![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Атом ядросының құрылысы. Ядро моделі.
Ядро деп, атомның барлық массасы жә не оның электрлік заряды жинақ талғ ан, атомның орталық бө лігін айтады. Барлық атомдардың ядролары протон мен нейтрон деп аталатын элементар бө лшектерден тұ рады. Бұ л бө лшектерді кө біне нуклондар деп атайды. Ең қ арапайым деп саналатын сутегі атомының ядросы бір протоннан, яғ ни бір нуклоннан тұ рады. Протон. Протон р ә рпімен белгіленеді, оның заряды
Салыстыру ү шін электронның массасын келтіретін болсақ, ол мынағ ан тең болады:
(1) жә не (2) тең діктерінен протон мен электронның массаларының арасында мынадай қ атынас орын алатынын кө реміз:
Протонның спині (
мұ ндағ ы:
ядролық магнетон деп аталатын магнит моментінің бірлігі. Бор магнетонымен ( Нейтрон. Нейтронды (
протон массасына ө те жақ ын. Нейтрон мен протонның массаларының айырымы Нейтронның спині де протонның спиніндей (
(минус таң басы меншікті механикалық жә не магниттік моменттерінің бағ ыттары қ арама-қ арсы екенін кө рсетеді). Еркіндік жағ дайында (кү йінде) нейтрон тұ рақ ты емес (радиоактивті), ол ө з бетімен ыдырап, электрон шығ арып (
Антинейтрино бө лшегінің массасы нө лге тең. Нейтронның массасы протонның массасынан 2, 5 Атом ядросының қ асиеттері. Атом ядросының ең маң ызды қ асиеттерінің бірі – оның зарядтық саны Z. Ол заряд қ ұ рамына енетін протондардың санына жә не Z -терінің саны бірдей, бірақ А -лары ә ртү рлі болып келетін ядроларды изотоптар деп атайды. Химиялық элементтердің кө пшілігінің тұ рақ ты изотоптары болады. Мысалы, оттегінің
Протий мен дейтерий тұ рақ ты, ал тритий радиоактивті. Массалық сандары А бірдей ядроларды изобаралар деп атайды. Мысал ү шін мынаны келтіруге болады: Нейтрондар саны бірдей N=A-Z ядроларды изотондар деп атайды ( Табиғ атта кездесетін 1500-дей ядроның бір-бірінен айырмашылық тары не Z -де, не А -да, немесе екеуінен де бірдей болады. Шамамен алғ анда, ядролардың 1/5-і тұ рақ ты, қ алғ андары радиоактивті болып келеді. Кө птеген ядролар жасанды тү рде ядролық реакциялар кө мегімен алынады. Табиғ атта технецийден (Тс, Z =43) жә не прометийден (Pm, Z =61) басқ а атомдық нө мірлері 1-ден басталып, 92-ге дейін жететін элементтер кездеседі. Плутонийді (Pu, Z =94) жасанды тү рде алғ аннан кейін, ол табиғ атта смола минералында ө те аз мө лшерде болатындығ ы анық талды. Қ алғ ан трансурандық (яғ ни ураннан кейінгі) элементтер (Z -тері 93-тен 107-ге дейін) жасанды тү рде ә р тү рлі ядролық реакциялардың кө мегімен алынғ ан Трансурандық элементтер кюрий (96 Си), эйнштейний (99 Es), фермий (100Fm) жә не менделеевий (101Md) элементтерінің аттары атақ ты ғ алымдардың П. Жә не М. Кюрилердің, А. Эйнштейннің, Э. Фермидің, Д. И. Менделеевтің қ ұ рметтеріне байланысты аталғ ан. Лоуренсий (103 Lw) элементі циклотронды ойлап тапқ ан ғ алым Э. Лоуренстің қ ұ рметіне байланысты аталса, ал курчатовий (104 Ku) ө зінің атын атақ ты кең ес физигі И. В. Курчатовтың қ ұ рметіне байланысты алғ ан. Кейбір трансурандық элементтер