Bërthama e çdo atomi, përveç atomit të lehtë të hidrogjenit, përbëhet nga grimca - nukleonet dy lloje: Z protonet dhe N neutronet. Neutroni u zbulua në vitin 1932 nga James Chadwick, në të njëjtën kohë nga Karl Anderson - pozitroni. Bërthama e atomit të lehtë të hidrogjenit përbëhet nga një proton.

Protoni e hapur brenda është një grimcë e ngarkuar - qp = +e. Masa e një protoni është m fq= 1,67265 10 -27 kg. AT fizika bërthamoreështë e zakonshme të shprehet energjia e grimcave në njësi të energjisë (eV), për të cilat masa shumëzohet me katrorin e shpejtësisë së dritës c 2, pastaj masa e protonit m p = 938.26 MeV. Protoni ka një spin të barabartë me s = 1/2.

Neutron ka edhe rrotullim s= 1/2. Masa e tij është afër masës së një protoni dhe është m n\u003d 1,67495 10 -27 kg ose në njësi të energjisë (eV) m p = 939.55 MeV. Megjithatë, neutroni nuk ka ngarkesë elektrike. Në gjendje të lirë, neutroni është radioaktiv, ai prishet spontanisht, duke u shndërruar në një proton. Në këtë rast, lëshohet një antineutrino.

Neutroni është i qëndrueshëm në bërthamë.

Një atom karakterizohet nga një numër ngarkese Z(që është e barabartë me numrin e protoneve në bërthamë). Numri Z përcakton numrin atomik në tabelën periodike. Numri masiv A=N+Z tregon numrin e përgjithshëm të nukleoneve në bërthamë. Masa e të gjithë nukleoneve A jep kontributin kryesor në masën e të gjithë atomit. Bërthama quhet gjithashtu një nukleid. Skema e miratuar e nukleidit ka këtë formë: Përveç nukleoneve nuk ka grimca të tjera në bërthamë. Megjithatë, nukleonet nuk janë grimcat elementare: secila prej tyre përbëhet nga tre kuarke, të cilat do të diskutohen në një leksion tjetër.

Atomet, bërthamat e të cilëve kanë të njëjtat numrat e tarifave Z dhe numra të ndryshëm masiv A, kanë të njëjtën gjë Vetitë kimike dhe quhen izotopë. Izotopet e të njëjtit element kimik ndryshojnë nga njëri-tjetri vetëm nga numri i neutroneve në bërthamë. Shumica e substancave me atome të njëjta Z janë një përzierje izotopësh të ndryshëm. Pra, hidrogjeni, karboni dhe oksigjeni kanë nga 3 izotope secili: - hidrogjeni i zakonshëm, - deuteriumi, - tritiumi; ; ; Kallaji ka 10 izotope.

Atomet, bërthamat e të cilëve kanë të njëjtin numër masiv A, quhen izobaret. Izobaret, d.m.th. bërthama me të ndryshme Z, korrespondojnë me bërthamat e atomeve të ndryshme elementet kimike.

Në eksperimentet e shpërndarjes së Radhërfordit α -grimca në atomet e materies, u zbulua se bërthamat kanë një madhësi të fundme. Ka kaluar shumë kohë që nga ai moment, por eksperimentet mbi shpërndarjen e grimcave në bërthamat atomike janë ende më të preferuarit në përcaktimin e madhësisë së bërthamës. Meqenëse elektronet përjetojnë vetëm ndërveprim elektrostatik me bërthamat, shpërndarja e ngarkesës brenda bërthamës studiohet duke përdorur shpërndarjen e elektroneve. Shpërndarja e lëndës bërthamore brenda bërthamës gjykohet nga shpërndarja e neutroneve, pasi në këtë rast ndërveprimi midis grimcave reduktohet vetëm në një bërthamore specifike. Në mënyrë që bërthama të "ndiejë" grimcën rënëse, duke marrë parasysh masat, energjia e elektronit duhet të jetë së paku 124 MeV, dhe energjia e neutronit duhet të jetë së paku 8 MeV. Eksperimentet me elektrone dhe neutrone të energjive të ndryshme (por që plotësojnë kushtet e specifikuara) treguan se vëllimi i një bërthame është në proporcion me numrin e nukleoneve në përbërjen e tij:

Në bërthamat me një rrotullim më të madh ose të barabartë me 1, vërehet me të vërtetë një devijim nga forma sferike. Bërthamat e tilla mund të jenë elipsoidë të ngjeshur ose të zgjatur të revolucionit, dhe ndryshimi midis boshteve të tyre të mëdhenj dhe të vegjël nuk kalon kurrë 20% dhe, si rregull, është shumë më i vogël. Në përafrimin e parë, bërthama mund të konsiderohet top, rrezja e bërthamës është kështu: (13.3)

Konstante R0≈ 1,3·10 –15 m Vlera e përafërt e saj është për faktin se vlera e rrezes së bërthamës, e marrë nga shpërndarja e lëndës bërthamore, ndryshon nga vlera e rrezes së përftuar nga shpërndarja e ngarkesës. Kjo do të thotë që ngarkesa dhe lënda shpërndahen brenda bërthamës në një mënyrë të ndryshme.

