағанасын түсіндір
- Шредингер теңдеуінің өрнегін жаз
- Паули принципін тұжырымда
Тақырып бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 21-3,5,14, 23,50,33,36.
Тақырып: Қатты дененің кванттық физикасы
Сабақтың мақсаты: Қатты денелердің зоналық теориясының
элементтерінқарастыру, металдар мен шалаөткізгіштердің электр
жәнежылуөткізгіштіктерін есептеу дағдысын қалыптастыру;
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды
қайталау:
- Қандай заттар өткізгіштер тобына жатады? Бұл заттардың құрылысының
ерекшеліктері неде?
- Қандай заттар шалаөткізгіштер тобына жатады? Бұл заттардың құрылысының
ерекшеліктері неде?
- Фонондар деп нені айтады?
- Қатты заттардың механикалық , электрлік және жылулық қасиеттерін қандай
әдістер арқылы өзгертуге болады ?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 22-2,6,17.
Тақырып: Атом ядросының физикасы
Сабақтың мақсаты: Атом ядросының құрылысы, оның байланыс энергиясын есептеу
әдістерін үйрену.
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды
қайталау:
- Атом ядросының негізгі сипаттамалары қандай?
- Атом ядроларының меншікті байланыс энергиясыі деген не?
- Нуклондар деген қандай бөлшектер? Олардың түрлері?
- Аннигиляция деген не?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 17-51,64,70.
Тақырып: Ядролық физиканың эксперименталдық әдістері
Сабақтың мақсаты: Ядролық физиканың экспериметтік әдістеріне тоқтала
отырып, зарядталған бөлшектерді тіркеуші құралдардың түрлерін
талдау.Әртүрлі бөлшектер санын анықтауға есептер шығару..
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды
қайталау:
- Есептегіштердің негізгі қандай түлерін білесіңдер?
- Есептегіштердің айыру қабілеті деген не?
- Газдардың ионозация процесі деген не? Ионизация жұмысы неге тәуелді?
- Рекомбинация деген не?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 20-4,5,

Тақырып: Ядролық реакциялардың физикасы
Сабақтың мақсаты Ядролық реакциялардың жүру механизмдерінежәне сақталу
заңдааарына тоқтала отырып, әртүрлі бөлшектер арқылы жүретін ядролық
ракцияларға есептер шығару.Тізбекті, бөліну және синтез реакцияларының
еекшеліктеріне көңілаудару. Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын
төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
- Ядролық реакцияның негізгі сипаттаммалары қандай шамалар?
- Ядролық реакцияның жүру шарттары
- Ядролық реактор не үшін керек?
- Ядролық реакцияның эффективті қимасы нені анықтайды?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 17-2,5,13, 24.

. Тақырып: Қарапайым бөлшектер физикасы
Сабақтың мақсаты Қарапайым бөлшектер тұрлеіне, олардың негізгі
сипаттамаларына тоқтолып өту және төмендегі сұрақтарға жауаптар беру:.
- қарапайым бөлшектер қандай кластарға бөлінеді?
- лептондар қандай әсерлесулерге қатысады?
- резонанстар деген не? Ол массасы неге тең?
- қарапайым бөлшектердің түрлену қандай шарттар орындалғанда байқалады?
- кварктар дегеніміз қандай бөлшектер?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 19-4,14,16.
Тақырып: Қолданбалы ядролық физика
Сабақтың мақсаты:Ядролық сәулелердің заттағы әсерінің тогының табиғатан
талдау..Студенттерді дозиметрия негіздерімен таныстыру және есептер
шығарту.
Төмендегі сұрақтарға жауаптар беру:.
- Ядролық сәулеленудің негізгі тірі ағзаға әсері қандай?
- Ядролық бөлшектер затпен әсерлескенде қандай құбылыстар тудырады?
- Активтіліктің қандай өлшем бірліктерін білісіңдер?