соның ішінде курчатовий де, сол сияқ ты 106 жә не 107 элементтер де Дубно қ аласындағ ы Біріккен ядролық зерттеулер институтындағ ы ядролық реакциялар лабораториясында кең ес ғ алымы Г. Н. Флеров жә не оның қ ызметкерлерінің жұ мыстарының нә тижесінде алынғ ан. Ядроның ө лшемі. Ядроның ө лшемі ядроның радиусымен сипатталады. Ядроның шекарасы жуылғ ан секілді болғ андық тан оны жуық тап шар деп қ арауғ а болады. Демек, сол шардың радиусын эмперикалық жолмен есептеуге болады, яғ ни
(ферми – ядролық физикада қ олданылатын ұ зындық тың бірлігі, оның шамасы 10-13см). (9) ө рнегінен ядроның кө лемі ядродағ ы нуклондарғ а пропорционал екендігі келіп шығ ады. Шын мә нінде ядроны, егер Ядроның тығ ыздығ ы ө те ү лкен шама, ол жуық тап алғ анда 1, 8·1017 кг/м3-ке тең жә не барлық ядролар ү шін ол тұ рақ ты. Оны былай анық тайды: Ядроның спині. Нуклондардың спиндері қ осыла келіп ядроның қ орытқ ы спинін береді. Нуклондардың спині 1/2-ге тең. Сондық тан нуклондар саны А тақ болғ анда, ядро спинінің кванттық саны І бү тіннің жартысына, ал А жұ п болғ анда нө л не бү тін санғ а тең болады. Ядроның спиндері І бірнеше бірліктен аспайды. Бұ л ядродағ ы нуклондардың кө пшілігінің спиндері антипараллель болып, бірін-бірі тең гереді. Барлық жұ п-жұ п ядролардың (яғ ни жұ п санды протоны бар жә не жұ п санды нейтрондары бар ядролар) спиндері нө лге тең болады. F кванттық санымен анық талатын ядроның механикалық моменті Ядроның жә не электронның магниттік моменттерінің ө зара ә серлесулері Спектр сызық тарының аса жің ішке қ ұ рылымдарғ а жіктелуіне (ангстремнің бірнеше жү зден бір бө лігіне сә йкес) байланысты оны бақ ылау ө те жоғ ары ажыратқ ыштық кү ші бар қ ұ ралдардың кө мегімен жү ргізіледі. Ядроның массасы. Масса ядроны сипаттайтын шамалардың ең маң ыздыларының бірі. Ол оның екпіндік, кү ш ә серінен қ озғ алыс кү йінің ө згерісіне қ арсыласу қ абілетін сипаттайды. Ядроның массасын массаның атомдық бірлігімен (м.а.б.) ө лшеген ың ғ айлы. Оғ ан ХБЖ-же 1, 66·10-27 кг сә йкес келеді. Атом ядросының массалары оны қ ұ раушылардың массаларының қ осындысына тең емес, одан аздап болса да кіші
Тә жірибенің кө рсетуіне қ арағ анда, кү рделі ядроның
Бұ л шама ядродағ ы нуклондардың байланыс энергиясы болып табылады. Сонымен, ядроның байланыс энергиясы деп ядроны оны қ ұ райтын нуклондарғ а бө лшектеуге қ ажетті энергияның шамасын айтады. Егер (11) ө рнектегі протон массасы
(12) ө рнек ө те ың ғ айлы, себебі кө біне анық тама кестелерде ядролардың массалары емес, атомдардың массалары беріледі. Бір нуклонның ү лесіне тиісті байланыс энергиясын, яғ ни
ядроның масса ақ ауы деп атайды. Сонымен масса ақ ауы байланыс энергиясымен мынадай қ атынаста болады
Масса ақ ауы ядроның байланыс энергиясының ө лшемі болғ андық тан оны былай жазуғ а болады:
