Protonning kashfiyoti. Yadroning proton-elektron modeli

131-rasm

SIda ta'sir qilish dozasi tezligi birligi sekundiga kilogramm uchun kulon.
Tizimdan tashqari birlik - soatiga rentgen. 1 R ç h = 7,17 S ç kg s. EHM dozasi darajasi 1 R ç h 8,77 10 -3 Gy so'rilgan doza tezligiga to'g'ri keladi ç 3600 s \u003d 2,44 10 - -6 Gy ç Bilan.

9. Radioaktiv nurlanishning biologik ta'siri radioaktivlik kashf etilgandan keyingi dastlabki yillardayoq kashf etilgan va o'rganila boshlangan. 1945 yilda atom qurolidan foydalanishning boshlanishi, keyin esa atom energiyasidan tinch maqsadlarda foydalanishning boshlanishi bilan bu tadqiqotlar ayniqsa qizg'inlashdi. Radiatsiyaning biologik ta'sirining asosiy xususiyatlari quyidagilardan iborat:

a.Hayotiy faoliyatdagi chuqur buzilishlar energiyaning ahamiyatsiz miqdori tufayli yuzaga keladi. Shunday qilib, sutemizuvchilar yoki odamning tanasi tomonidan o'limga olib keladigan dozada nurlanish paytida so'rilgan energiya, agar u issiqlikka aylantirilsa, tananing atigi 0,001 ° S ga qizishiga olib keladi.

b.Radiatsiya irsiy apparatga zarar etkazadi, uning ta'siri nafaqat nurlangan shaxsga, balki uning keyingi avlodlariga ham ta'sir qiladi.

ichida. Radiatsiyaviy zarar yashirin (yashirin) xarakterga ega . Bu darhol paydo bo'lmaydi, lekin bir muncha vaqt o'tgach.

Radiatsiyaning biologik ob'ekt bilan o'zaro ta'siri bilan tavsiflanadi ekvivalent doza D e = kD, qayerda D- so'rilgan doza k- deb atalmish sifat omili. Qiymat k qanchalik xavfli bu tur tirik organizm uchun radiatsiya. Uchun β - va
g- nurlar k= 1, sekin neytronlar uchun k= 3, tez neytronlar va protonlar uchun k= 10, yadro parchalanish qismlari uchun k = 20.

SIda ekvivalent doza birligi sievert(Sv), 1 Sv = 1 J ç kg.

Yaqin vaqtgacha ekvivalent dozani o'lchangan rems. Baer - bu iboraning qisqartmasi radning biologik ekvivalenti. 1 rem = 0,01 Sv, 1 Sv = 100 rem.

§o'n sakkiz. Atom yadrosining tuzilishi muammosi

1. Protonning kashf etilishi . 1919 yilda Ernst Ruterford azot yadrolarini sun'iy ravishda aylantirishga kashshof bo'ldi. O'rnatish sxemasi 132-rasmda ko'rsatilgan. Alfa-faol poloniy preparati K kyuvetasi ichidagi D ushlagichiga surildi. Scintillations a-zarrachalarni ZnS kukuni bilan shisha plastinkada Pl M mikroskopida kuzatish mumkin edi. Alfa zarrachalarining energiyasi 7,58 MeV va hujayradagi normal bosim taxminan 7 sm gaz bosimida havoda erkin yo'lga ega. a-zarralar Pl plitasiga etib borishi va uning ustida sintilatsiyalar paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin. Oddiy va yuqori bosimda a-zarralar Pl plitasiga etib bormagan.

Kyuvetka turli gazlar bilan to'ldirilgan, shundan so'ng sintilatsiyalar kuzatilgan a-past bosimdagi zarralar va bosim ortishi bilan ularning yo'qolishi.

Kyuvetka N 2 azot bilan to'ldirilganda, hatto chegaradan yuqori bosimlarda ham Pl plitasida sintilatsiyalar kuzatildi. Chunki a-zarralar fosforga erisha olmadi, o'zaro ta'sir jarayonida deb taxmin qilish qoldi. a-azot yadroli zarralar tug'ilganlar ba'zi boshqa ionlashtiruvchi zarralar.

Elektr va magnit maydonlarining superpozitsiyasi yangi tug'iladigan zarracha borligini aniqlashga imkon berdi musbat zaryad, mutlaq qiymatida elektron zaryadiga teng va massa taxminan vodorod massasiga teng. Shubhasiz, bu vodorod atomining yadrosi, kabi a-zarracha - geliy atomining yadrosi.

1910-yillarda barcha kimyoviy elementlarning yadrolari vodorod yadrolaridan, ya'ni jadvaldagi eng oddiy, birinchi elementning yadrolaridan iborat degan fikr ilgari surilgan edi. Shuning uchun Ruterford yangi zarrachani chaqirdi "proton", yunon tilidan. protos- birinchi. (Bundan oldin, 1815 yilda kimyoviy elementlarning tarkibiga oid xuddi shunday fikrni kimyogar Uilyam Prout aytgan).

Patrik Blekket 1925 yilda u tomonidan takomillashtirilgan bulutli kamera yordamida azot bilan tajribalarni davom ettirdi (132-betga qarang). U bir vaqtning o'zida turli yo'nalishlardan ikkita kamera yordamida ionlashtiruvchi zarrachalarning tumanli izlarini suratga olishni avtomatlashtirdi. Bu zarrachalar traektoriyalarining fazoviy shaklini qayta qurish imkonini berdi. 23 000 ta fotosuratni ko'rib chiqib, buni aniqladi a-to'qnashuvdagi zarracha azot yadrosi tomonidan so'riladi, shundan so'ng bu yangi yadro protonni chiqaradi. Zaryad va massaning saqlanishini hisobga olgan holda yadro reaksiyasini quyidagicha yozish mumkin: Ruterford, 1919 yil Protonning kashf etilishi (18.1)

Rezerford tajribalarida proton energiyasi taxminan 6 MeV, yo'l uzunligi esa 28 sm edi.

2. Protonning xossalari. Proton erkin holatda - barqaror elementar zarracha , vodorod atomining yadrosi. Yadro reaktsiyalarida u ko'pincha belgisi bilan belgilanadi. proton massasi m p elektron massasidan deyarli 2000 marta men, m p = 1836men\u003d 1,67239 10 -27 kg.

Spin, ya'ni o'z burchak impulsi proton elektron bilan bir xil. Uning fizik o'qqa proyeksiyasi faqat ikkita qiymatni qabul qilishi mumkin, L sz =±ћ/ 2. Spin kvant soni s proton, xuddi elektron kabi, yarim butun son, . Shuning uchun elektronlar tizimi kabi protonlar tizimi tasvirlangan Fermi-Dirak statistikasi.

Protonning magnit aylanish momenti. 2-bandda aytib o'tilganidek, Borning vodorod atomi nazariyasida, eng past energiya holatidagi elektronning orbital magnit momenti ( n= 1) J ga teng ç Tl (Qarang: f. 2.18). Yuqori energiya darajasida magnit moment n marta ko'proq qaerda n- daraja raqami, M n = n M bitta. Magnit momentning minimal qiymati deyiladi Bor magnitoni. Bu atomlarning elektron qobiqlari fizikasidagi minimal magnit moment. Shuning uchun Bor magnitoni elektronlarning magnit momentlari uchun o'lchov birligi sifatida ishlatiladi.

Shtern va Gerlaxning bir jinsli bo'lmagan magnit maydonida atom nurlarining bo'linishi bo'yicha tajribalaridan kelib chiqadiki, elektronning spin magnit momenti Bor magnitoniga teng. Shuning uchun, proton kashf etilgandan so'ng, protonning spin magnit momenti Bor magneton formulasi bilan aniqlanadi, deb taxmin qilish tabiiy edi, bunda elektron massasi o'rniga men turishi kerak proton massasi m p. J ç Tl. (18.2)

qiymat M Men qo'ng'iroq qilaman yadro magnitoni. U Bor magnetonidan 1836 marta kichik va yadro fizikasida magnit momentlarni oʻlchash birligi sifatida ishlatiladi.

