Har qanday atomning yadrosi, engil vodorod atomidan tashqari, zarralardan iborat - nuklonlar ikki tur: Z protonlar va N neytronlar. Neytronni 1932 yilda Jeyms Chadvik, bir vaqtning o'zida Karl Anderson - pozitron kashf etgan. Yengil vodorod atomining yadrosi bitta protondan iborat.

Proton ochiq zaryadlangan zarrachadir - qp = +e. Protonning massasi m p= 1,67265 10 -27 kg. DA yadro fizikasi zarralar energiyasini energiya birliklarida (eV) ifodalash odatiy holdir, buning uchun ular massani yorug'lik tezligining kvadratiga ko'paytiradilar. c 2, keyin proton massasi m p = 938,26 MeV. Proton ga teng spinga ega s = 1/2.

Neytron spini ham bor s= 1/2. Uning massasi protonning massasiga yaqin va shunday m n\u003d 1,67495 10 -27 kg yoki energiya birliklarida (eV) m p = 939,55 MeV. Biroq, neytronning elektr zaryadi yo'q. Erkin holatda neytron radioaktiv bo'lib, u o'z-o'zidan parchalanib, protonga aylanadi. Bunday holda, antineytrino chiqariladi.

Neytron yadroda barqarordir.

Atom zaryad raqami bilan tavsiflanadi Z(yadrodagi protonlar soniga teng). Raqam Z davriy jadvaldagi atom raqamini aniqlaydi. Massa raqami A=N+Z yadrodagi nuklonlarning umumiy sonini ko'rsatadi. Barcha nuklonlarning massasi A butun atom massasiga asosiy hissa qo'shadi. Yadro nuklid deb ham ataladi. Nuklidning qabul qilingan sxemasi quyidagi shaklga ega: Nuklonlardan tashqari yadroda boshqa zarrachalar yo'q. Biroq, nuklonlar emas elementar zarralar: ularning har biri uchta kvarkdan iborat bo'lib, ular boshqa ma'ruzada muhokama qilinadi.

Yadrolari bir xil bo'lgan atomlar to'lov raqamlari Z va turli xil massa raqamlari A, xuddi shunday bo'lsin Kimyoviy xossalari va izotoplar deyiladi. Xuddi shu kimyoviy elementning izotoplari bir-biridan faqat yadrodagi neytronlar soni bilan farq qiladi. Ko'pgina moddalar bir xil atomlarga ega Z turli izotoplarning aralashmasidir. Demak, vodorod, uglerod va kislorodning har biri 3 tadan izotopga ega: - oddiy vodorod, - deyteriy, - tritiy; ; ; Qalay 10 ta izotopga ega.

Yadrolari bir xil massa raqamlariga ega bo'lgan atomlar A, deyiladi izobarlar. Izobarlar, ya'ni. yadrolari turlicha Z, har xil atomlarning yadrolariga mos keladi kimyoviy elementlar.

Ruterfordning sochilish tajribalarida α -modda atomlaridagi zarralar, yadrolarning chekli o'lchamga ega ekanligi aniqlandi. O'sha paytdan beri ko'p vaqt o'tdi, ammo yadro hajmini aniqlashda zarrachalarning atom yadrolariga tarqalishi bo'yicha tajribalar hali ham eng maqbuldir. Elektronlar yadrolar bilan faqat elektrostatik ta'sirga ega bo'lganligi sababli, yadro ichidagi zaryad taqsimoti elektron tarqalishi yordamida o'rganiladi. Yadro moddasining yadro ichidagi tarqalishi neytronlarning tarqalishi bilan baholanadi, chunki bu holda zarralar orasidagi o'zaro ta'sir faqat ma'lum bir yadroga kamayadi. Yadro tushayotgan zarrachani massalarni hisobga olgan holda «sezishi» uchun elektronning energiyasi kamida 124 MeV, neytronning energiyasi esa kamida 8 MeV bo'lishi kerak. Har xil (lekin belgilangan shartlarga javob beradigan) energiyadagi elektronlar va neytronlar bilan olib borilgan tajribalar shuni ko'rsatdiki, yadro hajmi uning tarkibidagi nuklonlar soniga proportsionaldir:

Spin 1 dan katta yoki teng bo'lgan yadrolarda sferik shakldan og'ish haqiqatan ham kuzatiladi. Bunday yadrolar inqilobning ellipsoidlarini siqib chiqarishi yoki prolat qilishi mumkin va ularning katta va kichik o'qlari orasidagi farq hech qachon 20% dan oshmaydi va qoida tariqasida ancha kichikdir. Birinchi yaqinlashishda yadroni to'p deb hisoblash mumkin, yadro radiusi quyidagicha: (13.3)

Doimiy R0≈ 1,3·10 –15 m.Uning taxminiy qiymati yadro moddasining taqsimlanishidan olingan yadro radiusining qiymati zaryad taqsimotidan olingan radius qiymatidan farq qilishi bilan bog'liq. Demak, zaryad va modda yadro ichida boshqacha taqsimlangan.