Зертханалық сабақтар өткізуге арналған әдістемелік нұсқаулар
1.Сутегі атомы спектрін зерттеу. Ридберг тұрақтысын анықтау.
Жұмыс мақсаты: Сутегі атомы спектрін зерттеу арқылы эксперимент жүзінде .
Ридберг тұрақтысын , электрон массасын анықтау .
Жұмыстың істеу тәртібі:
1. Спектроскоптың саңлауы алдында ішінде сутегі бар түтікті қойып, газ
разрядын аламыз.
2. әрбір n ге Ридберг тұрақтысын (1) формула бойынша анықтаймыз. Ал
электрон массасын (2) формула бойынша анықтаймыз.
Бақылау сұрақтары:
1. Спектроскоптың құрылысы қандай?
2. Бальмер сериясы спектрдің қай бөлігінде орналасқан?
3. Ридберг тұрақтысының сан мәні неге тең?
4. Белгісіз сызықтың толқын ұзындығын анықтау үшін қандай формуланы
пайдаланамыз?
5. Осы жұмыста келтірілген әдістің дәлдігін жоғарлату үшін не істеу керек?

2.Фотондар үшін анықталмаушылық қатынастары.
Жұмыс мақсаты: Фотондар үшін анықталмаушылық қатынастарын эксперимент
жүзінде бақылап, микроәлем өлшемдерін бағалау. Анықталмағандық
қатынастылығының физикалық мағынасын түсіндіру, тәжірибеде фотонға арналған
анықталмағандық қатынастылығының орынды екенін тексеру керек.
Керекті құралдар: Лазер ГЗ-58, екі айнымалы санау, экран, сызғыш, микроскоп
МПБ-2.

Жұмыстың істеу тәртібі:
Жарық шоғы белгілі саңылаудан өтіп экранға түседі.
1- тапсырма: Саңлау конструкциясының бөліктері барабан көрсетуіне сәйкес
келмейді, сондықтан оның микроскоп МПБ-2 арқылы ретке келтіреді. Егер
саңлау мөлшері ∆х болса барабаннан n бөлік екенін байқаймыз. Содан кейін n
мен ∆х мәнін таблицаға салады, график құрады. Осы график бойынша бөлік
бірлігінің әр мәнін табады.
2-тапсырма: Анықталмаушылық қатынастылығын табу.
Саңлаудан өтетін сәуле тесігінен өтіп, экранға түсуі байқалады. Саңлау
мөлшері 0,05 мм ден 0,4 мм ге дейін жеткізеді, әр 0,03-0,05 мм өзгерісін
келтіріп, 10 рет өлшейді. Содан кейін басты максимумның 2D тең (суретке
өара) өлшейді, мм бөлігінде алады. ∆х пен 2D таблицаға салады. 2D жартысын
алған саңлау еніне тәуелді таблицаға түседі.

Бақылау сұрақтары:
1. Жұмыстың маұсаты қандай?
2. Қарастырылып отырған жұмыста қандай құралдар қолданылады?
3. Өлшеу дәлелдінін күшейту үшін приборларды қалай орналастыру керек?
4. Жұмыста қолданылатын лазердің жұмыс принципі қандай?
5. Жарық дегеніміз не?
6. Лазерлік сәуле шығарудың қасиеті қандай?
7. Фотон деп нені айтады
8. Гейзенбергтің анықталмаушылық қатынасының физикалық мағынасы не?

3.Газды лазер көмегімен квант энергиясы мен толқын ұзындығын анықтау.
Жұмыс мақсаты: Жарықтың корпускалық табиғатын дәләлдеу, эксперимент жүзінде
бақылап, микроәлем өлшемдерін бағалау.
Құралдар мен жабдықтар:газды лазер, коллиматор, дифракциялық тор,
миллиметрлік шкаласы бар экран, сызғыш.
Жұмысты орындау тәртібі
1. Лазер құрылысы мен оны қолдану тәртібімен танысу.
2.Лазер шкаласына дифракциялық торды орналастырып, экранда дифракциялық
спектрдің анық кескінін алу керек.
3. Қажетті өлшеулер жүргізіп, таблицаны толтыру керек.
4. Лазер сәулеленуінің толқын ұзындығын анықтап, лазер шығаратын фотондар
энергиясы мәнін есептеу керек.
Бақылау сұрақтары.
1. Ырықсыз сәуле шығарудың еріксіз сәуле шығарудан айырмашылығы неде?
2. Лазердің активті ортасы дегеніміз не?
3. Лазердің оптикалық резонаторы дегеніміз не?
4. Лазердің сәулеленуінің қасиеттерін атаңыз?
5. Лазердің жарық қарқындылығының үлкендігін қалай түсіндіруге болады?