Ammo o'lchovlar shuni ko'rsatdiki, protonning spin magnit momenti yadro magnitidan 2,79 marta katta va J ç Tl. (18.3)

3. Proton emissiyasi bilan yadro reaksiyalari keyinroq otishma paytida kuzatilgan a-bor, ftor, natriy, alyuminiy va fosfor zarralari.

e'tibor bering, bu a-zarralar faqat engil yadrolar bilan samarali ta'sir o'tkazishi mumkin. Yadroning elektr itarishini engish uchun, a-zarra kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak E, yadroga yaqinlashish reaktsiyasi uchun zarur bo'lgan potentsial energiyadan kam emas. (18.4)

Bu yerdan siz maksimal raqamni topishingiz mumkin Z yadrosi mavjud bo'lgan element
a- energiyaga ega zarralar E. . (18.5)

Yadro radiusi m. uchun a- energiyaga ega zarralar E≈ 10 MeV olamiz

Bu haddan tashqari oshirilgan raqam. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, samarali o'zaro ta'sir
a-yadroli zarralar faqat bo'lgan elementlar uchun haqiqiydir Z≤ 20, ya'ni kaltsiygacha.

4. Neytronning kashf etilishi. 1930 yilga kelib, ba'zi elementlar, masalan, Be, Li, O 2 otilganda ma'lum bo'ldi. a-zarralar proton chiqarmaydi. Shuning uchun, savol tug'ildi: qobiq otilganda nima bo'ladi a-zarralar yadro proton chiqarmaydi?

1930 yilda Valter Bothe va Hans Becker eksperimentni o'rnating, uning sxemasi 133-rasmda ko'rsatilgan. Tutuvchiga D qo'yildi a- faol dori. Uning o'ziga xosligi shundaki, tajribaga ega a- poloniy -210 yadrosining parchalanishi qo'rg'oshinning barqaror izotopining yadrosiga aylanadi. Shuning uchun poloniy-210 ni tayyorlash boshqa nurlanishni bermaydi. Energiya a-zarralar y y dan kichik, u 5,25 MeV. Lekin tajribalar uchun tanlangan engil berilliy yadrolariga kirib borish uchun bor Z= 4, bu etarli edi.

Proton chiqarmaydigan yadrolar ZnS sink sulfidida chaqnamaydigan boshqa nurlanishlarni chiqaradi, deb qo'rqishgan. Shuning uchun sink sulfid ekrani Geiger hisoblagichi bilan almashtirildi. Uning harakati hisoblagichga uchayotgan yadro zarrasi undagi gazni ionlashtirishiga asoslanadi. Natijada, hisoblagich pallasida oqim zarbasi paydo bo'ladi (Geiger hisoblagichi haqida batafsil ma'lumot uchun 130-betga qarang).

Nurlanganda a- berilliy, bor, litiy plitalarining zarralari, tajriba ko'rsatganidek, Geiger hisoblagichining zaif zaryadlarini keltirib chiqaradigan qandaydir nurlanish paydo bo'ladi. Beriliy ayniqsa kuchli nurlanish berdi. Bular berilliy nurlar juda katta penetratsion ta'sirga ega edi: qalinligi 2 sm bo'lgan qo'rg'oshin plitasi ularning intensivligini atigi 14% ga kamaytirdi.

Bote va Bekker berilliy nurlarining juda qattiq ekanligini ta'kidladilar g- kvant. Qo'rg'oshinning yutilishi natijasida ularning energiyasi 7 MeV ekanligi aniqlandi. Lekin energiya a-zarralar 5,25 MeV bo'lgan. Energiya ko'tarilishi qaerdan paydo bo'ldi?

1931 yilda, Iren va Frederik Joliot-Kyuri. Qo'rg'oshin plitalari o'rniga kerosin varaqlarini qo'yib, ular berilliy nurlari ta'sirida kerosindan protonlar chiqarilishini aniqladilar, havodagi maksimal diapazoni 26 sm.Bu diapazon 4,5 MeV proton energiyasiga to'g'ri keladi.

Parafinlar bilan to'yingan uglevodorodlar umumiy formula C n H 2 n+2. Ularda katta raqam vodorod atomlari. Kerosinni berilliy nurlari bilan nurlantirish paytida protonlarning paydo bo'lishi Kyuri tomonidan talqin qilingan. Komptonning tarqalishi g-protonlardagi kvantlar - vodorod atomlarining yadrolari. Qaytgan proton tarqalganda oldinga siljiydi g kvant orqaga qaytariladi, θ = π . Bu yerdan qayerda m p protonning massasi, λ 0 - berilliyning to'lqin uzunligi g- kvant. Energiya E nokaut qilingan protonning energiya yo'qotilishiga teng bo'lishi kerak g-kvant, (18,6)

Buni taxmin qilaylik Keyin

Shunday qilib, berilliy energiyasi g-qo'rg'oshindagi yutilishdan hisoblangan kvant, 7 MeV, kerosindan urilgan protonlar energiyasidan - 46-48 MeV. Bundan tashqari, bu ma'lum bo'ldi α -energetikasi 5,25 MeV bo'lgan zarralar nokautga uchradi g-energetikasi 46-48 MeV bo'lgan kvant!

1932 yilda u berilliy nurlarining tabiatini o'rganishga kiritilgan. Jeyms Chadvik. Uni o'rnatish sxemasi Bothe va Becker sxemasidan deyarli farq qilmadi, faqat Geiger hisoblagichi o'rniga u Kyuri singari ionlash kamerasidan foydalangan. Chadwick berilliy nurlarining nafaqat kerosin, balki boshqa moddalar tomonidan ham tarqalishini tekshirdi. Energiya g-azotning qaytaruvchi yadrolarining energiyasidan o'lchangan kvantlar teng bo'lib chiqdi hn= 150 MeV.

Shunday qilib, berilliy nurlari qanday gipoteza g-kvanta, qarama-qarshi natijalarga olib keldi. O'lchov usuliga qarab, energiya g-kvantlar har xil bo'lib, 7, 48, 150 MeV ni tashkil etdi. Bu bu farazning noto'g'riligini isbotladi.

Xuddi shu 1932 yilda Chadvik berilliy nurlanishi degan xulosaga keldi. neytral zarralar oqimi, u chaqirgan neytronlar. Neytronlarning belgisi . Neytron hosil bo'lishining yadro reaktsiyasini quyidagicha yozish mumkin:

Neytronni ochish reaktsiyasi, 1930-32 . (18.7)

Chadwick neytron massasining birinchi o'lchovlarini ham amalga oshirdi. Neytronning massasi protonning massasiga yaqin ekanligi ma'lum bo'ldi. Neytron massasining aniq qiymati neytronlar ishtirokidagi turli yadro reaksiyalarining massa balansidan olingan.

5. Neytronning xossalari. Erkin neytron - beqaror elementar zarracha, proton, elektron va elektron antineytrinoga parchalanadi. (18.8)

Neytronning o'rtacha umri τ ≈ 16 daqiqa. Neytronning massasi protonning massasidan biroz kattaroq va shunday m n = 1838 men\u003d 1,6760 10 -27 kg. Neytron spini ħç 2. Shuning uchun elektronlar va protonlar kabi neytronlar tasvirlangan Fermi-Dirak statistikasi.

Proton va neytronning spin magnit momentlarining nisbati
M p cM n = - 3ç 2. “Minus” neytronning ichki mexanik va magnit momentlarining yo‘nalishlarini bildiradi. qarama-qarshidir.

Neytronlarning yuqori penetratsion kuchi ularning elektr zaryadining yo'qligi bilan bog'liq. Neytronlar atomlarning elektron qobiqlari bilan deyarli o'zaro ta'sir qilmaydi va farqli o'laroq a-zarralar va protonlar yadrolardan qaytarilmaydi. Shuning uchun, hatto past energiyada ham neytronlar atom yadrolariga yaqinlashib, ular tomonidan tutilishi mumkin.

Tez neytronlarni ro'yxatga olish uchun ularning vodorod yadrolari bilan elastik to'qnashuvlaridan foydalaniladi. Proton va neytron massalarining amaliy tengligi tufayli neytronning statsionar proton bilan elastik ta'sirida neytronning kinetik energiyasining katta qismi ikkinchisiga o'tadi. Natijada, neytron amalda to'xtaydi va proton neytronning boshlang'ich energiyasiga yaqin energiya bilan bir xil yo'nalishda harakat qiladi. Yo'lda proton kuchli ionlanish hosil qiladi va shuning uchun ionlash kamerasi, Geiger hisoblagichi yoki bulut kamerasi tomonidan ro'yxatga olinishi mumkin.

