Файл: растырандар Сакипов Н. З., Беркутбаева Р. А., Сугирбекова А. К. Дрістік кешен Физика пні бойынша бб тобы.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 230
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
инверсиялы күйлері деп аталынады. Жүйенің осындай күйге өтуі накачка деп аталынады. Мұндай күйге өту оптикалық, электр және басқа әдістермен болуы мүмкін.
Мұндай күйде болған ортада сәуле шығару жұтылудан артық болуы мүмкін , сол себептен түсуші жарық шоғы осы ортадан өткенде күшейеді (ондай орталарды белсенді деп атайды). Мұндай жағдайда Бугер заңындағы I=I0e–x , жұту коэффициенті теріс болады.
Практикада мұндай күйлер сәуле шығару көзінің жаңа— оптикалық кванттық генераторларда, немесе лазерлерде (жарықты еріксіз сәуле шығару жәрдемімен шығару деген сөздің ағылшынша атының Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation бастапқы әріптерінен). Лазерлер көрінетін, инфрақызыл және жақын ультракүлгін аумақтағы сәуле шығарады (оптикалық диапазонда).
п = 1 болғанда 2 электрон болуы мүмкін
п = 2 болғанда 8 электрондар болуы мүмкін
n = 3 болғаңда 18 электрондар болуы мүмкін
n = 4 болғаңца 32 электрондар болуы мүмкін
n= 5 болғанда 50 электрондар болуы мүмкін және т.с.с.
Бас кванггық саны п бірдей электрондар тобы белгілі электрондық кабатгар немесе электрондық қабықшалар түзеді. Қабықшалар өзінен l квантгық санының мәнімен айырмашылығы болатынтөменгі қабықшаларға немесе қабатшаларға бөлінеді. Қабықшаларға тисті п санына байланысын әріптермен белгілеулер енгізіледі
п — нің мәні 1 2 3 4 5 6 7...
қабықшаның белгіленуі К L М N О Р Q...
Әрбір кабаттағы l азимуталдық (орбиталық) кванттық саны бірдей электрондар электрондық қабатшаларды түзеді. Сөйтіп, әрбір электрондық қабат бірнеше қабатшаларға бөлінеді. Егер l = 0,1,2,3,4,.. болса, онда олар s, р, d, f, g,... өрітерімен белгіленеді. Әрбір қабатшада ең көп болғанда 2(2l +l) электрон болады; сонда s-қабатшада ең көбі 2 электрон; р қабатшада ең көбі 6 электрон; d -қабатшада ең көбі 10 электрон f-қабатшада ең көбі 14 электрон бола алады т.с.с. кесте.
Кесте
Енді жоғарыда келтірген екі принциптің негізінде атомдағы электрондардың орналасуын қарастырайық. Бірінші сутегі элементінен бастайық. Сутегі атомында бір электрон. Минималдық энергия принципіне сәйкес оның бас кванттық саны- п = 1. Орбиталық l кванттық саны 0-ден бастап- (п -1) - ге дейінгі мәнді қабылдайтындықтан, осы электрон үшін l -дің бір ғана мәні болады, ол l = 0. Ал т, магниттік квантгық санның тек де 0-ге тең бір ғана мәні болады, ал спиндік санның мәні: +1/2 және —1/2 болады. Жалпы қабылданған жазу бойынша сутегі атомындағы бір ғана электронның күйін 1s деп белгілейді. Келесі атом гелийді алсақ, онда екі электрон бар. Екеуіде 1s күйінде орналасқан. Паули принципі бойынша олардың спиндік кваynтық сандары +1/2 және -1/ 2 .
Литий атомында үш электрон бар. Оның екеуі әр түрлі спиндерімен 1s күйіне орналасады да, үшіншісі Паули принципіне сөйкес бұл күйде бола алмайды. Демек, оның энергиясы көп болуы мүмкін, сондықтан ол 2s күйіне барып түседі.
Берилий атомының төрт электроны бар. Олардың екеуі әр түрлі спиндерімен 1s күйде, ал қалған екеуі 2s күйде, қарама-қарсы спиндерімен болады .