Yadro nazariyasi doirasida miqdor ishlatiladi 1 fermi = 1 f= 10 -15 m.

Keyin yadro radiusi .

Yadro spini I - yadroning umumiy burchak impulsi. Massa soniga ega bo'lgan yadro uchun A u teng: (13.4)

Bu ifodada o'ng tarafdagi birinchi had nuklonlarning umumiy spin momentiga, ikkinchi had yadrodagi nuklonlarning umumiy orbital momentiga teng. Qiymatlar Si va l i mos keladigan qiymatlar bilan belgilanadi kvant raqamlari: s p = s n= 1/2 va l = 0, 1, 2, ...

Yadroning magnit momenti m i protonlar va neytronlarning ichki magnit momentlari va protonlarning orbital magnit momentlarining yig'indisi (neytron har qanday element uchun nolga teng orbital magnit momentga ega). l).

Shunday qilib, yadro o'z ichiga oladi A nuklonlar. Biroq, proton va neytronlarning barcha birikmalari barqaror yadrolarni hosil qilmaydi. Bu yadroviy energiya darajasining mavjudligi bilan bog'liq. Protonlar ham, neytronlar ham fermionlar bo'lgani uchun (ularning spini s = 1/2), keyin har bir darajada ikkitadan ortiq proton va ikkita neytron bo'lishi mumkin. Darajalar birlashgan zarrachalar tizimini minimallashtirish tamoyiliga muvofiq to'ldiriladi. Masalan, ikkita izotopni va . Ularning dastlabki ikki darajasi (13.1-rasm) xuddi shu tarzda to'ldiriladi.

Guruch. 13.1 Uglerodning barqaror izotopi va borning beqaror izotopi

Oxirgi darajada, 12-neytron nuklidda joylashgan bo'lsa, ayni paytda, oldingi darajada, to'liq to'ldirilmaguncha proton etarli emas. Uch neytron va bir protondan iborat tizimning energiyasi ikkita proton va ikkita neytronli tizimning energiyasidan katta bo'ladi. Shuning uchun izotop barqaror bo'lmaydi va juda tez parchalanadi. Shu bilan birga, izotop (tarkibida 5 proton va 6 neytron mavjud) barqaror.

Yengil yadrolarda ( A< 20), как правило, число протонов и нейтронов одинаково (или отличается не единицу в случае ядер с нечетным числом нуклонов, причем число нейтронов обязательно ko'proq raqam protonlar). Og'ir yadrolarda neytronlarning ulushi ortib bormoqda. Bunday yadrolarda, energiyani minimallashtirish printsipiga qo'shimcha ravishda, protonlarning Kulon itilishi sezilarli bo'lib chiqadi. 10 dan ortiq protonli yadrolarda bu itarilish shunchalik kuchliki, yadro barqarorligi uchun bu kuchni biror narsa bilan qoplash kerak. Neytronlar orasida faqat jozibador yadro kuchlari harakat qiladi. Shuning uchun yadro tarkibida neytronlar sonining ko'payishi kuchlar muvozanatiga olib keladi, ya'ni. yadro barqarorligi uchun.

Har qanday moddaning atom yadrosi proton va neytronlardan iborat. ( Umumiy ism proton va neytron - nuklonlar.) Protonlar soni yadro zaryadiga teng va davriy sistemadagi element soniga to'g'ri keladi. Proton va neytronlar sonining yig'indisi massa soniga teng. Masalan, kislorod atomining yadrosi 8 ta proton va 16 - 8 = 8 neytrondan iborat. Atom yadrosi 92 proton va 235 - 92 = 143 neytrondan iborat.

Yadroda proton va neytronlarni ushlab turuvchi kuchlar deyiladi yadroviy kuchlar. Bu o'zaro ta'sirning eng kuchli turi.

Agar yadro massalarini nuklonlar massasi bilan solishtirsak, ogir elementlar yadrosining massasi yadrodagi proton va neytronlar massasi yigindisidan, engil elementlar uchun esa yadro massasidan katta ekanligi malum boladi. yadrodagi proton va neytronlar massalarining yig'indisidan kichikdir. Demak, yadro massasi bilan proton va neytron massalari yig’indisi o’rtasida massa farqi mavjud bo’lib, u massa nuqsoni deb ataladi. M = Mn - (Mp + Mn).