Atom yadrolari bilan bir necha ketma-ket to'qnashuvlardan so'ng, tez neytronlar ortiqcha energiyasini tashlab, keyinchalik termal tezliklar bilan xaotik harakatni amalga oshiradilar. Bunday termal neytronlar uchun vodorod atomlarining yadrolariga tarqalish yo'li bilan yuqorida tavsiflangan ro'yxatga olish usuli mos kelmaydi. Bunday holda, yadro reaktsiyalari qo'llaniladi, bunda yadroga kirgan neytron ikkinchisidan qochishga olib keladi. a yuqori energiyali zarralar. Masalan, (18.10)

6. Yadroning tuzilishi muammosi. XX asrning 30-yillari boshlariga kelib. Atomning quyidagi strukturaviy elementlari topildi: elektron, 1897, Tomson; proton, 1919 yil Ruterford;
neytron, 1932 yil Chadwick. Radioaktivlikning kashf etilishi va birinchi yadro reaktsiyalarining kuzatilishi savolni dolzarb qilib qo'ydi: atom yadrosi qanday joylashtirilgan?

Avvalo, atom yadrosini qandaydir ko'chmas yadro g'ishtlaridan yasalgan shar shaklida tasvirlab bo'lmasligi ma'lum bo'ldi. Atomning yadrosi juda katta yadro elementlari harakatlanadigan kichik hajmdagi kosmik. Ya'ni, bu hali noma'lum qonunlar bo'yicha harakatlanadigan va o'zaro ta'sir qiluvchi yadroviy ob'ektlar tizimi.

Avvalo, savolga javob berish kerak edi: yadro qanday zarralardan iborat. Tarixiy jihatdan ikkita variant ko'rib chiqildi: proton-elektron va proton-neytron yadrolari.

a.Proton-elektron yadrosi. 1930 yilda neytron kashf etilishidan oldin Pol Dirak Proutning barcha kimyoviy elementlar vodoroddan iborat degan fikrini tahlil qildi. Yadro tuzilishi muammosiga tatbiq etilganda, bu fikr elementlarning barcha yadrolari vodorod atomining yadrolaridan, ya'ni protonlardan iborat ekanligiga qadar qaynadi. (Vodorod izotopi deyteriy faqat 2 yildan keyin topilgan). Ammo bu shuni anglatadiki, davriy jadvaldagi elementning seriya raqami uning massa raqamiga teng bo'lishi kerak. Ammo jadvalda bunday elementlar yo'q. Geliy allaqachon seriya raqamiga ega Z= 2 va massa soni LEKIN= 4. Yadrodagi 4 ta protondan 2 tasi neytrallangandek. Geliy yadrosida 4 ta proton va 2 ta elektron bor deb taxmin qilish mumkin. Ammo bu holda, Heisenberg noaniqlik printsipi bilan ziddiyatlar mavjud. Darhaqiqat, yadrodagi impulsning noaniqligi, koordinata-momentum uchun noaniqlik munosabatidan ifodalangan: (18.11)

Lekin koordinataning noaniqligi D X yadro radiusidan katta bo'lishi mumkin emas, hech bo'lmaganda D X≈ r 0 . 1909 yilda Ruterford tajribalaridan r 0 ≈ 10 –15 m.Yadrodagi elektronning impulsi impulsning noaniqligidan kam boʻlishi mumkin emas, va uning minimal tezligi relativistik formuladan (18.12)

Bu yerda men elektronning qolgan massasi. Hisob-kitoblardan so'ng biz olamiz v = 0,99998c, qayerda Bilan yorug'lik tezligidir. Relyativistik formula bilan hisoblangan kinetik energiya yadrodagi elektron

Lekin yadrodan chiqarilgan elektronlar at β -parchalanish, 10 MeV ichida energiyaga ega. Bunday hayratlanarli nomuvofiqlikni ishonchli tushuntirishni topish juda qiyin.

Yadroning proton-elektron modelining ikkinchi qiyinligi deyiladi azot halokati. Uning mohiyati quyidagicha.

Atom spektrlarining o'ta nozik bo'linishidan magnit momentni hisoblash mumkin edi atom yadrolari. Bu elektronning spin magnit momentidan taxminan 1000 marta kam bo'lib chiqdi. Agar yadroda elektronlar juft sonli bo'lsa, yadroning bunday kichik magnit momentini yadrodagi elektronlar qarama-qarshi spinli juftlar hosil qilishi bilan izohlash mumkin, shuning uchun yadroning magnit momenti quyidagilardan iborat. proton momentlari. Protonning magnit momenti esa elektron momentidan 658 marta kam.

Ammo azot atomining yadrosida 14 proton va 7 elektron bo'lishi kerak. Agar 6 ta elektron qarama-qarshi spinli juftlik hosil qilsa, bitta elektron juftlanmagan holda qoladi. Bu juftlashtirilmagan elektron azot yadrosini xuddi shunday magnit moment bilan ta'minlashi kerak, ya'ni elektronlari juft sonli yadrolardan 1000 marta ko'p. Lekin bu emas. Azot yadrosining magnit momenti boshqa yadrolarniki bilan bir xil tartibda.

b.Proton-neytron yadrosi. Neytron kashf etilganidan olti oydan kamroq vaqt o'tgach, deyarli bir vaqtning o'zida va bir-biridan mustaqil Dmitriy Ivanenko va Verner Heisenberg taklif qildi proton-neytron asosiy tarkibi. Keyinchalik ishlab chiqilgan yadroning proton-neytron modeli eksperiment bilan juda mos keladi va hozirda umumiy qabul qilingan. Ushbu modelga ko'ra, atomning yadrosi mavjud Z protonlar va A-Z neytronlar. Bu yerda Z- davriy sistemadagi elementning seriya raqami. Asosiy zaryad q= Ze +, shuning uchun raqam Z tez-tez chaqiriladi zaryad raqami. qiymat LEKIN chaqirdi massa raqami. Bu uglerod birliklarida ifodalangan va eng yaqin butun songa yaxlitlangan elementning atom massasiga teng butun son. Yadrodagi proton va neytronlar deyiladi nuklonlar(latdan. yadro- yadro). Bu yadro tarkibidagi proton va neytronning turli holatlardagi bir xil zarracha ekanligini ta'kidlaydi. Massa raqami LEKIN- yadrodagi nuklonlar soni. Yadrolardagi protonlar va neytronlar soni o'rtasidagi nisbatga qarab, ular mavjud izotoplar, izobarlar va izotoonlar.

izotoplar(yunoncha isos - teng, topos - joy) - protonlar soni bir xil bo'lgan, ya'ni bir xil sonli yadrolar Z, va boshqa neytronlar soni. Barcha izotoplar davriy sistemaning bir xujayrasiga joylashtirilgan va bitta navdir kimyoviy element. Izotoplar soni jihatidan farq qiladi N yadrodagi neytronlar. Masalan, vodorodning izotoplari:

Protiy, , yadro-proton, Z = 1, A = 1, N = A–Z= 0, neytronlar yo'q.

Deyteriy, , deytron yadrosi, Z = 1, A = 2, N= 1, bitta neytron.

Tritiy, triton yadrosi, Z = 1, A = 3, N= 2, ikkita neytron.

Geliy izotoplari:

, Z= 2 (ikki proton), A = 3, N= 1 (bitta neytron), barqaror.

, Z = 2, A = 4, N= 2 (ikki neytron), barqaror.

, Z = 2, A = 6, N= 4 (to'rt neytron), beqaror.

, Z = 2, A = 8, N= 6 (olti neytron), beqaror.

Hozirda ma'lum bo'lgan elementlarda raqam mavjud Z Taxminan 105 ga etadi. Bu elementlar soni taxminan 1500 ta ma'lum izotopni tashkil qiladi. Har bir element uchun o'rtacha
14 izotop. Shundan 1 ç 5 - barqaror va 4 ç 5 - beqaror.

Xuddi shu kimyoviy elementning izotoplari bir xil kimyoviy va deyarli bir xil jismoniy xususiyatlar. Shuning uchun izotoplarni ajratish murakkab fizik-kimyoviy muammodir. Vodorod izotoplari eng sezilarli darajada farqlanadi.

izobarlar(dan isos- va yunoncha baros- tortishish) - bir xil massa soniga ega yadrolar LEKIN. Masalan, tritiy va geliy. Ularda 3 ta nuklon bor, lekin protonlar va neytronlar orasidagi nisbat boshqacha. tritiy Z = 1, N= 2, geliy uchun Z = 2, N = 1.

izotonlar neytronlari soni bir xil bo'lgan yadrolardir. Izobarlar singari izotonlar ham turli kimyoviy elementlarning yadrolaridir. Masalan, yadrolar va 3 ta neytronni o'z ichiga oladi.