Бор атомында бес электрон бар. Оның төрт электроны энергиялық күйіне байланысты Be атомының төрт электроны секілді орналасады да 1s, 2s куйлерінде болады. Ал бесінші электрон Паулидің тыйым салу принципі бойынша, ол күйдің екеуінің бірінде де болмайды. Алайда бас квантnық сан п=2 болғанда, кванттық сан l -дің тек 0-дік мәні ғана болып қоймай, оның бірге тең мәні де болады. l = 0 болғанда т = 0, ал l = 1 болғанда m-нің үш мәні т =-1,0,+1 болады. Демек, п = 2 болғанда l = 1 яғни осыған тиісті 2р күйі болады. Олай болса, бұл күйге үш тор тиісті, оның өр қайсысына екі-екіден қарама-қарсы спині бар электрон сияды. Р - күйінің толуы белгілі бір ережемен жүреді. Әуелі т -ші әр түрлі күйлер толады. Мұнда электронның спиндерінің бағыттары бірдей болады. Бұлар В, С, N атомдары, ал онан кейін О, Ғ, Ғе атомдарында әрбір торға бір-бір қарама-қарсы спиндері бар электрондар толады.
Жоғары да келтірілген жазулардан п =3 болғанда Не атомында К қабықша ал Ne де L қабықша болады. Неон да, Гелий де инертті газдар. Неоннан кейінгі Na элементі M қабатшадан басталады. Сонымен Паули принципі бойынша атом ішінде электрондар алдымен бас кванттық санның (п) мәні аз қабатқа орналасады, ондағы электрондар саны 2п2 -ка жетіп тұйықталған соң олар жаңа қабатқа орналаса бастайды.
Сонда әр жолы жаңадан қосылған электрон квантгық сандарының мәндері мүмкіндігінше аз күйде болады. Бірақ, бұл қағида орындалмайтын жағдай да кездеседі. Онымен келесі параграфта танысамыз. Бас кванттық сан п орбиталық кванттық сан l -дің мәндерімен сипатталатын электронның максимал санының күйлері келтірілген.
Паули принципі қазіргі атом және ядро физикасының дамуына зор үлес қосты. Демек, соның нәтижесінде теориялық жағынан Д. И. Менделеевтің элементтердің периодтық жүйесін теориялық жағынан негіздеуіне мүмкіндік туды. Паули принципсіз кванттық статистика мен қазіргі қатты денелердің теориясын жасау мүмкін емес еді.
ЛЕКЦИЯ №15
Атомдық және ядролық физика. Элементар бөлшектер.
Э. Резерфорд өз тәжірибелерінен негізделіп атом оң зарядты ядро мен оның сыртындағы электрондардан тұратынын тұжырымдады.
Атом ядросы протон мен нейтрондардан тұрады (бұл модельді Д. Иваненко мен В. Гейзенберг ұсынған).
Протон (p) оң зарядты, заряды электрондікіндей массасы
кг≈1836
болған нейтрал бөлшек .
Протон мен нейтрондарды нуклон деп атайды.
Атом ядросы Ze зарядпен сипатталады, мұндағы Z-ядроның зарядтық саны, ол сан ядродағы протон санына тең және Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің орынының нөмерімен бірдей.
Менделеев кестесіндегі қазіргі белгілі 107 элементтердің ядроларының зарядтық сандары z=1 ден z=107- ге дейін ядро
түрде белгіленеді, мұнда x- химиялық элемент символы, z-атомдық номер(ядродағы протондар саны), А- массалық саны (ядродағы нуклондар саны).
Атом нейтрал болғандықтан, ядро заряды атомдағы электрон санын да көрсетеді. Ядро заряды берілген химиялық элементтің өзіншілігін көрсетеді- атомдағы электрондар санын анықтайды, ішкі ядролық электр өрісін сипаттайды.
Z- бірдей, бірақ әртүрлі А сипатталатын ядроларды- изотоптар, ал бірдей А, бірақ әртүрлі Z оларды изобарлар , ал нейтрондар саны бірдей ядроларды изотондар деп атайды.
Зерттеулер атом ядролары өте орнықтылықты құрылым екенін көрсетеді, ядродағы нуклондар арасында байланыс күштері бар екен.
Ядроны бөлекше нуклондарға бөлшектеуге қажет болатын энергияны ядроның байланыс энергиясы деп атайды, ол
E
=[
]
(15.1)
Мұндағы
- протон, нейтрон және ядро массалары.
