Ядролық күштер. Ядролық реакциялар

Ядродағ ы нуклондардың ө те ү лкен байланыс энергиясының болуы нуклондар арасында ұ дайы ө те интенсивті ө зара ә серлесудің бар екендігін кө рсетеді. Бұ л ө зара ә серлесудің сипаты тартылыс болып табылады. Протондар арасында ө те кү шті кулондық тебілу кү ші болғ анына қ арамастан, тартылыс кү ші нуклондарды бір-бірінен ~10^{-13 см қ ашық тық та ұ стап тұ рады. Нуклондар арасындағ ы осындай ядролық ө зара ә серлесулерді кү шті ө зара ә серлесулер деп атайды. Енді осы ядролық ө зара ә серлесулерді ядролық кү штер ө рісінің кө мегімен сипаттайық. Ол ү шін осы кү штердің айрық ша белгілеріне тоқ таламыз.}

1. Ядролық кү штер қ ысқ а ә серлесушілер болып табылады. Олардың ә серлесу радиусының реті 10^{-13 см. Осы 10-13} см-ден аз қ ашық тық та нуклондардың бір-біріне тартылуы тебілуге ауысады.

2. Кү шті ө зара ә серлесу нуклондардың зарядтарынан тә уелсіз. Протондар мен протондардың, протондар мен нейтрондардың, ең соң ында нейтрондар мен нейтрондардың арасында ә сер ететін ядролық кү штердің шамалары бірдей. Ядролық кү штердің мұ ндай қ асиетін зарядтан тә уелсіздігі деп атайды.

3. Ядролық кү штер нуклондардың спиндерінің ө зара бағ ытталуынан да тә уелді, мысал ү шін, егер нейтрон мен протонның спиндері бір-біріне параллель болса, онда екеуі бірігіп, сутегінің ауыр ядросы дейтеронды тү зеді.

4. Ядролық кү штер орталық танғ ан (центрлік) емес. Оларды нуклондардың орталық тарын (центрлерін) қ осатын тү зудің бойымен бағ ытталғ ан деп кө зге елестетудің еш мү мкіндігі жоқ. Ядролық кү штердің орталық тық еместігі бұ л кү штердің нуклондар спиндерінің бағ дарлауынан тә уелді болуынан келіп шығ ады.

5. Ядролық кү штердің қ анығ у қ асиеті де бар (бұ л ядродағ ы ә рбір нуклон шектелген нуклондар санымен ә серлеседі деген мағ ынада). Қ анығ удың байқ алуы ядрода нуклондар саны ө скенде, нуклондардың байланыс энергиясының ө згеріссіз ө спей тұ рақ ты болып қ алуынан. Сонымен қ атар ядролық кү штердің қ анығ уының болуының тағ ы бір себебі, ядроның кө лемінің оны қ ұ райтын нуклондар санына пропорционалдығ ы.

Ядролық реакциялар. Атом ядроларының элементар бө лшектермен немесе бір-бірімен ө зара ә серлесуі кезінде болатын ө згерістер ядролық реакциялар деп аталады.

Ядролық реакцияны алғ аш рет 1919 жылы Э. Резерфорд жү ргізді. Ол азот атомнының ядросы альфа-бө лшектермен атқ ылау нә тижесінде ө ттегі изотобы мен протонды мына реакция бойыша алды:

. (16)

Энергияның сақ талу заң ына сә йкес ядроның реакция процесінде кинетикалық энергияның ө згеруі реакция қ абысқ ан ядролар мен бө лшектердің тыныштық энергиясының ө згерісіне тең. Егер ядролар мен бө лшектердің реакцияғ а қ атысқ аннан кейінгі кинетикалық энергиясы реакцияғ а қ атысқ анғ а дейінгі энергиядан кө п болса, онда энергия бө лінеді де, реакция экзотермиялық болады, кері жағ дайда энергия жұ тылады да, реакция эндотермиялық деп аталады.

Жалпы ядролық реакциялар тө мендегі белгілеріне қ арай былайша сипатталады.