Sozlar izobarlar va izotoonlar so'zga qaraganda kamroq qo'llaniladi izotoplar.

1. Yadro o'lchamlari uch usulda aniqlanadi: tez elektronlar yadrolariga sochilish, spektrlarni o'rganish. mezoatomlar va neytron yadrolari tomonidan diffraktsiya.

a. Tez elektronlar yadrolariga sochilishi aniqlash imkonini beradi yadroning elektr radiusi R elektron pochta Energiyasi kamida 100 MeV bo'lishi kerak bo'lgan elektronlar yadro bilan elektromagnit, ammo yadroviy emas. Shuning uchun, ularning tarqalishiga asoslanib, aslida yadrodagi protonlarning tarqalishini hukm qilish mumkin.

b. Mezoatomlarning spektrlari , ya'ni elektronlardan biri almashtirilgan atomlar muon. Muon µ - elementar zarracha, uning zaryadi zaryadga teng elektron va massasi 207 marta katta, m= 207men. Elektron kabi, muon ham yadroviy o'zaro ta'sirlarda qatnashmaydi. Mezoatomlar spektrlari oddiy atomlarning spektrlariga qaraganda yadro tuzilishi haqida ko'proq ma'lumot beradi, chunki muon o'zining katta massasi tufayli yadroga elektronga qaraganda 207 marta yaqinroq harakat qiladi. Myuon hatto yadro ichida ham nisbatan sezilarli vaqt o'tkazadi.

ichida. Neytron yadrolari bilan diffraktsiya 20 MeV tartibli energiya bilan neytronlar boshdan kechiradigan afzalliklarga ega yadroviy yadro bilan o'zaro ta'sir. Ushbu o'zaro ta'sirning radiusi juda kichik. Shuning uchun neytronlar yadroga sezilarli darajada diffraktsiya qiladi, ya'ni ular to'g'ri chiziqli harakatdan chetga chiqadi, faqat yadroga juda yaqin va yadro ichida uchadi. Yadro tashqarisida ham, ichida ham o'tgan neytronlar tomonidan hosil bo'lgan diffraktsiya maksimalining kengligidan neytronlar uchun yadroning hajmini ham, shaffoflik darajasini ham taxmin qilish mumkin.

Neytronlarning yadrolar tomonidan diffraksiyasi yadro tortishish kuchlari harakat qiladigan mintaqaning radiusini aniqlash imkonini beradi. Aslida, bu yadroning nuklonlari to'plangan hududdir. Tajribalardan kelib chiqadiki yadro radiusi uning tarkibidagi nuklonlarning A sonining kub ildiziga proporsionaldir., m (19,1)

Yadrodagi nuklonlar konsentratsiyasini hisoblaylik. Buning uchun massa raqami A yadro hajmiga bo'linishi kerak. .

Bir nuklonning massasiga ko'paytirish m p= 1,67·10 -27 kg, yadro moddasining o'rtacha zichligi r ni olamiz. .

Yadro moddasining zichligi yadrodagi nuklonlar soniga bog'liq emas. U barcha yadrolarda bir xil va ulkan qiymatdir. Bunday moddaning bir kub millimetri 200 000 tonna massaga ega bo'ladi. Bu zichlik ρ yadro materiyasining doimiy bo'lishi yadrodagi nuklonlarning o'rash ma'nosida suyuq molekulalarga o'xshashligini ko'rsatadi. Yadrodagi nuklonning o'rtacha hajmi yadro hajmiga bog'liq emas, xuddi suyuqlikdagi molekuladagi o'rtacha hajm tomchi hajmiga bog'liq emas.

2. Yadro kuchlari. 1909 yilda Ruterford tajribalari. dispersiya orqali a-zarralar Kulon qonunining yadrolar kattaligigacha bo'lgan mikrokosmosda bajarilishini ko'rsatdi. Ammo bu yadrodagi protonlar orasida katta itaruvchi kuchlar harakat qilishi kerakligini anglatadi. Keling, geliy yadrosidagi ikkita proton uchun bu kuchlarning kattaligini topaylik. Geliy yadrosidagi nuklonlar soni. (19.1) formuladan geliy yadrosining radiusi R\u003d 1,25 10 -15 4 1/3 \u003d 2 10 -15 m. Biz protonlar yadro diametri 2 uchlarida joylashgan deb taxmin qilamiz. R= 4 10 -15 m.U holda ular orasidagi itaruvchi kuch:

Nega yadro protonlarning bunday katta o'zaro itarilishiga qaramay, uning tarkibiy qismlariga tarqalmaydi?

Yadrolarning eksperimental kuzatilgan barqarorligi bundan tashqari shuni anglatadi elektr kuchlari yadro zarralari orasidagi itarilish, tortishish kuchlari ham mavjud. Bu kuch bo'lishi mumkin emas tortishish kuchi. Ular potentsial energiya
– Gmp/2R= – 6,7 10 -11 (1,7 10 -27) 2 /4 10 -15 = – 5 10 -50 J, proton itilishining potensial energiyasi esa (1/4) πε 0)/(e 2 /2R) ≈ 6 10 -14 J! Bu 36 marta kattaroqdir.

Binobarin, atom yadrolari holatida biz o'zaro ta'sirning yangi, maxsus turiga duch kelamiz. Ushbu o'zaro ta'sir deyiladi kuchli, va unga javob beradigan kuchlar - yadroviy. To'liq nazariya yadro kuchlari ko'plab eksperimental faktlarni tushuntirish va bashorat qilishda katta muvaffaqiyatlarga erishgan bo'lsa-da, hali qurilmagan. Yadro kuchlari haqidagi asosiy zamonaviy g'oyalar quyidagilardir:

a. Yadro maydonining mavjudligi . Xuddi elektr kuchlari materialning mavjudligi bilan shartlanganidek elektromagnit maydon, yadroviy kuchlar moddiy yadro maydonining mavjudligi bilan bog'liq. EM maydonining manbalari moddaning har qanday elektr zaryadlangan zarralari - elektronlar, protonlar va boshqalar. Yadro maydonining manbalari nuklonlar - protonlar va neytronlardir. Nuklonlarning o'ziga xos xususiyati bor yadro zaryadi.

b. Yadro kuchlarining mustaqilligi . yadro zaryadi nuklonlar kattaligi va belgisi jihatidan bir xil. Bu nuklonning elektr zaryadiga (proton) ega yoki yo'qligiga (neytron) bog'liq emas. Yadro kuchlari yordamida neytron bilan neytron, proton bilan neytron va ikkita proton bir xil tarzda o'zaro ta'sir qiladi.

ichida. Qisqa masofali yadro kuchlari. Nuqta manbalari (zaryadlar, massalar) orasidagi masofaning kvadratiga mutanosib ravishda kamayib boruvchi Kulon va tortishish kuchlari bilan solishtirganda, yadro kuchlari tezroq kamayadi. Ular yadro diametri tartibidagi masofalarda juda katta, ammo uch diametrli masofada ular deyarli ko'rinmas. Nuklonlar bir-biriga yaqinlashganda, tortishish qaytarilish bilan almashtiriladi.

G. Yadro kuchlari markaziy emas. atrofidagi elektr maydoni nuqta zaryadi nuqta massalari atrofidagi tortishish maydoni esa markaziy simmetrikdir. Alohida nuklonning yadro maydoni markaziy simmetriyaga ega emas. Bu nuklonlarda spin mexanik va magnit momentlarning mavjudligi bilan bog'liq. Nuklonlarning o'zaro ta'siri ularning spinlarining yo'nalishiga bog'liq. Misol uchun, neytron va proton og'ir vodorod yadrosida - deytronda, agar ularning mexanik spinlari bir-biriga parallel bo'lsa, birga bo'ladi.

d. Yadro kuchlarining to'yinganlik xususiyati. Ma'lumki, ikkita elektr zaryadining o'zaro ta'sir qilish energiyasi uchinchisining mavjudligiga bog'liq emas ( superpozitsiya printsipi). Har bir keyingi zaryadning kiritilishi bilan tizimning energiyasi kiritilgan zaryad miqdoriga mutanosib ravishda ortadi. Har bir elektr zaryadi cheksiz miqdordagi boshqa zaryadlar bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin. Elektr kuchlarining to'yinganligi yo'q.