[Zm
]-m
=
(15.2)
шама ядро массасының дефектісі деп аталады.
Ядро құрамындағы нуклондар арасында протондар арасындағы итеруші күштерден анағұрлым үлкен тек ядроларға тән ядролық күштер әсер етеді. Ядролық күштер күшті әрекеттесу класына жатады.
Ядролық күштердің негізгі қасиеттері:
1) ядролық күштер тартылу күштері болып табылуы .
2) ол күштер жақын әсерлесуші болып табылады- олардың әрекеттері
м қашықтықтарда ғана білінеді.
3) Ол күштер зарядқа тәуелсіз- екі протон, немесе екі нейтрон әсерлесу күші шамасы бірдей, демек ядролық күштер табиғаты электрлік емес.
4) ядролық күштерге тойыну қасиеті тән, ядродағы нуклон тек жақын нуклондармен ғана әсерлеседі
5) ядролық күштер әрекеттесуші нуклондар ориентациясына байланысты.
6) Ол күштер центрлік емес, әрекеттесуші нуклондар центрлерін қосушы сызықтар бойынша әрекеттеспейді.
Француз физигі А. Беккерель 1896ж. уран тұздарының сәуле шығаратынын кездейсоқ тапты.
Бұл сәулеленуді радиоактивті сәуле шығару деп аталады.
Радиоактивтілік табиғи және жасанды болады. Радиоактивтілік сәуле шығару үш түрлі болады-
сәуле шығаруы.
- сәуле шығаруы -гелий ядроларының ағымы- оның заряды +2е, ал массасы He
ядросындай .
- сәуле шығаруы -жылдам электрондар ағымы.
-сәуле шығаруы -толқын ұзындығы өте кішкене λ<
м болған электромагниттік сәуле шығаруы болып табылады.
Радиоактивтілік сәуле шығару түрлері затпен әрекеттескенде көбірек өтімділік қабілетке -сәулелері ие , кемірек- - сәулелері.
Атом ядроларының элементар бөлшектермен немесе бір-бірімен әсерлескенде түрленуін ядролық реакциялар деп аталады.
Олар
X+a→Y+в немесе X(а,в)Y
түрінде жазылады, мұндағы x,y- бастапқы және соңғы ядролар , а және в бомбалаушы және шығатын бөлшектер.
Тарихта бірінші ядролық реакцияны 1919 ж. Резерфорд іске асырды, ол
(15.3)
Ядролардың өздігінен радиоактивті түрленуін радиоактивті ыдырау дейді.
Ыдырау кезіндегі радиоактивті ыдырау заңы:
N=N
(15.4)
орындалады. Мұндағы
- бастапқы және t мезгіліндегі ыдырамаған ядролар саны, λ- радиоактивті ыдырау тұрақтысы деп аталады.
Жартылай ыдырау периоды деп бастапқы радиоактивті ядролардың санының орташамен айтқанда екі есе кемитін уақытын айтады.
Радиоактивті ыдырауда ығысу ережелері орындалады
- ыдырау үшін 
(15.5)
- ыдырау үшін 
(15.6)
Бұл ережелер радиоактивті ыдырау нәтижесінде қандай ядро пайда болады екенін білуге болады.
Радиоактивті ыдырауда пайда болған ядролардың өзі де радиоактивті болуы мүмкін
(15.7)
(15.8)
әрбір бөліну реакциясында орташа есеппен 2,5 нейтрон пайда болады.
Ядролар бөлінгенде пайда болатын нейтрондар тағы да бөлінуге алып келуі мүмкін, сонда бөлінудің тізбекті реакциялары іске асады.
Тізбекті реакциялар басқарылушы және басқарылушы емес болады. Басқарылушы емес реакцияға мысал- атом бомбасының қопарылысы.
Басқарылушы тізбекті реакциялар ядролық реакторларда жүзеге асырылады.
Дүниедегі бірінші реактор 1942 ж. Чикаго университетінде Э. Ферми басшылығымен іске қосылған, Европада тұңғыш реактор 1946 ж. Москвада іске қосылды. Ядролық реакторда баяулатушы есебінде- кәдімгі ауыр су, графит, бериллий, органикалық сұйықтықтар, жылу тасымалдаушылар есебінде- ауа, су, су буы т. б.