Në kuadrin e teorisë bërthamore përdoret sasia 1 fermi = 1 f= 10 -15 m.

Atëherë rrezja e bërthamës është .

Rrotullimi bërthamor I është momenti i përgjithshëm këndor i bërthamës. Për një bërthamë me një numër masiv Aështë e barabartë me: (13.4)

Në këtë shprehje, termi i parë në të djathtë është i barabartë me momentin total të rrotullimit të nukleoneve, dhe termi i dytë është i barabartë me momentin total orbital të nukleoneve në bërthamë. vlerat Si dhe l i përcaktohen nga vlerat përkatëse numrat kuantikë: s f = s n= 1/2 dhe l = 0, 1, 2, ...

Momenti magnetik i bërthamës μ iështë shuma e momenteve magnetike të brendshme të protoneve dhe neutroneve dhe momenteve magnetike orbitale të protoneve (një neutron ka një moment magnetik orbital zero për çdo l).

Pra, thelbi përmban A nukleonet. Megjithatë, jo të gjitha kombinimet e protoneve dhe neutroneve formojnë bërthama të qëndrueshme. Kjo është për shkak të ekzistencës së niveleve të energjisë bërthamore. Meqenëse të dy protonet dhe neutronet janë fermione (spini i tyre s = 1/2), atëherë në çdo nivel nuk mund të ketë më shumë se dy protone dhe dy neutrone. Nivelet mbushen sipas parimit të minimizimit të sistemit të grimcave të bashkuara. Për shembull, merrni parasysh dy izotope dhe . Dy nivelet e tyre të para (Fig. 13.1) plotësohen në të njëjtën mënyrë.

Oriz. 13.1 Izotop i qëndrueshëm i karbonit dhe izotop i paqëndrueshëm i borit

Në nivelin e fundit, neutroni i 12-të ndodhet në nuklid, ndërsa në të njëjtën kohë, në nivelin e mëparshëm, nuk ka mjaftueshëm proton derisa të mbushet plotësisht. Energjia e një sistemi me tre neutrone dhe një proton do të jetë më i madh se energjia e një sistemi me dy protone dhe dy neutrone. Prandaj, izotopi nuk do të jetë i qëndrueshëm dhe do të kalbet mjaft shpejt. Në të njëjtën kohë, izotopi (që përmban 5 protone dhe 6 neutrone) është i qëndrueshëm.

në bërthamat e lehta ( A< 20), как правило, число протонов и нейтронов одинаково (или отличается не единицу в случае ядер с нечетным числом нуклонов, причем число нейтронов обязательно më shumë numër protonet). Në bërthamat e rënda, përqindja e neutroneve po bëhet më e madhe. Në bërthama të tilla, përveç parimit të minimizimit të energjisë, zmbrapsja e Kulonit e protoneve rezulton të jetë e rëndësishme. Në bërthamat me më shumë se 10 protone, kjo zmbrapsje është aq e fortë sa që për qëndrueshmërinë e bërthamës, kjo forcë duhet të kompensohet me diçka. Vetëm forcat bërthamore tërheqëse veprojnë ndërmjet neutroneve. Prandaj, një rritje e numrit të neutroneve në përbërjen e bërthamës çon në një ekuilibër të forcave, d.m.th. për stabilitetin e bërthamës.

Bërthama e një atomi të çdo substance përbëhet nga protone dhe neutrone. ( Emer i perbashket protonet dhe neutronet – nukleonet.) Numri i protoneve është i barabartë me ngarkesën e bërthamës dhe përkon me numrin e elementit në tabelën periodike. Shuma e numrit të protoneve dhe neutroneve është e barabartë me numrin masiv. Për shembull, bërthama e një atomi oksigjeni përbëhet nga 8 protone dhe 16 - 8 = 8 neutrone. Bërthama e një atomi përbëhet nga 92 protone dhe 235 - 92 = 143 neutrone.