Massa va energiya o'rtasida bog'liqlik mavjud bo'lganligi sababli, og'ir yadrolarning bo'linishi va engil yadrolarning sintezi paytida massa nuqsoni tufayli mavjud bo'lgan energiya ajralib chiqishi kerak va bu energiya atom yadrosining bog'lanish energiyasi deb ataladi.

Bu energiya yadroviy reaktsiyalar paytida ajralib chiqishi mumkin. Yadro reaktsiyasi yadro zaryadini va uning massasini o'zgartirish jarayoni bo'lib, yadro boshqa yadrolar yoki elementar zarralar bilan o'zaro ta'sirlashganda sodir bo'ladi. Yadro reaksiyalari jarayonida saqlanish qonunlari bajariladi elektr zaryadlari va massa raqamlari: yadro reaktsiyasiga kiruvchi yadro va zarrachalarning zaryadlari (massa raqamlari) yig'indisi reaksiyaning yakuniy mahsulotlari (yadro va zarralar) zaryadlari (massa raqamlari) yig'indisiga teng.

Bo'linish zanjiri reaktsiyasi - bu reaksiyaga sabab bo'lgan zarralar ushbu reaktsiyaning mahsuloti sifatida hosil bo'ladigan yadro reaktsiyasi. Uranning 235 U izotopi zanjirli yadro reaksiyasini amalga oshirish qobiliyatiga ega.Ma’lum kritik parametrlar (kritik massasi – 50 kg, radiusi 9 sm bo‘lgan sharsimon shakl) mavjud bo‘lganda, birinchi yadroning bo‘linishi jarayonida uchta neytron ajralib chiqadi. uchta qo'shni yadroga tushadi va hokazo. Jarayon zanjirli reaktsiya shaklida bo'lib, bu shaklda soniyaning bir qismida davom etadi. yadroviy portlash. Nazoratsiz yadro reaksiyasida qo'llaniladi atom bombalari. Birinchi marta fizik Enriko Fermi yadro parchalanishining zanjirli reaktsiyasini boshqarish muammosini hal qildi. Ular ixtiro qilishdi yadro reaktori 1942 yilda mamlakatimizda reaktor 1946 yilda IV Kurchatov boshchiligida ishga tushirildi.

Termoyadro reaktsiyalari - bu yorug'lik yadrolarining birlashishi reaktsiyalari yuqori harorat(taxminan 107 K va undan yuqori). Protonlardan geliy yadrolarini sintez qilish uchun zarur shart-sharoitlar yulduzlarning ichki qismida joylashgan. Yerda termoyadro reaktsiyasi faqat eksperimental portlashlarda amalga oshirilgan, garchi bu reaktsiyani nazorat qilish bo'yicha xalqaro tadqiqotlar olib borilmoqda.

bu istiqbolli yo'nalishlar yadro energiyasi. Chunki bu energiya tinch maqsadlarda ishlatilishi mumkin. Atom elektr stansiyalari bunga misol bo'la oladi. Dengiz kemalari, yadroviy inshootlardan quvvat oladigan muzqaymoqlar.

24/2. "Kinematika" mavzusi bo'yicha eksperimental topshiriq: to'pning qiyalik bo'ylab harakatlanish vaqtining truba burchagiga bog'liqligini tekshirish (2-3 tajriba).

Sizning ixtiyoringizda truba, o'lchagich, shar, sekundomer va metall silindr bor.

Chovgumning bir uchini stol yuzasidan H (1-2 sm) kichik balandlikda o'rnating va tsilindrni tsilindrni oxiriga qo'ying. To'pning tsilindrga yetib borishi uchun trubaning tepasidan tinch holatdan urilgan vaqtni o'lchang. Chuqurning yuqori qismining balandligini 2H ga tenglang va yana to'pning harakat vaqtini o'lchang.

Tajribalar natijalari chuqurning yuqori nuqtasi balandligi ikki barobarga ko'tarilganda, to'pning harakat vaqti 2 marta qisqardi degan taxminni tasdiqlaydimi?

25/1. Radioaktivlik. Radioaktiv chiqindilar turlari va ularni ro'yxatga olish usullari. Ionlashtiruvchi nurlanishning tirik organizmlarga ta'siri.