Орасан көп энергия көзі – жеңіл ядролардан ауырлау ядролардың пайда болуы.
Оларға мысалдар
(Q=4.0 Мэв)
(Q=3.3 Мэв) (15.9)
(Q=17.6 Мэв)
Атом ядроларының синтез реакциясында әрбір нуклонға шығатын энергия ауыр ядролардың бөліну реакциясы кезіндегіден анағұрлым көп. Осы жеңіл ядроларды синтез реакциясына қатыстыру үшін оларды 2 м қашықтыққа дейін жақындастыру қажет.
Элементар бөлшектер үш топқа бөлінеді:
1) фотондар; бұл топ жалғыз бөлшектен — фотоннан тұрады, ол электромагниттік сәулелену кванты;
2) лептондар (грек тілінен «лептос» — жеңіл сөзінен) электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесулерге қатынасады. Лептондарға электрондық және мюондық нейтринолар, электрон, мюон және 1975 ж. ашылған ауыр лептон — -лептон, немесе таон жатады, оның массасы шамамен 3487me және олардың сәйкес антибөлшектері жатады .
3) адрондар (грек тілінде «адрос» — ірі, күшті). Адрондар күшті электромагнитті және әлсіз әрекеттесулерге қатынасады. Оларға протон, нейтрон, пиондар және каондар жатады.
Барлық элементар бөлшектердің әсерлесулерінде энергияның, импульстің, импульс моментінің және электр зарядының сақталу заңдары орындалады.
Қазіргі көзқарастар бойынша табиғатта төрт іргелі өзара әрекеттесулер түрі бар: күшті, электромагнитті, әлсіз және гравитациялық.
Күшті немесе ядролық, өзара әрекеттесу протондар мен нейтрондардың ядролардағы байланыстылығына себепші және олардың өте мықтылығын тәміндейді демек табиғаттағы заттың тұрақтылығына себепші.
Электромагниттік өзара әрекеттесу электромагниттік өріспен байланыстың негізі болып табылады..
Әлсіз өзара әрекеттесу —микроәлемдегі ең баяу өрекеттесу. Ол нейтрино мен антинейтрино қатысатын процесстерге жауапты(мысалы, -ыдырау, -ыдырау). Гравитациялық өзара әрекеттесуге барлық бөлшектер қатысады присуще, бірақ элементар бөлшектердің массалары өте кіші болғандықтан олардың ықпалы өте кіші.
Әдебиеттер
1.Малғаждаров С. Физика курсы.
2.Трофимова Т.И. Курс физики.
3.Детлаф В.И. Яворский И.Д. Курс физики.
4.Савельев А. А. Курс общей физики(в трех томах)
Мұндай күйде болған ортада сәуле шығару жұтылудан артық болуы мүмкін , сол себептен түсуші жарық шоғы осы ортадан өткенде күшейеді (ондай орталарды белсенді деп атайды). Мұндай жағдайда Бугер заңындағы I=I0e–x , жұту коэффициенті теріс болады.
Практикада мұндай күйлер сәуле шығару көзінің жаңа— оптикалық кванттық генераторларда, немесе лазерлерде (жарықты еріксіз сәуле шығару жәрдемімен шығару деген сөздің ағылшынша атының Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation бастапқы әріптерінен). Лазерлер көрінетін, инфрақызыл және жақын ультракүлгін аумақтағы сәуле шығарады (оптикалық диапазонда).
Паули принципі.
Атомдағы әрбір электронның күйі төрт кванпық сандармен (п,1,т, және тs) сипатталатынына жоғарыда тоқталғанбыз:
бас сан п (п = 1,2,3,—).
азимуталдық l (l = 0,1,2,..., п-1),
магниттік т, (lи, =-l,...,-1,0,+ 1,...,+l),
спиндік тs (ms = +1/2,-1/2).
Электрондар атомдағы күйлеріне қарай қалай орналасқан? Әрине, мұнда белгілі бір заңдылықтар болуы мүмкін. Бас кванттық сан (n) энергия деңгейлерін анықтайды. Азимуталдық кванттық сан (l) элекгронның импульс моментін сипаттайды; магнитгік кванттық сан (т,) болса, орбиталық импульс моментінің магнит өрісі бағытына түсірілген проекциясын сипаттайды, ал спиндік магниттік кванттық сан (тs) электронның импульс моментінің өріс бағатына түсірілген проекциясын анықтайды.