4.Сыртқы фотоэффект құбылысын зерттеу және Планк тұрақтысын анықтау.
Жұмыс мақсаты: Сыртқы фотоэффект құбылысын зерттеу және монохроматор мен
фотоэлемент көмегімен Планк тұрақтысын анықтау .
Құралдар мен жабдықтар: ИЭПП-1 кернеу реттегіші бар ток көзі,
фотоэлмент, жарық көзі, МУМ монохроматоры, миллиамперметр, волтьметр Ш
4313.
Теориялық мәліметтер.
Барлық заттар атомдар мен молекулалардан тқрады, олардың құрамына ядро
мен электрондар кіреді. Электромагниттік сәулелену әсерінен, оның ішінде
жарықтың әсерінен атомдардан электрондар жұлып алынады. Осы құбылысты
фотоэлектрлік эффект ( фотоэффект) деп атайды. Фотоэффекттің үш түрі бар:
۰ Сыртқы фотоэффект, электрондар жарықтандырылған заттың бетінен

ұшып шығады. ( металдар, еркін электрондары бар)
۰ ішкі, шалаөткізгіш немесе диэлектриктен электрондар сыртқа ұшып

шықпай байланысқан күйден еркін күйге көшеді.
۰ вентильдік фотоэффект, екі шала өткізгіш немесе металл және
шалаөткізгіш контактілірін жарықтандырғанда сырөы электр өрісі болмаған
кезде фото ЭҰК пайда болады.
Жұмысты істеу реті.
1. ФЭ катодын ток көзінің (-) полюсіне қосып, кернеуі 0 ден 4-5 В дейін
арттыра отырып вольтметр мен микроамперметрдің 9-10 нүктесі үшін
көрсетулерін жазып алыңдар.
2. ФЭ катоды «+» қосып, монохроматорды 405 нм толқын ұзындығын ұойып,
бөгеуші кернеуді табыңыз ( ток жоқ болған кезде)
3. Өлшеулері 430, 455 және 480 нм үшін қайталаңдар.
4. ФЭ үшін Энштейін формуласын пайдаланып Планк тұрақтысын анықтаңдар.
Бақылау сұраұтары:
1. Фотоэффект құбылысы дегеніміз не?
2. Фотоэффектің қандай түрлері бар?
3. Фотоэффект үшін Энштейн теңдеуін жаз.
4. Сыртқы фотоэффектінің негізгі заңдарын атаңыз.
5. Фотоэффектінің қызыл шекарасы дегеніміз не? Оның электрондардың
металдан шығу жұмысымен байланысы қандай?
6. Фотоэлементтің вольт- амперлік сипаттамасын график түрінде көрсетіп
түсіндіріңіз.

5.Оптикалық пирометр көмегімен Стефан –Больцман тұрақтысын анықтау.
Жұмыс мақсаты: Жылулықсәуле шығару заңдарын қарастыру, оптикалық пирометр
көмегімен Стефан –Больцман тұрақтысын анықтау
Жұмыстың орындалу реті:
1. Қондырғыны жинау.
2. Пирметрдің О1 окулярын жылжыта отырып, сымның кескінін анықтап көру.
3. Қыздыру шамы мен пирометрдің шамдарының қылдарының бір жастыққа
келтіріп түстерінің бірдей болғандағы бейнесін бақылып таблицаны толтыру.
4. (5) формулаға қойып Стефан-Больцман тұрақтысын анықтау.

Бақылау сұрақтар:
1. Жылулық сәуле шығару деген не?
2. Денелердің спектрлік сәуле шығарғыштық қабілеті деген не?
3. Денелердің сәуле жұтқыштық қабілеті деп нені айтады?
4. Дененің спектрлік сәуле жұтқыштық қабілеті деп нені айтады?
5. Абсолют қара дене заңдарын түсіну керек
6. δ тұрақтысының физикалық мағынасын түсіндіру керек.