Yadro kuchlarining to'yinganligi yadrodagi har bir nuklonning cheklangan miqdordagi nuklonlar bilan o'zaro ta'sir qilishidan iborat. Bu elementlarning kimyoviy valentligiga biroz o'xshaydi. Masalan, uglerod atomi C to'rtta vodorod atomi H bilan qo'shilib, metan molekulasi CH 4 ni, ikkita kislorod atomi (CO 2) va boshqalarni hosil qilishi mumkin. Nuklonlar orasida kimyoviy elementlardagi kabi xilma-xillik yo'q. Shuning uchun yadro kuchlarining to'yinganligi o'zini shuni ko'rsatadiki maxsus bog'lanish energiyasi yadrodagi (nuklonga to'g'ri keladigan energiya) yadrodagi nuklonlar sonining ko'payishi bilan ko'paymaydi, lekin taxminan o'zgarmas bo'lib qoladi.

3. Yadro massasi kimyoviy elementlar atomining massasidan faqat elektron qobiq massasining qiymati bilan farq qiladi. Davriy jadvalda atomlarning massalari atom massa birliklarida a.m.u. A.m.u. 1 ga teng ç Uglerod atomining 12 massasi, 1 amu = 1,66 10 -27 kg. Asosiy uglerod izotopining yadrosida 12 ta nuklon (er yuzida 99%) boʻlgani uchun a.m.u. bir nuklonning massasiga yaqin.

Bir elektronning massasi men= 5,5 10 -4 amu Elektron qobiqning massa nisbati Zme atom massasi vodorod uchun men/m() = 5,5 10 -4 ç 1,008 = 0,0005, ya'ni 0,05%. Boshqa atomlar uchun bu nisbat undan ham kichikroq, chunki yadrodagi nuklonlar soni atomdagi elektronlar sonidan tezroq o'sadi. uran atomida Zme/m() = 0,0002 (0,02%). Shuning uchun, hisob-kitoblar to'rtta raqamdan ko'p bo'lmagan aniqlikni talab qiladigan hollarda, davriy sistemadagi kimyoviy element atomining massasi yadro massasi sifatida qabul qilinishi mumkin.

Sifatida yadro fizikasi ilgari noma'lum bo'lgan, jumladan, tabiatda mavjud bo'lmagan izotoplar yadro reaksiyalari natijasida topildi va sintez qilindi.

Kimyoviy o'lchash usullari atom massalari sun'iy izotoplar unchalik samarali bo'lmagan. 1919 yilda Frensis Aston konstruktsiyalar massa spektrografi- ionlarni massalari bo'yicha yuqori aniqlik bilan ajratishga qodir qurilma.

Har qanday massa spektrografi uchta asosiy qismni o'z ichiga oladi: ion manbai, analizator va qabul qiluvchi. Ion manbasida ionlar hosil bo'ladi va zaif ajralib chiqadigan nur hosil bo'ladi. Analizatorda nur bir nechta nurlarga bo'linadi, ular ion massalari bo'yicha farqlanadi va qabul qiluvchi qurilma yuzasiga - fotografik plitaga qaratilgan. 134-rasmda ana shunday mass-spektrograflardan birining diagrammasi keltirilgan. O'rganilayotgan elementning bug' oqimi ion manbasining 1-teshigiga kiradi va u orqali o'tadigan elektron nurlar tomonidan ionlanadi. Olingan ionlar diafragma 2 tomonidan tezlashadi va kollimatsiyalanadi.

Analizator tarmoq magnit maydonidir DA figuraning tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan. Ushbu magnit maydonda manbadan bir oz boshqacha burchak ostida chiqarilgan ionlar burilib, fokuslanadi. Sektorda ion harakatlanadigan doira radiusi qanchalik katta bo'lsa, uning o'ziga xos zaryadi shunchalik kichik bo'ladi, . (19.2)

(Qarang: Elektr, §14). Bu yerda v ion tezligi, e/m uning o'ziga xos to'lovidir.

Natijada bir xil izotopning ionlari Fp fotografiya plitasining bir joyiga tushib, unda rasm tekisligiga perpendikulyar tor chiziq hosil qiladi. Mass-spektrograflar nisbiy xatosi 10 -5 ¸10 -6 bo'lgan izotoplarning massalarini o'lchash imkonini beradi.

Agar fotografiya plitasini Faraday kubogi bilan almashtirsak va ion oqimini o'lchasak, ion nurlarining intensivligini aniqlashimiz va ion aralashmasidagi izotoplarning nisbiy ko'pligini topishimiz mumkin. Bunday qurilma deyiladi massa spektrometri.

4 . Massa nuqsoni va yadroviy bog'lanish energiyasi. Yadro massasi m i har doim uni tashkil etuvchi nuklonlarning massasidan kichikdir Zm p+ (A-Z)m n.D qiymati m = Zm p + (A-Z)m n –m men (19,3)

chaqirdi ommaviy nuqson. Bu yerda m p,m n,m i esa proton, neytron va yadroning qolgan massalari.

Gap shundaki, erkin nuklonlar birlashganda energiya D massasini olib ketadigan EM nurlanish kvantlari shaklida chiqariladi. m. Bog'lanish energiyasi E yadrodagi nuklonlar soni formula bo'yicha hisoblanadi E sv = D mc 2 , (19.4)

qayerda c yorug'likning vakuumdagi tezligidir. Yadroni yo'q qilish, ya'ni nuklonlarga bo'lish uchun energiya berish kerak E, bog'lanish energiyasidan kam bo'lmagan, E≥ E St.

Yadrolarning barqarorligini baholash uchun ko'rsatkich o'ziga xos bog'lanish energiyasi E St. cA, ya'ni 1 nuklonga to'g'ri keladigan energiya. 135-rasmda uning modulining massa soniga eksperimental bog'liqligi ko'rsatilgan A MeV/nuklondagi barqaror yadrolar. Qora nuqtalar protonlar soni bo'lgan juft-juft yadrolarni bildiradi Z va neytronlar soni A-Z- juft raqamlar. To'g'ri xochlar - toq bo'lgan yadrolarga A. Oblik xochlar g'alati-g'alati yadrolarni bildiradi.

Ichida deyteriydan boshlab, engil yadrolar uchun o'ziga xos bog'lanish energiyasi ko'rsatilgan ( A= 2) va neon bilan tugaydi ( A = 20).

Birinchi yaqinlashishda o'ziga xos bog'lanish energiyasi 7,4 MeV dan farq qiladi ç deyteriydagi nuklon 8,8 MeV gacha ç temirdagi nuklon, ya'ni taxminan 1,4 MeV ichida ê nuklon. Ammo o'zgarishning tabiati ko'rsatkichdir. Deyteriydan temirgacha, kattalik E St. cA da maksimal darajaga yetib, oʻsadi A= 56, ya'ni temir yadrolari hududida. O'sish bilan temirdan keyin A solishtirma bog'lanish energiyasi 7,5 MeV ga tushadi ç davriy sistemaning oxiridagi nuklon.

Egri chiziqning maksimali eng barqaror yadrolarga to'g'ri keladi. Bularga yadrolar kiradi E St. cA> 8,6 MeV ç nuklon juft-juft kaltsiy bilan boshlanib, juft-juft qo'rg'oshin bilan tugaydi E St. cA= 7,9 MeV ç nuklon. bilan eng engil yadrolar A < 20 энергетически выгодно сливаться друг с другом в более тяжёлые с выделением termoyadroviy energiya. bilan eng og'ir yadrolar uchun A> 207, aksincha, bo'laklarga bo'linish jarayoni foydali bo'lib, u energiyaning chiqishi bilan davom etadi, bu deyiladi. yadroviy.

Qizig'i shundaki, 135-rasmdagi ba'zi elementlarning yadrolari egri chiziqdan bir oz yuqoriroqdir. Bular protonlar soni bo'lgan yadrolardir Z yoki neytronlar soni N=A-Z deb ataladigan narsaga teng sehrli raqamlar: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Bu yadrolar qo'shnilariga nisbatan kuchini oshirdi. Ikki marta sehrli yadrolar ayniqsa kuchli.Bulardan yadro shunchalik kuchliki, hatto og'ir yadrolarning parchalanishi paytida ham u butun holda uchib ketadi ( a-zarracha).

5 . Yadrolarning aylanishlari.§18 da aytib o'tilganidek, proton va neytronlar elektronlarniki kabi spin mexanik momentlariga ega. Jismoniy o'qga proyeksiyada proton, neytron va elektronning spin mexanik momentlari qiymatlarni olishi mumkin. L sz = ± ћç 2.