Жоғарыда қойылған сұраққа жауап беру үшін, яғни электронның атомда қалай орналасқанын, қандай зандылыққа бағынатынын анықтау үшін екі маңызды принципке тоқтаған жөн.
Бірінші принцип. Бірдей жағдайларда, электрон өзінің энергиясы минимал болатын күйде орналасады.
Екінші принцип, Паули принципі. Паулидің зерттеуінше, бір атомының ішінде осы п, l, т, және тs кванттық сандарының мәндері бірдей екі электронның болуы мүмкін емес. Басқаша айтқанда бір атомының ішінде екі электрон бір мезгілде, бірдей күйде бола алмайды.
Егер электрондардың п,1,т, кванттық сандары бірдей болса, Паулидің принципі бойынша олардың тsквантгық саны бірдей бол-мауға тиіс, ал бұл квантгық санының мәні екі түрлі: тs= +1/ 2 және тs =-1/2. Демек, атомның ішінде n,l,mlкванттық сандары бірдей, бірақ пs-і түрліше екі электрон бола алады. Енді элеюрондардың п,l кванттық сандары бірдей болсын, онда мұндай электрондардың пs, кванттық сандары бірдей болмауы тиіс. Ал l кванттық санының берілген бір мәніне сөйкес келетін т, кванттық санының (21 +1) мәндері болады; п, l, т{квантгық сандарының өрбір мәндеріне кванттық санының екі түрлі мәні сәйкес келеді. Сонда атомның ішінде п және l кванттық сандары бірдей ең көп дегенде 2(2/+1) электрон бола алады. Енді атомның ішінде бас кванттық саны бірдей қанша электрон болуы мүмкін.соған тоқталайық. Бас кванттық санның берілген бір п мөніне сай l кванттық санының мәндері 0,1,2,...,(n-1) болатыны мәлім, сондықтан бас кванттық сандары бірдей электрондардың ең көп мүмкін деген Z(n) саны мына түрде өрнектеледі
 | (14.12) |
п = 1 болғанда 2 электрон болуы мүмкін
п = 2 болғанда 8 электрондар болуы мүмкін
n = 3 болғаңда 18 электрондар болуы мүмкін
n = 4 болғаңца 32 электрондар болуы мүмкін
n= 5 болғанда 50 электрондар болуы мүмкін және т.с.с.
Бас кванггық саны п бірдей электрондар тобы белгілі электрондық кабатгар немесе электрондық қабықшалар түзеді. Қабықшалар өзінен l квантгық санының мәнімен айырмашылығы болатынтөменгі қабықшаларға немесе қабатшаларға бөлінеді. Қабықшаларға тисті п санына байланысын әріптермен белгілеулер енгізіледі
п — нің мәні 1 2 3 4 5 6 7...
қабықшаның белгіленуі К L М N О Р Q...
Әрбір кабаттағы l азимуталдық (орбиталық) кванттық саны бірдей электрондар электрондық қабатшаларды түзеді. Сөйтіп, әрбір электрондық қабат бірнеше қабатшаларға бөлінеді. Егер l = 0,1,2,3,4,.. болса, онда олар s, р, d, f, g,... өрітерімен белгіленеді. Әрбір қабатшада ең көп болғанда 2(2l +l) электрон болады; сонда s-қабатшада ең көбі 2 электрон; р қабатшада ең көбі 6 электрон; d -қабатшада ең көбі 10 электрон f-қабатшада ең көбі 14 электрон бола алады т.с.с. кесте.