«Атом және атом ядросының физикасы» пәні бойынша СОӨЖ өткізуге

арналған әдістемелік нұсқау

СОӨЖ жұмыстарын ұйымдастыру:
Студенттердің белгілі бір тақарыпта жасаған конспектісімен жұмыс
жүргізулері.Жұмыс барысында оқытушы тақырып материалына қысқа шолу
жасайды. Студентпен бірлесе отырып конспектіде жазылған формулалар,
анықтамалар мен олардың физикалық мағанасы айқындалады. Сипатталған
процестер мен құбылыстардың арасындағы логикалық байланыс нақтыланады.
- Студенттер орындаған лабораториялық жұмыстардың нәтижелерін,
өңдеу әдістерін талдау. Шамалардың физикалық мағанасын айқындау. Өлшеу
нәтижелерін график арқылы көрсету. Алынған графиктер арқылы басқа
физикуалық шамаларды өрнектеп, байланыстарын тағайындау.
- Студенттердің пәннің жеке тақырыптарды меңгеру нәтижелерін тексеру, яғни
білімдерді бағалау (тест бақылау, жазбаша жұмыс).
- Компьютерлік технологиялардың мүмкіндіктерін қолдану. Тақырыптарды
меңгеру виртуаль компьютерлік демострациялар арқылы көрсетілетін
электрондық оқулықтарды қолдану. Есептердің шығару жолдарын айқындайтын
электрондық жетекшілірдің көмегін қолдану, яғну үйрету – көмекші
программаларды пайдалану.
Студент СОӨЖ жұмыстарын орындау және өткізу графигіне сәйкес,
әдебиеттер мен әдістемелік нұсқауларды қолданып, курстың жеке тақырыптары
бойынша төмендегі тапсырмаларды орындайды:
1. Сутегі атомы туралы Бор теориясы.Сутегі тәріздес атомдардың спектрлік
сериясы.
2. Шредингер теңдеуі. Энергияның, импульс моментінің квантталуы. Сызықты
гармониялық осциллятор.Кванттық сандар және олардың физ-лық мағнасы.Паули
принципі Электрондық қабаттар.
3. Қатты денелердің зоналық теориясының элементтері.Ферми беті.. Металдар
мен шалаөткізгіштердің электрөткізгіштігінің зоналық теориясының негізгі
қалыптары Фонондар. Қатты денелердің механикалық және электрлік және
жылулық қасиеттері.
4. Ядролық күштер .Ядролардың орнықтылығы. Атом ядроларының модельдері.
Радиактивтілік қатары. Ядролық сәулелерді тіркеу әдістері.
5. Ядролы0 реакциялар.Атом ядроларының бөлінуі және жеңіл ядролардың
синтезі.Ядролық энергетика
6. Қарапайым бөлшектер теориясы.Электрондық, күшті және әлсіз әсерлесулер.
Кварктар.
1
«Атом және атом ядросының физикасы» пәні бойынша СӨЖ өткізуге арналған
әдістемелік нұсқау
Студенттерге физикадан берілетін жеке үй тапсырмасы олардың осы пән
бойынша орындайтын өзіндік жұмысының бір түрі болып табылады. Студентердің
өзіндік жұмысы деп, олардың оқытушының тапсырмасымен және бақылауымен,
бірақ оның қатысуынсыз, ол үшін арнайы бөлінген уақыт ішінде орындайтын
жұмысын түсінеді. Мұнда студенттер ақыл-ой жігерін қолдана және ой мен
қимыл әрекеттерін қандай да бір формада (мысалы, есеп шығарғанда оның
мазмұнын талдау, мазмұнды қысқа ұтымды тәсілмен жазу, шешудің оңтайлы
әдісін таңдап алу және т.б.) білдіре отырып қойылған мақсатқа саналы жетуге
ұмтылады.
Студенттер шығарған жеке үй тапсырмасын бағалау өлшемінің
негізіне осы белгілердің бәрін алуға болады: физикалық құбылыстың негізгі
мәселесінің мазмұнын құрайтын физикалық шамалардың,
заңдардың молырақ қамтылуы; есептердің проблемалық (шығармашылық) деңгейі;
мәселенің тереңірек талданып зерттелуі; шешу тәсілдерінің ең оңтайлысын
таңдап алуы және т.б.
Әр студент орындайтын жеке үй тапсырмасына (бір жеке үй тапсырмасында
физиканың бір бөлімі бойынша берілген 3-5 есеп болуы мүмкін) қойылатын
максимал және миниамал баллдар силлабуста көрсетіледі. Әрбір жеке есептің
шығарылуы бір есепке қатысты осы баллдар аралығында және айтылған өлшемдер
(критерилер) бойынша бағаланады, сосын бүкіл тапсырмаға максимал және
минимал баллдардың аралығында тиісті балл беріледі.
Максимал балл мысалы, «5» балл қатесіз және кемшіліксіз немесе бір
ғана болымсыз кемшілікпен шығарылған есепке қойылады. Одан төменгі балл,
мысалы «4» балл толық шығарылған, бірақ бірден аспайтын дөрекі емес және
бір болымсыз қатемен немесе болымсыз қателер екіден аспаған жағдайда
қойылады.
Одан төменгі балл мысалы «3» балл студент есептің тең жартысынан
астамын дұрыс шығарғанда немесе дөрекі қатесі екіден (немесе дөрекі қатесі
бірден және дөрекі емес қатесі бірден, сондай-ақ болымсыз қатесі бірден)
аспаған жағдайда қойылады.
Тапсырма минимал баллдан төмен балмен бағаланған жағдайда ол
студентке қайта шығару мақсатында қайтарылып беріледі.
Егер кейбір есептерді студенттің өз бетімен шығарғандығы күдік
туғызса, онда одан оқытушы есепті қалай шығарғандығын түсіндіріп беруін
талап ете алады. Бағаға көңілі толмаған студент оған қатысты оқытушыға
тілегін білдіруіне болады.
Студент СӨЖ тапсырмалары мен оларды орындау графигіне сәйкес
төмендегі тапсырмаларды орындап тексеруге беруге міндетті:
1. Сутегі атомы туралы Бор теориясы.Сутегі тәріздес атомдардың спектрлік
сериясы
2. Шредингер теңдеуі. Электронның спині және магниттік моменттері.
Магниттік резонанс Паули принципі Электрондық қабаттар. Көпэлектронды
атомдар құрылысы.
3. Электрондардың энергетикалық спектрі.Электрондардың зоналарды
толтыруы. Металдар мен шалаөткізгіштердің электрөткізгіштігінің
зоналық теориясының негізгі қалыптары.
4. Атом ядроларының модельдері. Табиғи және жасанды радиоактивтілік.
Радиоактивтілік ыдырау заңы.Радиактивтілік қатары.
5.Ядролық реакциялар. Ядролық реаккциялар кезіндегі сақталу заңдары.
6. Қолданбалы ядролық физика.. Ядролық сәулелердің организмге әсері.
Ядролық сәулелер дозимериясы және қорғану.
4. СТУДЕНТТЕРДІҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСТАРЫНЫҢ ТАҚЫРЫПТАРЫ