Гелий ядросының бір нуклонына шақ қ анда келетін ядроның байланыс энергиясы 7, 1 МэВ. Тамшы ү лгісі. Ядроның бұ л ү лгісін 1939 ж. Я. И. Френкель ұ сынғ ан болатын. Кейіннен оны Н. Бор жә не т.б. ғ алымдар дамытты. Ядроның бұ л ү лгісінің пайда болуына тү рткі болғ ан 1938 ж. неміс ғ алымдары Ган жә не Штрассман ашқ ан уран ядросының оны нейтрондармен атқ ылағ анда бө лінуі жө ніндегі жаң алық болатын. Сонда ядроның қ ұ рамындағ ы нуклондарды ұ стап тұ ратын ядролық кү штердің ә сер радиусы ө те аз болады екен. Іс жү зінде ә р нуклон ө зінің жақ ын кө ршісімен ө зара ә серлесетіндігін анық талды. Міне, ядролық кү штердің осындай қ асиеттері кең ес ғ алымы Я. И. Френкельге ядроны сұ йық тамшысы тү рінде қ арауғ а мү мкіндік берді. Сұ йық тамшылары тек қ ана ө зінің жақ ын кө ршілерімен ә серлеседі. Демек, ядроның сұ йық тамшысымен ұ қ састығ ы мынада екен. Сұ йық тың қ ұ рамындағ ы бө лшектер – молекулалар жә не соғ ан ұ қ сас ядродағ ы нуклондар арасындағ ы ө зара ә сер кү штері ө те қ ысқ а қ ашық тық тан ә сер ететіндігінде. Сонымен қ атар іс жү зінде ә р тү рлі ядролар затының бірдейлігі, ядро затының шектен тыс ө те аз сығ ылатындығ ы. Олай болса, сондай сығ ылмаушылық қ асиет сұ йық та да бар. Міне, осындай ұ қ састық тар ядроны зарядталғ ан тамшығ а тең еуге негіз болды. Тамшы ү лгісі ядродағ ы бө лшектердің байланыс энергиясын есептеу ү шін жартылай эмперикалық ө рнекті шығ аруғ а мү мкіндік береді. Сонымен қ атар бұ л ү лгі кө птеген қ ұ былыстарды тү сіндіруге кө мектесті, мысалы, ауыр элементтердің ядроларының бө ліну процесі. Қ абық ша ү лгісі. Қ азіргі кездегі ядроның қ абық ша ү лгісі 1948-1949 ж.ж. пайда болды. Осы ү лгінің дамуына елеулі ү лес қ осқ ан америка физигі М. Гепперт-Майер жә не неміс физигі Х. Иенсен болды. Бұ л ү лгі бойынша нуклондар орталық симметриялы ө рісте бір-бірінен тә уелсіз қ озғ алып жү реді деп есептелінеді. Осығ ан сә йкес Паули принципіне бағ ынатын нуклондармен толғ ан дискретті энергиялық дең гейлер (атом дең гейлеріне ұ қ сас) болады. Бұ л дең гейлер қ ұ бық шаларғ а топталады. Ол қ абық шаларда белгілі бір нуклондар саны да бола алады. Нуклондармен толық толғ ан қ абық ша ерекше орнық ты болып шығ ады. Тиісті тә жірибелердің қ орытындысына қ арағ анда, мұ ндай ерекше орнық ты ядроларғ а протондар саны немесе нейтрондар саны (немесе екеуі де) 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 болып келетін ядролар жатады екен. Бұ л сандарды физиктер сиқ ырлы деп атайды. Протондар саны Z немесе нейтрондар саны N сиқ ырлы болғ ан жағ дайда (яғ ни ө те орнық ты ядролар) ядролар да сиқ ырлы болады. Ядроның протондар саны Z те жә не нейтрондар саны N де сиқ ырлы болса, онда оны екі ретт сиқ ырлы деп атайды. Екі ретті сиқ ырлы ядролардың бізге бесеуі белгілі, олар
бұ л ядролар ерекше орнық ты. Қ абық ша ү лгісінің бір ерекшілігі ол кө птеген тә жірибелердің қ орытындыларын бірдей кө зқ арас тұ рғ ысынан тү сіндіруге мү мкіндік береді. Қ абық ша ү лгісінің авторлары М. Гепперт-Майерге жә не Х. Иенсенге физика саласындағ ы ашқ ан осы жаң алық тары ү шін Нобель сыйлығ ы берілді. Ядроның қ абық ша ү лгісін одан ә рі теория жү зінде негіздеу жә не дамыту кең ес ғ алымы академик А. Б. Мигдельдің есімімен байланысты.
|