Кесте
| Орбиталдық (азимуталық) l санының мәні | 00 | 1 | 22 | 33 | 44 |
| Электронға тиісті күйлердің тиімті символы | s | p | d | f | g |
| Электрондардың максимал саны | 2 | 6 | 10 | 14 | 18 |
Енді жоғарыда келтірген екі принциптің негізінде атомдағы электрондардың орналасуын қарастырайық. Бірінші сутегі элементінен бастайық. Сутегі атомында бір электрон. Минималдық энергия принципіне сәйкес оның бас кванттық саны- п = 1. Орбиталық l кванттық саны 0-ден бастап- (п -1) - ге дейінгі мәнді қабылдайтындықтан, осы электрон үшін l -дің бір ғана мәні болады, ол l = 0. Ал т, магниттік квантгық санның тек де 0-ге тең бір ғана мәні болады, ал спиндік санның мәні: +1/2 және —1/2 болады. Жалпы қабылданған жазу бойынша сутегі атомындағы бір ғана электронның күйін 1s деп белгілейді. Келесі атом гелийді алсақ, онда екі электрон бар. Екеуіде 1s күйінде орналасқан. Паули принципі бойынша олардың спиндік кваynтық сандары +1/2 және -1/ 2 .
Литий атомында үш электрон бар. Оның екеуі әр түрлі спиндерімен 1s күйіне орналасады да, үшіншісі Паули принципіне сөйкес бұл күйде бола алмайды. Демек, оның энергиясы көп болуы мүмкін, сондықтан ол 2s күйіне барып түседі.
Берилий атомының төрт электроны бар. Олардың екеуі әр түрлі спиндерімен 1s күйде, ал қалған екеуі 2s күйде, қарама-қарсы спиндерімен болады .
Бор атомында бес электрон бар. Оның төрт электроны энергиялық күйіне байланысты Be атомының төрт электроны секілді орналасады да 1s, 2s куйлерінде болады. Ал бесінші электрон Паулидің тыйым салу принципі бойынша, ол күйдің екеуінің бірінде де болмайды. Алайда бас квантnық сан п=2 болғанда, кванттық сан l -дің тек 0-дік мәні ғана болып қоймай, оның бірге тең мәні де болады. l = 0 болғанда т = 0, ал l = 1 болғанда m-нің үш мәні т =-1,0,+1 болады. Демек, п = 2 болғанда l = 1 яғни осыған тиісті 2р күйі болады. Олай болса, бұл күйге үш тор тиісті, оның өр қайсысына екі-екіден қарама-қарсы спині бар электрон сияды. Р - күйінің толуы белгілі бір ережемен жүреді. Әуелі т -ші әр түрлі күйлер толады. Мұнда электронның спиндерінің бағыттары бірдей болады. Бұлар В, С, N атомдары, ал онан кейін О, Ғ, Ғе атомдарында әрбір торға бір-бір қарама-қарсы спиндері бар электрондар толады.
Жоғары да келтірілген жазулардан п =3 болғанда Не атомында К қабықша ал Ne де L қабықша болады. Неон да, Гелий де инертті газдар. Неоннан кейінгі Na элементі M қабатшадан басталады. Сонымен Паули принципі бойынша атом ішінде электрондар алдымен бас кванттық санның (п) мәні аз қабатқа орналасады, ондағы электрондар саны 2п2 -ка жетіп тұйықталған соң олар жаңа қабатқа орналаса бастайды.
Сонда әр жолы жаңадан қосылған электрон квантгық сандарының мәндері мүмкіндігінше аз күйде болады. Бірақ, бұл қағида орындалмайтын жағдай да кездеседі. Онымен келесі параграфта танысамыз. Бас кванттық сан п орбиталық кванттық сан l -дің мәндерімен сипатталатын электронның максимал санының күйлері келтірілген.
Паули принципі қазіргі атом және ядро физикасының дамуына зор үлес қосты. Демек, соның нәтижесінде теориялық жағынан Д. И. Менделеевтің элементтердің периодтық жүйесін теориялық жағынан негіздеуіне мүмкіндік туды. Паули принципсіз кванттық статистика мен қазіргі қатты денелердің теориясын жасау мүмкін емес еді.
ЛЕКЦИЯ №15
Атомдық және ядролық физика. Элементар бөлшектер.
-
Атомдық ядро құрылысы. -
Ядролық реакциялар. -
Атомдық ядроның радиоактивті түрленуі. -
Фотондар, Лептондар, Адрондар.
Э. Резерфорд өз тәжірибелерінен негізделіп атом оң зарядты ядро мен оның сыртындағы электрондардан тұратынын тұжырымдады.
Атом ядросы протон мен нейтрондардан тұрады (бұл модельді Д. Иваненко мен В. Гейзенберг ұсынған).