1. Реакцияғ а қ атысатын бө лшектің тегіне байланысты. Мыс.протон, нейтрон, α бө лшектер, γ кванттар арқ ылы ө тетін реакциялар.

2. Бө лшектерді бө ліп шығ аратын энергияның тү ріне байланысты ө те аз энергия арқ ылы ө тетін реакциялар, орташа энергияның кө мегімен болатын реакциялар. Мыс. γ сә улелері, зарядталғ ан α бө лшектері, протондар арқ ылы ө теді, ө те жоғ ары энергия арқ ылы жү ретін реакциялар.

3. Реакцияғ а қ атысатын ядролардың тегіне байланысты жең іл ядролар қ атысуымен ө тетін реакциялар, орташа салмақ ты ядролар арқ ылы жү ретін реакциялар жә не ө те ауыр ядролар арқ ылы ө тетін реакциялар.

4. Ядролық тү рленудің сипатына байланысты ө тетін реакциялар Мыс. Тү рлену кезінде нейтрон, зарядталғ ан α бө лшектер, протон, т.б. бө лінуі мү мкін.

Кө птеген ядролық реакциялардың механиздерін тү сіндіруде 1936 ж Бордың айтқ ан мынадай жорамалы негізгі роль атқ арады. Онда реакция мынадай екі жолмен жү ретіндігі айтылады., х+а → с у+в, мұ ндағ ы х пен у реакцияларындағ ы алғ ашқ ы жә не соң ғ ы ядролар, ал а- атқ ылаушы, в- ұ шып шығ атын бө лшектер, с- реакция аралық ядро. Элементтерді нейтрондар арқ ылы атқ ылау жасанды радиоактивті элементтердің изотобын алуғ а болады. ₃Li⁶ + ₀n¹ → ₁H³ +₂He⁴ ядролық реакцияның нә тиежесінде алынғ ан ө німдер радиоактивті болып келеді. Сондық тан оларды жасанды радиоактивті заттар д.а. ₁₃Al²⁷+2α ⁴ → ₁₅P³⁰+n¹

Кейбір ауыр элементтердің ядроларын нейтрондармен атқ ылағ анда олар екі бө лікке бө лініп, 2-3 нейтронмен сә улелер шығ арады жә не ө те кө п энергия бө лінеді. Уран ядроларының бө лінетіндігін 1938ж неміс ғ алымдары Ган жә не Штрасман ашқ ан. Олар уранды нейтрондармен атқ ылағ анда периодттық жү йенің орта бө лігінде барий, криптон жә не т.б элементтердің пайда болатындығ ын тапты. ₉₂U²³⁵+₀n¹ → ₅₄Xe¹³⁹ + ₃₈Sr⁹⁵+2₀n¹

Сонымен ядроның энергиясын арттыра отырып қ оздырады да, он екі бө лікке ыдыратуғ а болады. Уран ядросын нейтронмен атқ ылағ анда, ядро нейтронды жұ тып, деформацияланады. Ядроның қ абылдағ ан энергиясы онша кө п болмаса ө зінен фотон шығ арады да артық энергиядан арылып бастапқ ы қ алпына қ айта келеді. Ал қ оздырғ ыш энергия кө п болса, онда ядро екі бө лікке ыдырап, олар ү лкен жылдамдық пен қ арама-қ арсы жақ қ а қ озғ алады. Осы кезде 2-3 нейтрон бө лінеді. Оны лездік нейтрондар д.а. Бө ліктер радиоактивті болғ андық тан, одан β бө лшектер, γ – фотондар жә не нейтрондар бө ліп шығ арады. Осы нейтрондарды кешіккен нейтрондар дейді. Сө йтіп, уран ядросының ө здігінен (спантанды) бө лінетіндігін орыс физигі Флеров, Петржак 1940ж ашқ ан болатын. Ө здігінен бө лінудің жартылай периоды 10¹⁶ жылғ а тең. Осы уақ ыт уранның α ыдырауы периодынан екі милион есе кө п.