Spin momentlarini eksperimental aniqlashning barcha usullari Ls protonlar, neytronlar va yadrolar mexanik spin momentlarining ulanishiga asoslangan Ls magnit aylanish momentlari bilan Xonim. O'rtasidagi munosabatni bilish Ls va Xonim bu zarralar uchun M s magnit momentining kattaligi va xususiyatlariga ko'ra, mexanikasini o'rnatish mumkin. Ls.

Eng erta eksperimental usullar magnit aylanish momentlarini aniqlash M lar vodorod (proton spini), deyteriy (yadro spini proton + neytron → neytron spini) va boshqa atomlarning optik spektrlarining oʻta nozik tuzilishini oʻrganishga asoslangan edi. Keyinchalik ular radiospektroskopiya yordamida magnit maydondagi yadrolarning harakatini o'rganishga kirishdilar. Qisqa muddatli izotoplar yadrolarining spinlari bilan aniqlanadi yadro reaksiyalari saqlanish qonunlari asosida qo'zg'atilgan yadrolarning spinlari - ular chiqaradigan bo'yicha g-radiatsiya.

Tajribalar shuni ko'rsatadiki, yadroning spin momentlari (mos ravishda mexanik va magnit) yadroni tashkil etuvchi nuklonlar momentlarining geometrik yig'indilariga teng. Shuni yodda tutish kerakki, har bir nuklonning umumiy impulsi spin va orbital (ya'ni nuklonning yadrodagi ma'lum bir "orbita" bo'ylab harakati bilan bog'liq) momentlarining yig'indisidir. Yadrodagi nuklonning orbital mexanik momenti spin momentidan farqli ravishda faqat butun son qiymatlarni qabul qilishi mumkin. Agar a L sz= ± ћç 2, keyin L lz =± nћ, qayerda n butun sondir. Keling, yadro spinlari bo'yicha asosiy eksperimental faktlarni sanab o'tamiz.

a. Yadrolarning mexanik momentlarini juft bilan aylantiring A har doim butun son, toq A - yarim butun son . Masalan, deytronning aylanishi L sz = ± ( ћç 2+ћç 2) = ± ћ . Deyteriy yadrosidagi neytron va protonning spinlari parallel.

b. Asosiy holatlardagi barcha juft-juft yadrolarning spin mexanik momentlari nolga teng . Deyteriyning proton-neytron juftidagi spinlar parallel bo'lganligi sababli, xulosa qilish kerak. antiparallel spinlar faqat bir xil nomdagi juftlikda bo'lishi mumkin, ya'ni proton-proton va neytron-neytron uchun.

ichida. Qolgan barqaror yadrolarning spin mexanik momentlari oshmaydi 9ћç 2, ya'ni ular yadroga kiradigan barcha zarralarning spin va orbital momentlarining mutlaq qiymatlari yig'indisiga nisbatan juda kichikdir. Bu shuni ko'rsatadiki, nuklonlarning aksariyati nolga teng umumiy impulsga ega bo'lgan va yadro spinini yaratishda ishtirok etmaydigan yopiq qobiqlarda kuchli bog'langan.

6. Yadrolarning magnit momentlari. Nolga teng bo'lmagan spinli har bir yadro magnit momentga ega M yadroning bir xil tashqi magnit maydon bilan o'zaro ta'sirini tavsiflovchi B . Magnit momentning yo'nalishi M mikrozarrachalar aylanish mexanik momentining yo'nalishiga to'g'ri keladi Ls imzolashgacha. M s = g Ls (19.5)

Bu yerda g – giromagnit nisbat. Bu proton uchun ijobiydir (vektorlar Xonim va Ls mos keladi, neytron uchun u manfiy (vektorlar Xonim va Ls qarama-qarshi). Yadro va nuklonlarning magnit momentlarini aniqlashning ko'plab usullari mavjud. Keling, ulardan uchtasini ko'rib chiqaylik.

a. Optik spektrlarning o'ta nozik tuzilishini o'rganish. Ushbu usul avvalgi xatboshida aytib o'tilgan. Biz shuni qo'shamizki, shu yo'l bilan yadro magnit momentlari elektronning spin magnit momentidan uch daraja kichikroq ekanligini va shunday tartibga ega ekanligini aniqlash mumkin edi. yadro magnitoni M i = ećç 2m p= 5,05 10 -27 J ç Tl. Shunung uchun o'ta nozik bo'linish spektral chiziqlar kattaligidan uch daraja kamroq nozik tuzilish, elektronning aylanish momentining orbital bilan o'zaro ta'siri tufayli.

b. Yadro magnit-rezonans usuli kuchli doimiy magnit maydonda joylashgan yadroning spini ma'lum bir rezonans chastotasining zaif yuqori chastotali maydoni ta'sirida "ag'darib ketishi" mumkinligida yotadi. O'rnatish sxemasi 136-rasmda ko'rsatilgan.

Uch magnit maydonlar. Birinchidan, kuchli doimiy magnit maydon B Magnitlar tomonidan yaratilgan ≈ 1 T 1. Magnit maydonning maqsadi B yadro magnit momenti va orasidagi bog'lanishning uzilishidir elektron qobiq, yadro sathining o'ta nozik Zeeman bo'linishini yaratish. Ikkinchidan, generator 5 dan bobin 3 tomonidan yaratilgan yuqori chastotali maydon B " , perpendikulyar yo'naltirilgan B . Maydon chastotasi B " o‘zgarishi mumkin. Bu maydonning maqsadi yadro spinining rezonansli uzilishidir. Uchinchidan, bobinlar tomonidan yaratilgan modulyatsiya qiluvchi o'zgaruvchan maydon 2 B m, parallel yo'naltirilgan B va 50 Gts past doimiy chastotaga ega. Bu maydonning maqsadi rezonansda osiloskop 6 da statsionar tasvirni olish uchun yadro spinining sekundiga 50 marta teskari aylanishini takrorlashdan iborat. Namuna tomonidan rezonansda so'rilgan energiyani o'lchash orqali kuchli magnit maydon induktsiyasi B va generatorning chastotasi, zamonaviy qurilmalarda yadrolarning magnit momentini 6 kasr aniqligi bilan aniqlash mumkin.

ichida. Isidor Rabi usuli, 1937 yil Yadro magnit rezonansi usuli neytronning magnit momentini o'lchay olmaydi, chunki neytronlar ampulada saqlanmaydi, ular faqat nurlarda mavjud. Rabi usulining sxemasi 137-rasmda keltirilgan. 1-manbadan neytron nurlari ketma-ket ikkita bir xil bo'lmagan magnit maydonlar 2 va 4 ga qarama-qarshi yo'naltirilgan gradient bilan o'tadi. dBcdy. Bir jinsli bo'lmagan magnit maydonda spin magnit momentiga ega bo'lgan zarrachaning traektoriyasi magnit momentning yo'nalishiga qarab gradient bo'ylab yoki unga qarshi qiyshiq bo'ladi. Birinchi magnit maydon 2 neytronlarning traektoriyasini bukadi, ikkinchi maydon 4 ularni detektorga qaratadi 5. Agar hozir maydonlar orasidagi bo'shliq 3 ga biz doimiy kuchli bir hil va kuchsiz yuqori chastotali magnit maydonlarining kombinatsiyasini kiritamiz. oldingi sxema, keyin neytron spini rezonansda aylanadi. Natijada, bu neytronlar ikkinchi bir xil bo'lmagan maydon 4 tomonidan fokuslanmaydi va detektorga tushmaydi 5. Shuning uchun detektordagi hisoblash intensivligi grafigida yuqori chastotaning chastotasiga qarab keskin pasayish bo'ladi. -rezonansdagi chastota maydoni. Uning joylashuvi neytronning magnit momentining kattaligini aniqlaydi.

Rabi usulida molekulyar nurlardan ham foydalanish va yadrolarning magnit momentlarini aniqlash mumkin.

Nuklonlar va atom yadrolarining magnit momentlari bo'yicha asosiy eksperimental faktlarni sanab o'tamiz.

a. Protonning magnit aylanish momentlari Mp va neytron M n quyidagilar: Mp= 2,79 M i, M n = –1,91 M i. Bu yerda M i = ehç 2m p= 5,05 10 -27 J ç Tl - yadro magnitoni.

b . Nolga teng spinli yadrolarning magnit momentlari nolga teng.

ichida . Nolga teng bo'lmagan spinli yadrolarning magnit momentlari yadro magnitoni tartibida.