Протон (p) оң зарядты, заряды электрондікіндей массасы
кг≈1836 болған нейтрал бөлшек .Протон мен нейтрондарды нуклон деп атайды.
Атом ядросы Ze зарядпен сипатталады, мұндағы Z-ядроның зарядтық саны, ол сан ядродағы протон санына тең және Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің орынының нөмерімен бірдей.
Менделеев кестесіндегі қазіргі белгілі 107 элементтердің ядроларының зарядтық сандары z=1 ден z=107- ге дейін ядро
түрде белгіленеді, мұнда x- химиялық элемент символы, z-атомдық номер(ядродағы протондар саны), А- массалық саны (ядродағы нуклондар саны).Атом нейтрал болғандықтан, ядро заряды атомдағы электрон санын да көрсетеді. Ядро заряды берілген химиялық элементтің өзіншілігін көрсетеді- атомдағы электрондар санын анықтайды, ішкі ядролық электр өрісін сипаттайды.
Z- бірдей, бірақ әртүрлі А сипатталатын ядроларды- изотоптар, ал бірдей А, бірақ әртүрлі Z оларды изобарлар , ал нейтрондар саны бірдей ядроларды изотондар деп атайды.
Зерттеулер атом ядролары өте орнықтылықты құрылым екенін көрсетеді, ядродағы нуклондар арасында байланыс күштері бар екен.
Ядроны бөлекше нуклондарға бөлшектеуге қажет болатын энергияны ядроның байланыс энергиясы деп атайды, ол
E
=[ ] (15.1)Мұндағы
- протон, нейтрон және ядро массалары.[Zm
]-m = (15.2)шама ядро массасының дефектісі деп аталады.
Ядро құрамындағы нуклондар арасында протондар арасындағы итеруші күштерден анағұрлым үлкен тек ядроларға тән ядролық күштер әсер етеді. Ядролық күштер күшті әрекеттесу класына жатады.
Ядролық күштердің негізгі қасиеттері:
1) ядролық күштер тартылу күштері болып табылуы .
2) ол күштер жақын әсерлесуші болып табылады- олардың әрекеттері
м қашықтықтарда ғана білінеді.3) Ол күштер зарядқа тәуелсіз- екі протон, немесе екі нейтрон әсерлесу күші шамасы бірдей, демек ядролық күштер табиғаты электрлік емес.
4) ядролық күштерге тойыну қасиеті тән, ядродағы нуклон тек жақын нуклондармен ғана әсерлеседі
5) ядролық күштер әрекеттесуші нуклондар ориентациясына байланысты.
6) Ол күштер центрлік емес, әрекеттесуші нуклондар центрлерін қосушы сызықтар бойынша әрекеттеспейді.
Француз физигі А. Беккерель 1896ж. уран тұздарының сәуле шығаратынын кездейсоқ тапты.
Бұл сәулеленуді радиоактивті сәуле шығару деп аталады.
Радиоактивтілік табиғи және жасанды болады. Радиоактивтілік сәуле шығару үш түрлі болады-
сәуле шығаруы. - сәуле шығаруы -гелий ядроларының ағымы- оның заряды +2е, ал массасы He ядросындай . - сәуле шығаруы -жылдам электрондар ағымы. -сәуле шығаруы -толқын ұзындығы өте кішкене λ< м болған электромагниттік сәуле шығаруы болып табылады.Радиоактивтілік сәуле шығару түрлері затпен әрекеттескенде көбірек өтімділік қабілетке
-сәулелері ие , кемірек- - сәулелері.Атом ядроларының элементар бөлшектермен немесе бір-бірімен әсерлескенде түрленуін ядролық реакциялар деп аталады.
Олар
X+a→Y+в немесе X(а,в)Y
түрінде жазылады, мұндағы x,y- бастапқы және соңғы ядролар , а және в бомбалаушы және шығатын бөлшектер.
Тарихта бірінші ядролық реакцияны 1919 ж. Резерфорд іске асырды, ол
(15.3)Ядролардың өздігінен радиоактивті түрленуін радиоактивті ыдырау дейді.