Forcat që mbajnë protonet dhe neutronet në bërthamë quhen forcat bërthamore. Ky është lloji më i fortë i ndërveprimit.

Nëse krahasojmë masat e bërthamave me masat e nukleoneve, rezulton se masa e bërthamës së elementeve të rënda është më e madhe se shuma e masave të protoneve dhe neutroneve në bërthamë, dhe për elementët e lehtë masa e bërthamës. është më pak se shuma e masave të protoneve dhe neutroneve në bërthamë. Prandaj, ekziston një ndryshim në masë midis masës së bërthamës dhe shumës së masave të protoneve dhe neutroneve, i quajtur defekt i masës. M = Mn - (Mp + Mn).

Meqenëse ekziston një lidhje ndërmjet masës dhe energjisë, atëherë gjatë ndarjes së bërthamave të rënda dhe gjatë sintezës së bërthamave të lehta duhet të lirohet energji që ekziston për shkak të defektit të masës dhe kjo energji quhet energji lidhëse e bërthamës atomike.

Kjo energji mund të çlirohet gjatë reaksioneve bërthamore. Një reaksion bërthamor është një proces i ndryshimit të ngarkesës së bërthamës dhe masës së saj, i cili ndodh kur bërthama ndërvepron me bërthama të tjera ose grimca elementare. Gjatë rrjedhës së reaksioneve bërthamore, përmbushen ligjet e ruajtjes ngarkesat elektrike dhe numrat në masë: shuma e ngarkesave (numrave në masë) e bërthamave dhe grimcave që hyjnë në një reaksion bërthamor është e barabartë me shumën e ngarkesave (numrave në masë) të produkteve përfundimtare (bërthamave dhe grimcave) të reaksionit.

Një reaksion zinxhir i ndarjes është një reaksion bërthamor në të cilin grimcat që shkaktojnë reaksionin formohen si produkte të atij reaksioni. Izotopi i uraniumit 235 U ka aftësinë të kryejë një reaksion zinxhir bërthamor.Në praninë e disa parametrave kritikë (masa kritike - 50 kg, forma sferike me rreze 9 cm), tre neutrone lëshohen gjatë ndarjes së bërthamës së parë. bien në tre bërthama fqinje, etj. Procesi shkon në formën e një reaksioni zinxhir që vazhdon në një fraksion të sekondës në formë shpërthim bërthamor. Reaksioni bërthamor i pakontrolluar përdoret në bombat atomike. Për herë të parë, fizikani Enrico Fermi zgjidhi problemin e kontrollit të reaksionit zinxhir të ndarjes bërthamore. Ai shpiku reaktorin bërthamor në vitin 1942. Në vendin tonë, reaktori u lançua në vitin 1946 nën udhëheqjen e IV Kurchatov.

Reaksionet termonukleare janë reaksione të shkrirjes së bërthamave të lehta që ndodhin kur temperaturë të lartë(afërsisht 107 K dhe më lart). Kushtet e nevojshme për sintezën e bërthamave të heliumit nga protonet gjenden në brendësi të yjeve. Në Tokë, një reaksion termonuklear është kryer vetëm në shpërthime eksperimentale, megjithëse kërkimet ndërkombëtare janë duke u zhvilluar për të kontrolluar këtë reagim.

atë drejtime premtuese energjinë bërthamore. Meqenëse kjo energji mund të përdoret për qëllime paqësore. Termocentralet bërthamore janë një shembull i kësaj. Anije detare, akullthyes të fuqizuar nga instalimet bërthamore.

24/2. Detyrë eksperimentale me temën "Kinematika": kontrollimi i varësisë së kohës kur topi lëviz përgjatë një gypi të prirur në këndin e pusit (2-3 eksperimente).

Ju keni në dispozicion një gropë, një vizore, një top, një kronometër dhe një cilindër metalik.

Instaloni njërin skaj të gropës në një lartësi të vogël H (1-2 cm) mbi sipërfaqen e tavolinës dhe vendosni një cilindër në fund të gropës. Matni kohën që i duhet topit, i lëshuar nga pjesa e poshtme nga maja e gropës, për të arritur në cilindër. Bëni lartësinë e majës së lugit të barabartë me 2H dhe përsëri matni kohën e lëvizjes së topit.

A konfirmojnë rezultatet e eksperimenteve supozimin se koha e lëvizjes së topit u zvogëlua me 2 herë kur lartësia e pikës së sipërme të lugit u dyfishua?

25/1. Radioaktiviteti. Llojet e emetimeve radioaktive dhe metodat e regjistrimit të tyre. Efekti i rrezatimit jonizues në organizmat e gjallë.