G. Nuklonlarning spin magnit momentlari qo'shimcha emas. Masalan, deytron parallel spinli proton va neytrondan iborat. Deytronning umumiy magnit momenti bo'lishi kerak M d = M p + M n= 2,79 M i – 1,91 M i = 0,88 M i. Ammo tajriba beradi M d = 0,86 M i. Ushbu noadditivlik nuklonlar orasidagi ta'sir etuvchi kuchlarning markazsizligi bilan bog'liq.

7 . Atom yadrosining modellari. Ikki asosiy qiyinchilik: nuklonlar orasidagi ta'sir kuchlari to'g'risida etarli ma'lumotga ega emasligi va noqulaylik tufayli yadroning izchil nazariyasi hali qurilmagan. kvant muammosi ko'p tanalar. Axir, massa soniga ega bo'lgan yadro A kamida iborat tizim bilan tavsiflanishi kerak A tenglamalar. Oddiy tenglamalar yordamida yadroning ma'lum bir xossalarini tasvirlash imkonini beradigan yadro modellarini yaratish orqali bu qiyinchiliklarni qisman bartaraf etish mumkin.

O‘nga yaqin modellar ishlab chiqilgan bo‘lib, ularning har biri o‘ziga xos yadro xossalari va o‘ziga xos hodisalar doirasini tavsiflaydi. Keling, ulardan ikkitasini ko'rib chiqaylik.

a. tomizish modeli. Unga taklif qilishdi Yakov Frenkel 1937 yilda. Bu modeldagi yadro suyuqlik tomchisiga, qo'zg'atilgan yadro qizdirilgan tomchiga o'xshatiladi. Agar E - nuklonlar soni bilan qo'zg'atilgan yadroning energiyasi A, keyin nuklonlarga 3 erkinlik darajasi belgilab, biz quyidagilarni olamiz:

. (19.6)

E = 10 MeV da T≈ 10 9 K. Neytronlar, protonlar va a-bunday modeldagi zarralarni tomchi yadroning bug'lanishi deb talqin qilish mumkin.

Tomchi modelining asosi yadro kuchlarining qisqa masofali ta'siri va zichlikning A massa sonidan mustaqilligi edi. Tomchi model yadrodagi zarrachalarning bog'lanish energiyasining yarim empirik formulasini olish va tavsiflash imkonini berdi. og'ir yadrolarning bo'linish jarayoni.

b. Shell modeli. U 1951 yilda taklif qilingan. Mariya Goeppert-Mayer. Qobiq modeli uchun asos, ayniqsa barqaror yadrolarning mavjudligi haqiqati edi. sehrli va ikki baravar sehrli.

Ushbu modelda nuklonlar bir-biridan mustaqil ravishda harakat qiladi deb hisoblanadi o'rtacha markaziy simmetrik maydon. Atomda bo'lgani kabi, yadro ham bor deb taxmin qilinadi diskret darajalar, Pauli printsipini hisobga olgan holda nuklonlar bilan to'ldirilgan. Bu darajalar guruhlarga bo'linadi chig'anoqlar, ularning har biri ma'lum miqdordagi nuklonlarni o'z ichiga olishi mumkin. To'liq to'ldirilgan qobiq barqaror yadro hosil qiladi.

Sehrli va ikki baravar sehrli yadrolarning mavjudligining eksperimental faktidan kelib chiqadiki, to'ldirilgan qobiqlarda nuklonlarning sehrli soni 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Koinotda ko'plab sehrli yadrolar ko'proq tarqalgan. ularning sehrli bo'lmagan qo'shnilari. Ikki marta sehrli (istisno) bilan bir qatorda, bu o'z ichiga oladi

Qobiq modeli matematik jihatdan yaxshi ishlab chiqilgan va sehrli yadrolar va 1 nuklon (etishmayotgan yoki ortiqcha) bilan farq qiluvchi qo'shni yadrolarning xususiyatlarini tushuntirishga imkon beradi. Bu modelda nuklonlar orasida harakat qiluvchi real kuchlar nuklonlar bir-biridan mustaqil ravishda harakatlanadigan o'z-o'zidan izchil maydon bilan almashtiriladi. Chig'anoqlarni qurish sxemasi davriy jadvalni to'ldirishni biroz eslatadi, ammo jiddiylik jihatidan undan past.

Rezerford tajribalari atomning kichik musbat zaryadlangan yadro va uning atrofida aylanadigan elektronlardan iborat ekanligini isbotladi. Ma'lum bo'lishicha, atomning kattaligi bilan solishtirganda, yadro juda kichikdir. Yadro atomdan 100 000 marta kichik.

Agar atom yadrosi no'xat hajmiga oshirilsa, atomning diametri Ostankino minorasining balandligiga teng bo'ladi.

Keyingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, atom yadrosining zaryadi D.I davriy jadvalidagi elementning seriya raqami Z ko'paytmasiga teng. Mendeleyev elementar zaryad. Ya'ni atom raqami Z atomdagi elektronlar sonini, yadrodagi protonlar sonini aniqlaydi.

Agar yadro faqat protonlardan iborat bo'lsa, u holda har qanday kimyoviy element yadrosining massasi protonlarning Z massasiga teng bo'ladi. Lekin, aslida, barcha elementlarning yadrolarining massasi ancha katta. Shuning uchun 1920 yilda Rezerford elektr neytral zarracha mavjudligini taklif qildi. Bu zarracha keyinchalik eksperimental tarzda topilgan. Ular uni chaqirishdi neytron.

1932 yilda ular taklif qilishdi proton-neytron modeli atom yadrosi. Protonlar va neytronlar deyiladi nuklonlar.

Nuklonlarning umumiy soni (protonlar + neytronlar) deyiladi massa raqami A. Hozirgi vaqtda kimyoviy elementlarning atomlari uchun quyidagi belgilar qabul qilinadi:

Asosiy barqarorlik

Nima uchun yadro barqaror? Yadro ichidagi protonlar o'rtasida 230 N atrofida katta kattalikdagi Kulon ittiruvchi kuchlar ta'sir qiladi, ammo yadro parchalanmaydi! Barqarorlikning sababi boshqa tabiatdagi kuchlarning mavjudligi, ular deyiladi kuchli o'zaro ta'sirlar.

Bu kuchlar Kulonning itaruvchi kuchlaridan 100 marta katta. Ular faqat 10-15 m masofada paydo bo'ladi, ular faqat tortishish kuchlaridir.

Yadro massasi

Barcha yadrolarning (vodoroddan tashqari) massalari ularni hosil qiluvchi erkin proton va neytronlarning massasidan kichikdir. Massa farqi deyiladi ommaviy nuqson.

Neytronning kashf etilishi darhol atom yadrosining tuzilishi haqidagi tushunchaning o'zgarishiga olib keldi. Yadroda neytron kashf etilishidan oldin mavjud bo'lgan proton va elektronlar borligi haqidagi gipoteza ko'pchilik olimlar tomonidan qo'llab-quvvatlanmadi. 1932 yilda ajoyib kashfiyotlar uchun hayratlanarli darajada samarali bo'lgan rus olimi Dmitriy Dmitrievich Ivanenko yadroning proton-neytron modeli haqidagi farazni ilgari surdi, uning modelidagi elektronlar yadroning bir qismi emas edi. Biroz vaqt o'tgach, Geyzenberg yadroning shunga o'xshash modelini ifoda etdi. Aytish kerakki, ushbu model ko'plab olimlar tomonidan shubha bilan qabul qilingan. Ularga bu P-emirilish vaqtida elektronlar emissiyasiga ziddek tuyuldi. Geyzenberg "u eng taniqli fiziklar tomonidan qattiq tanqid qilinganini" esladi. Ivanenko olimlarni kashfiyotining to'g'riligiga ishontirish uchun ham, ustuvorligini himoya qilish uchun ham ko'p kuch sarfladi. Tez orada yadroning proton-neytron modeli tan olindi va umumiy qabul qilindi, garchi atom yadrosi hali ham ko'p sirlarni o'z ichiga oladi. Keling, atom yadrosini tashkil etuvchi zarralar haqida bir necha so'z aytaylik. (Kvant mexanikasiga ko'ra protonlar ham, neytronlar ham to'lqin xususiyatlariga ega ekanligini esdan chiqarmaslik kerak).