Ыдырау кезіндегі радиоактивті ыдырау заңы:
N=N
(15.4)орындалады. Мұндағы
- бастапқы және t мезгіліндегі ыдырамаған ядролар саны, λ- радиоактивті ыдырау тұрақтысы деп аталады.Жартылай ыдырау периоды деп бастапқы радиоактивті ядролардың санының орташамен айтқанда екі есе кемитін уақытын айтады.
Радиоактивті ыдырауда ығысу ережелері орындалады
- ыдырау үшін (15.5) - ыдырау үшін (15.6)Бұл ережелер радиоактивті ыдырау нәтижесінде қандай ядро пайда болады екенін білуге болады.
Радиоактивті ыдырауда пайда болған ядролардың өзі де радиоактивті болуы мүмкін
(15.7) (15.8)әрбір бөліну реакциясында орташа есеппен 2,5 нейтрон пайда болады.
Ядролар бөлінгенде пайда болатын нейтрондар тағы да бөлінуге алып келуі мүмкін, сонда бөлінудің тізбекті реакциялары іске асады.
Тізбекті реакциялар басқарылушы және басқарылушы емес болады. Басқарылушы емес реакцияға мысал- атом бомбасының қопарылысы.
Басқарылушы тізбекті реакциялар ядролық реакторларда жүзеге асырылады.
Дүниедегі бірінші реактор 1942 ж. Чикаго университетінде Э. Ферми басшылығымен іске қосылған, Европада тұңғыш реактор 1946 ж. Москвада іске қосылды. Ядролық реакторда баяулатушы есебінде- кәдімгі ауыр су, графит, бериллий, органикалық сұйықтықтар, жылу тасымалдаушылар есебінде- ауа, су, су буы т. б.
Орасан көп энергия көзі – жеңіл ядролардан ауырлау ядролардың пайда болуы.
Оларға мысалдар
(Q=4.0 Мэв) (Q=3.3 Мэв) (15.9) (Q=17.6 Мэв)Атом ядроларының синтез реакциясында әрбір нуклонға шығатын энергия ауыр ядролардың бөліну реакциясы кезіндегіден анағұрлым көп. Осы жеңіл ядроларды синтез реакциясына қатыстыру үшін оларды 2
м қашықтыққа дейін жақындастыру қажет.Элементар бөлшектер үш топқа бөлінеді:
1) фотондар; бұл топ жалғыз бөлшектен — фотоннан тұрады, ол электромагниттік сәулелену кванты;
2) лептондар (грек тілінен «лептос» — жеңіл сөзінен) электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесулерге қатынасады. Лептондарға электрондық және мюондық нейтринолар, электрон, мюон және 1975 ж. ашылған ауыр лептон — -лептон, немесе таон жатады, оның массасы шамамен 3487me және олардың сәйкес антибөлшектері жатады .
3) адрондар (грек тілінде «адрос» — ірі, күшті). Адрондар күшті электромагнитті және әлсіз әрекеттесулерге қатынасады. Оларға протон, нейтрон, пиондар және каондар жатады.
Барлық элементар бөлшектердің әсерлесулерінде энергияның, импульстің, импульс моментінің және электр зарядының сақталу заңдары орындалады.
Қазіргі көзқарастар бойынша табиғатта төрт іргелі өзара әрекеттесулер түрі бар: күшті, электромагнитті, әлсіз және гравитациялық.
Күшті немесе ядролық, өзара әрекеттесу протондар мен нейтрондардың ядролардағы байланыстылығына себепші және олардың өте мықтылығын тәміндейді демек табиғаттағы заттың тұрақтылығына себепші.
Электромагниттік өзара әрекеттесу электромагниттік өріспен байланыстың негізі болып табылады..
Әлсіз өзара әрекеттесу —микроәлемдегі ең баяу өрекеттесу. Ол нейтрино мен антинейтрино қатысатын процесстерге жауапты(мысалы, -ыдырау, -ыдырау). Гравитациялық өзара әрекеттесуге барлық бөлшектер қатысады присуще, бірақ элементар бөлшектердің массалары өте кіші болғандықтан олардың ықпалы өте кіші.
Әдебиеттер
1.Малғаждаров С. Физика курсы.
2.Трофимова Т.И. Курс физики.
3.Детлаф В.И. Яворский И.Д. Курс физики.
4.Савельев А. А. Курс общей физики(в трех томах)