Në 1896, Becquerel zbuloi se kripërat e uraniumit në mënyrë spontane, pa asnjë ndikimet e jashtme, krijojnë një lloj rrezatimi. Ashtu si rrezet X, ky rrezatim jonizoi ajrin dhe shkarkoi elektroskopin. Studimet e mëtejshme të kryera nga Maria Sklodowska-Curie dhe Pierre Curie treguan se rrezatimi i TORiumit dhe elementët e rinj që ata zbuluan - RADIUM dhe POLONIA - kanë të njëjtat veti. Dukuria e rrezatimit spontan quhet RADIOAKTIVITET.

Eksperimenti klasik i përcaktimit të përbërjes

Rrezatimi radioaktiv u furnizua nga Rutherford. Ai vendosi një preparat radioaktiv në fund të një kanali të ngushtë plumbi dhe kaloi një rreze të hollë rrezesh që dilnin nga vrima përmes një fushe magnetike. Gjatë zhvillimit të një pllake fotografike të vendosur në shtegun e rrezeve, u gjetën tre pika të ndritshme - vendet ku goditën rrezet.

Kështu, u zbulua se rrezatimi radioaktiv përbëhet nga tre pjesë që sillen ndryshe në një fushë magnetike. Komponenti negativ i rrezatimit (rrezet beta) devijoi më fort, komponenti pozitiv përjetoi më pak devijim (rrezet alfa), dhe një e treta e rrezeve (rrezet gama) nuk devijuan fare.

Hulumtimet kanë bërë të mundur sqarimin e natyrës së këtyre rrezatimeve.

RREZET ALFA janë bërthamat e atomeve të heliumit që fluturojnë me një shpejtësi prej rreth 15,000-30,000 km/s. Ata kane ngarkesë pozitive dhe refuzuar fushë magnetike në të majtë (sipas figurës). Për shkak të masës së madhe të grimcave, devijimi është i vogël. Grimcat alfa kanë fuqi të ulët depërtuese. Një fletë letre i vonon ato.

RREZET BETA janë elektrone që fluturojnë me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës. Ato devijohen nga fusha magnetike në të djathtë (sipas figurës). Për shkak të masës së vogël, devijimi i rrezeve beta është shumë herë më i madh se ai i grimcave alfa. Rrezet beta kanë një fuqi më të lartë depërtuese. Për t'i ndaluar ato, duhet të vendosni një pllakë alumini në rrugë.

RREZET GAMMA janë valë elektromagnetike me gjatësi vale shumë të vogël (më të vogël se rrezet x). Magnetike dhe fushat elektrike nuk refuzohen. Rrezet gama kanë veti të ngjashme me rrezet X. Kanë fuqi të madhe depërtuese. Edhe një fletë plumbi 1 cm e trashë nuk i ndalon plotësisht. Shpejtësia e përhapjes së rrezeve gama është e njëjtë me atë të valëve të tjera elektromagnetike - 300,000 km / s.

Rrezatimi jonizues regjistrohet duke përdorur një numërues Geiger, një dhomë reje, një dhomë flluskë dhe metodën e emulsionit. Numëruesi Geiger ju lejon të regjistroni elektronet dhe rrezet gama me energji të lartë. Grimcat alfa nuk futen brenda banakut për shkak të fuqisë së ulët depërtuese. Në vitin 1912, u shpik një dhomë re, e cila bëri të mundur jo vetëm regjistrimin e grimcave, por edhe vëzhgimin e trajektoreve (gjurmëve) të tyre. Duke e vendosur kamerën në një fushë magnetike, ishte e mundur të matej raporti i ngarkesës ndaj masës së grimcave dhe të njiheshin ato.

Rrezatimi radioaktiv ka një efekt të dëmshëm në organizmat e gjallë. Edhe me fuqi të ulët rrezatimi, mund të ndodhin sëmundje nga rrezatimi dhe vdekje. Efekti i rrezatimit karakterizohet nga DOZA E RREZIMIT TË ABORBUAR D, e cila është e barabartë me raportin e energjisë së absorbuar E të rrezatimit jonizues me masën M të substancës së rrezatuar:

Në SI, doza e absorbuar e rrezatimit shprehet në GREYAH (1 Gy). doza 3 - 10 Gy e marrë në një kohë të shkurtër është vdekjeprurëse. Në praktikë, shpesh përdoret një njësi tjetër - RENTGEN (1 R). 1R është afërsisht e barabartë me 0.01 Gy.