PROTON vodorod atomining yadrosi boʻlib, uning zaryadi kattaligi boʻyicha elektron zaryadiga teng va ishorasi boʻyicha qarama-qarshi (+ e = 1,6 x 10-19 S.) va massasi (mp = 1,6726485 ± 0,0000086) x 10- 27. kg.

NEYTRON zaryadi nolga teng va massasi deyarli protonning massasiga teng (mm = 1,674954 ± 0,000009) x 10-27 kg. 1, Neytronlar va protonlar qabul qilindi umumiy ism nuklonlar. Yadrodagi nuklonlarning umumiy soni, ya'ni. yadrodagi proton va neytronlar soni, massa soni deyiladi va A harfi bilan belgilanadi. Yadrodagi protonlar soni Z bilan belgilanadi. U atom raqami deb ataladi va elektronlar soniga ham teng. atomning tashqi qobig'ida. Yadrodagi neytronlar soni N = A - Z.

Joliot-Kyuri turmush o'rtoqlarining taklifiga binoan kimyoviy elementlar element belgisining chap tomonida ikkita indeks bilan belgilanadi: Yuqori indeks massa sonini, pastki indeks protonlar sonini bildiradi, masalan, 13 Al, 11. H. Bir xil kimyoviy element yadrolarida neytronlar soni har xil, protonlar soni bir xil boʻlishi mumkin. Protonlar soni bir xil, ammo neytronlari turlicha bo'lgan bunday yadrolar izotoplar deyiladi. Ayrim izotoplar tabiatda uchramaydi, lekin yadro reaksiyalari natijasida olimlar laboratoriyalarida olinishi mumkin.

Atom yadrosi- markaziy qism atom, bunda uning asosiy qismi vazn(99,9% dan ortiq). Yadro musbat zaryadlangan, yadro zaryadini aniqlaydi kimyoviy element atom tegishli bo'lgan. Turli atomlarning yadrolarining o'lchamlari bir nechta femtometrlar, bu atomning o'zidan 10 ming marta kichikroqdir.

Atom yadrolarini o'rganish yadro fizikasi.

Atom yadrosi quyidagilardan iborat nuklonlar- musbat zaryadlangan protonlar va neytral neytronlar yordamida oʻzaro bogʻlangan kuchli o'zaro ta'sir. Proton va neytron o'z burchak momentiga ega ( orqaga), ga teng [sn 1] va tegishli magnit moment. Yadroda neytron bo'lmagan yagona atom engil vodoroddir ( protium).

Ma'lum miqdordagi proton va neytronlarga ega bo'lgan zarralar sinfi sifatida qaraladigan atom yadrosi odatda deyiladi. nuklid .

Yadrodagi protonlar soni uning deyiladi zaryad raqami- bu raqam seriya raqamiga teng element atom tegishli bo'lgan jadval (elementlarning davriy tizimi) Mendeleev. Yadrodagi protonlar soni strukturani belgilaydi elektron qobiq neytral atom va shuning uchun Kimyoviy xossalari mos keladigan element. Yadrodagi neytronlar soni uning deyiladi izotopik raqam. Protonlar soni bir xil va neytronlari turlicha bo'lgan yadrolar deyiladi izotoplar. Neytronlari soni bir xil, lekin protonlari har xil bo'lgan yadrolar deyiladi izotoonlar. Izotop va izoton atamalari ko'rsatilgan yadrolarni o'z ichiga olgan atomlarga nisbatan, shuningdek, bitta kimyoviy elementning kimyoviy bo'lmagan navlarini tavsiflash uchun ham qo'llaniladi. Yadrodagi nuklonlarning umumiy soni uning deyiladi massa raqami() va davriy jadvalda ko'rsatilgan atomning o'rtacha massasiga taxminan teng. Massa soni bir xil, ammo proton-neytron tarkibi har xil bo'lgan nuklidlar deyiladi izobarlar.

Har qanday kvant tizimi singari, yadrolar ham metastabil qo'zg'aluvchan holatda va ba'zi hollarda bo'lishi mumkin hayot paytida bu holat yillar bilan hisoblanadi. Yadrolarning bunday qo'zg'aluvchan holatlari deyiladi yadro izomerlari .

Agar atom yadrosi no'xat hajmiga oshirilsa, atomning diametri Ostankino minorasining balandligiga teng bo'ladi.

Keyingi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, atom yadrosining zaryadi D.I davriy jadvalidagi elementning seriya raqami Z ko'paytmasiga teng. Mendeleev elementar zaryadda. Ya'ni atom raqami Z atomdagi elektronlar sonini, yadrodagi protonlar sonini aniqlaydi.

1932 yilda ular taklif qilishdi proton-neytron modeli atom yadrosi. Protonlar va neytronlar deyiladi nuklonlar.

Nuklonlarning umumiy soni (protonlar + neytronlar) deyiladi massa raqami A. Hozirgi vaqtda kimyoviy elementlarning atomlari uchun quyidagi belgilar qabul qilinadi:

Asosiy barqarorlik

Bu kuchlar Kulonning itaruvchi kuchlaridan 100 marta katta. Ular faqat 10-15 m masofada paydo bo'ladi, ular faqat tortishish kuchlaridir.

"Atom yadrosining tuzilishi" - Ernest Rezerford (atomning tuzilishi). Siz ko'rinmas narsadan o'lishingiz mumkin. Bekkerel Antuan Anri - 1897 yil "Qo'llari kalta qahramon" Ommaviy nuqson?m ENERGIYA!!! Igor Vasilevich Kurchatov. Atomning tuzilishi. organizmga biologik ta'sir. Atom yadrosining tuzilishi. Radioaktivlik - o'z-o'zidan nurlanish (uran tuzlarining fotografik plastinkadagi ta'siri).

"Atom yadrosining tuzilishi" - Yadro reaktori. Atom yadrolarining radioaktiv transformatsiyasi. Massa raqamlari kimyoviy elementlar. Atomning tuzilishi. Uran yadrolari neytronlar bilan bombardimon qilinadi. Atomning Rezerford modeli. Tekshirilayotgan metalldan folga. Atom yadrosining tarkibi. Rezerford tajribalari 1. Radiy donasi qalin devorli qo'rg'oshin idishga solingan.

"Fizikaning "yadrosining tuzilishi" - Proaktinius. Atom yadrosining proton-neytron modeli. Yarim hayot. Neytronning kashf etilishi tarixi bilan tanishing. To'lov raqami. radiatsiya. Yadrolarda nechta nuklon bor. Atom yadrosining tuzilishi. Noma'lum mahsulot. Qurilma. Izotoplar. Zarracha. Neytron. Radiatsiya. Atomning tuzilishi. Geliy yadrosi. Yangi element.

"Atomning tuzilishi va atom yadrosi" - Energiya darajasi(elektron qatlam). Elektron formulani yozing. Elektronlarning quyi darajalar bo'yicha taqsimlanishi. Atomning tarkibi. Atomlarning elektron formulalariga misollar. Maqsadlar. Azot atomining elektron grafik diagrammasi. Atomda elektronni topish. Yadroni ochish. Elektron orbitallarning tasviri. Energiya darajasida elektronlarni taqsimlash qoidalari.

"Atom yadrosining tarkibi" - Yadro KUCHLARI - yadrodagi proton va neytronlarni bog'laydigan jozibali kuchlar. Zaryad soni yadro zaryadiga teng, elementar bilan ifodalangan elektr zaryadlari. Zaryad raqami kimyoviy elementning tartib raqamiga teng. Vazifalar. Zaryadning mavjudligiga bog'liq emas. Dars rejasi. Umumiy shakl asosiy belgilar. Atom yadrosining tarkibi.

"Atom yadrosining tarkibi" - Atom yadrolarining o'lchamlari. Atom yadrosining tarkibi. Asosiy zaryad. Yadroning proton-neytron modeli. Kimyoviy element atomining yadrosi. Proton va neytron. Atom yadrosi. Radioaktivlik. Yadrodagi nuklonlarning xususiy bog'lanish grafigi. Rezerford tajribalarining sxemasi. To'lov raqami. Yadro kuchlarining xossalari. Atom yadrosidagi neytronlar soni. Neytronning kashfiyoti.

Mavzu bo'yicha jami 7 ta taqdimot mavjud

Protonning kashfiyoti. Yadroning proton-elektron modeli

Asosiy barqarorlik

Yadro massasi

Asosiy barqarorlik

Tegishli maqolalar