1. Нық және радиоактивті ядролар.
2. Ядроның электрлік квадрупольдік моменті.
3. Радиоактивтіліктің статистикалық сипаты. Радиоактивтік ыдырау
заңы.
4. Жалпыланған ұжымдық модель; ядроның тамшылық моделі. Кластерлік
модель.
5. Ядролардың мөлшерін α-ыдыраудан алынған мәліметтермен анықтау.
6. Нейтронның барлығын тәжірибелік дәлелдеу.
7.Ядролық изомерия. γ-кванттардың ішкі конверсиясы.
8. Ядролық реакциялардың кинематикасы. Сақталу заңдары.
9. Ядролық бөлшектердің тіркегіштері.
10. Дағдылы және бәсекелес энергия көздерінің салыстырмалы
сипаттамалары.
11. Жұлдыздардағы ядролық реакциялар. Басқарылатын термоядролық
синтез проблемалары.
12. Дозиметрия мен ядролық нұрлардан қорғанудың элементтері.
13. Жоғарғы энергия физикасының тәжірибелік әдістері.
14. Қысқа өмірлі бөлшектерді бақылау әдістері.
15. Нәзік және электромагниттік әсерлесулердің біріккен теориясы. Ұлы
біріктіру теориясы.

-----------------------

[pic]

Пәндер