1896 yilda Bekkerel uran tuzlari o'z-o'zidan, hech qanday tuzsiz ekanligini aniqladi tashqi ta'sirlar, qandaydir radiatsiya hosil qiladi. X-nurlari singari, bu nurlanish havoni ionlashtirdi va elektroskopni zaryadsizladi. Mariya Sklodovska-Kyuri va Per Kyuri tomonidan olib borilgan keyingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, TORiyning nurlanishi va ular kashf etgan yangi elementlar - RADIUM va POLONIA - bir xil xususiyatlarga ega. Spontan nurlanish hodisasi RADIOFAOLLIK deb ataladi.

Klassik kompozitsiyani aniqlash tajribasi

radioaktiv nurlanish Ruterford tomonidan ta'minlangan. U tor qo'rg'oshin kanalining pastki qismiga radioaktiv preparatni joylashtirdi va magnit maydon orqali teshikdan chiqadigan nozik nurlar dastasini o'tkazdi. Nurlar yo'lida joylashgan fotografik plitani ishlab chiqish jarayonida uchta yorqin nuqta - nurlar tushgan joylar topildi.

Shunday qilib, radioaktiv nurlanish magnit maydonda o'zini turlicha tutadigan uch qismdan iborat ekanligi aniqlandi. Radiatsiyaning salbiy komponenti (beta nurlari) eng kuchli og'ishdi, ijobiy komponent kamroq og'ish (alfa nurlari) ni boshdan kechirdi va nurlarning uchdan bir qismi (gamma nurlari) umuman chetga chiqmadi.

Tadqiqotlar bu nurlanishlarning tabiatini aniqlashga imkon berdi.

ALPHA NURLARI - taxminan 15000-30000 km/s tezlikda uchadigan geliy atomlarining yadrolari. Ularda .. bor musbat zaryad va rad etilgan magnit maydon chapga (rasmga ko'ra). Zarrachalarning katta massasi tufayli og'ish kichikdir. Alfa zarralari past penetratsion kuchga ega. Bir varaq qog'oz ularni kechiktiradi.

BETA NURLAR - yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda uchadigan elektronlar. Ular magnit maydon tomonidan o'ngga buriladi (rasmga ko'ra). Kichkina massa tufayli beta nurlarining og'ishi alfa zarralarinikidan ko'p marta kattaroqdir. Beta-nurlari yuqori penetratsion kuchga ega. Ularni to'xtatish uchun siz yo'lda alyuminiy plastinka qo'yishingiz kerak.

GAMMA NURLAR - juda kichik to'lqin uzunlikdagi elektromagnit to'lqinlar (kichikroq). rentgen nurlari). Magnit va elektr maydonlari ular rad etilmaydi. Gamma nurlari rentgen nurlariga o'xshash xususiyatlarga ega. Ular katta kirish kuchiga ega. Hatto 1 sm qalinlikdagi qo'rg'oshinli varaq ham ularni to'liq to'xtata olmaydi. Gamma nurlarining tarqalish tezligi boshqa elektromagnit to'lqinlar bilan bir xil - 300 000 km / s.

Ionlashtiruvchi nurlanish Geiger hisoblagichi, bulutli kamera, pufak kamerasi va fotoemulsiya usuli yordamida qayd etiladi. Geiger hisoblagichi yuqori energiyali elektronlar va gamma nurlarini ro'yxatga olish imkonini beradi. Alfa zarralari past penetratsion quvvat tufayli hisoblagichga kirmaydi. 1912 yilda bulutli kamera ixtiro qilindi, bu nafaqat zarralarni ro'yxatga olish, balki ularning traektoriyalarini (treklarini) kuzatish imkonini berdi. Kamerani magnit maydonga joylashtirish orqali zarrachalarning zaryad-massa nisbatini o‘lchash va ularni tanib olish mumkin bo‘ldi.

Radioaktiv nurlanish tirik organizmlarga zararli ta'sir ko'rsatadi. Hatto past nurlanish kuchida ham radiatsiya kasalligi va o'lim paydo bo'lishi mumkin. Nurlanishning ta'siri SO'RILGAN RADIATSIYA DOZASI D bilan tavsiflanadi, bu ionlashtiruvchi nurlanishning so'rilgan energiyasi E ning nurlangan moddaning M massasiga nisbatiga teng:

SIda nurlanishning yutilgan dozasi GREYAH (1 Gy) da ifodalanadi 1 Gy yutilgan nurlanish dozasiga teng, bunda 1 J ionlashtiruvchi nurlanish energiyasi 1 kg massali nurlangan moddaga uzatiladi. Qisqa vaqt ichida olingan 3-10 Gy o'limga olib keladi. Amalda, boshqa birlik tez-tez ishlatiladi - RENTGEN (1 R). 1R taxminan 0,01 Gy ga teng.