Maqolada yorug'likning kvant xususiyatlarining mohiyati ochib berilgan. Ular qanday kashf etilgani va bu nimaga olib kelgani haqida gapiradi.

Plank va kvant

O'n to'qqizinchi asrning oxiri va XX asr boshlarida ilmiy doiralarda fizikada mutlaqo hamma narsa aniq ekanligiga ishonishdi. O'sha davrda eng ilg'or bilim Maksvell tenglamalari va elektr bilan bog'liq bo'lgan turli hodisalarni o'rganish edi. Ilm-fan bilan shug'ullanishga intilgan yoshlarga fizikaga kirish tavsiya etilmagan: axir, faqat yutuqni ta'minlamaydigan muntazam tadqiqotlar bo'lishi mumkin edi. Biroq, kinoya bilan aytganda, ko'pdan beri tanish bo'lgan hodisaning xususiyatlarini o'rganish yangi bilim ufqlariga yo'l ochdi.

Yorug'likning to'lqin va kvant xossalari Maks Plank kashfiyoti bilan boshlangan. U absolyut qora jismning spektrini o‘rganib, uning nurlanishining eng mos matematik tavsifini topishga harakat qildi. Natijada u “harakat kvanti” deb atagan ma’lum bir minimal bo‘linmas miqdorni tenglamaga kiritish kerak degan xulosaga keldi. Va bu oddiyroq matematik formula uchun "burchakni kesish" usuli bo'lganligi sababli, u bu qiymatni bermadi. jismoniy hissiyot. Biroq, boshqa olimlar, masalan, A. Eynshteyn va E. Shredinger kvant kabi hodisaning imkoniyatlarini payqashdi va fizikaning yangi sohasiga rivojlanish berdi.

Aytishim kerakki, Plankning o'zi kashfiyotining asosiy mohiyatiga to'liq ishonmagan. Olim yorug'likning kvant xossalarini rad etishga urinib, bu miqdordan qutulish uchun turli matematik nayranglarga berilib, o'z formulasini qisqacha qayta yozdi. Ammo bundan hech narsa chiqmadi: jin allaqachon shishadan chiqarilgan edi.

Yorug'lik elektromagnit maydonning kvantidir

Plank kashfiyotidan keyin ma'lum fakt bu yorug'lik bor to'lqin xususiyatlari, boshqasi bilan to'ldiriladi: foton - kvant elektromagnit maydon. Ya'ni yorug'lik energiyaning juda kichik bo'linmas paketlaridan iborat. Ushbu paketlarning har biri (foton) chastota, to'lqin uzunligi va energiya bilan tavsiflanadi va bu miqdorlarning barchasi o'zaro bog'liqdir. Vakuumdagi yorug'lik tezligi ma'lum koinotdagi eng tezdir, sekundiga taxminan 300 000 kilometr.

Shuni ta'kidlash kerakki, boshqa miqdorlar ham kvantlanadi (ya'ni ular eng kichik bo'linmas qismlarga bo'linadi):

• glyuon maydoni;
• tortishish maydoni;
• kristall atomlarining umumiy harakati.

Kvant: elektrondan farqi

Siz har bir turdagi maydonda kvant deb ataladigan ma'lum bir eng kichik miqdor bor deb o'ylamasligingiz kerak: elektromagnit shkalada juda kichik va yuqori energiyali to'lqinlar (masalan, rentgen nurlari) va juda katta, lekin ayni paytda "zaif" bo'lganlar (masalan, radio to'lqinlar ). Shunchaki, har bir kvant kosmosda bir butun sifatida harakat qiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, fotonlar engib bo'lmaydigan potentsial to'siqlar bilan o'zaro ta'sirlashganda o'z energiyasining bir qismini yo'qotishi mumkin. Ushbu hodisa "tunnel" deb ataladi.

Yorug'lik va materiyaning o'zaro ta'siri

Bunday yorqin ochilishdan keyin savollar paydo bo'ldi:

1. Yorug'lik kvanti materiya bilan o'zaro ta'sirlashganda nima sodir bo'ladi?
2. Foton molekula bilan to'qnashganda olib yuradigan energiya qayerga ketadi?
3. Nima uchun bitta to'lqin uzunligi so'rilishi va boshqa to'lqin uzunligi chiqishi mumkin?

Asosiysi, yorug'lik bosimi fenomeni isbotlangan. Bu fakt berdi yangi voqea aks ettirish uchun: shuning uchun foton impuls va massaga ega edi. Shundan so'ng qabul qilingan mikrozarrachalarning korpuskulyar-to'lqinli dualizmi bu dunyoda sodir bo'layotgan jinnilikni tushunishni sezilarli darajada osonlashtirdi: natijalar ilgari mavjud bo'lgan hech qanday mantiqqa to'g'ri kelmadi.

Energiya uzatish

Keyingi tadqiqotlar faqat yorug'likning kvant xususiyatlarini tasdiqladi. Fotoelektrik effekt foton energiyasi materiyaga qanday o'tishini ko'rsatdi. Yoritish, aks ettirish va yutilish bilan bir qatorda, jism yuzasidan elektronlarni tortib olishga qodir. Bu qanday sodir bo'ladi? Foton o'z energiyasini elektronga o'tkazadi, u yanada harakatchan bo'lib, moddaning yadrolari bilan bog'lanish kuchini engish qobiliyatiga ega bo'ladi. Elektron o'zining tabiiy elementini tark etadi va tanish muhitdan tashqariga shoshiladi.

Fotoelektrik effekt turlari

Yorug'likning kvant xususiyatlarini tasdiqlovchi fotoelektrik effekt hodisasi mavjud turli xil turlari va qaysi biriga bog'liq qattiq foton to'qnashadi. Agar u o'tkazgich bilan to'qnashsa, elektron yuqorida aytib o'tilganidek, moddani tark etadi. Bu mohiyat tashqi fotoelektr effekti.

Ammo agar yarimo'tkazgich yoki dielektrik yoritilgan bo'lsa, u holda elektronlar tanani tark etmaydi, balki zaryad tashuvchilarning harakatini osonlashtiradigan qayta taqsimlanadi. Shunday qilib, yoritilganda o'tkazuvchanlikni yaxshilash hodisasi ichki fotoelektrik effekt deb ataladi.

Tashqi fotoelektr formulasi

G'alati, lekin ichki fotoelektrik effektni tushunish juda qiyin. Ushbu hodisaning ahamiyatini to'liq anglash uchun maydonning tarmoqli nazariyasini bilish, tarmoqli bo'shlig'i orqali o'tishlarni tushunish va yarim o'tkazgichlarning elektron-teshik o'tkazuvchanligining mohiyatini tushunish kerak. Bundan tashqari, ichki fotoelektr effekti amalda unchalik tez-tez ishlatilmaydi. Yorug'likning kvant xususiyatlarini tasdiqlagan holda, tashqi fotoelektrik effekt uchun formulalar yorug'lik elektronlarini tortib olishga qodir bo'lgan qatlamni cheklaydi.

Bu erda h - Plank doimiysi, n - ma'lum to'lqin uzunligidagi yorug'lik kvanti, A - elektronning materiyani tark etishi uchun qiladigan ishi, W - u uchib chiqadigan kinetik energiya (va shuning uchun tezlik).

Shunday qilib, agar fotonning barcha energiyasi faqat elektronning tanadan chiqishiga sarflansa, u holda sirtda u nolga ega bo'ladi. kinetik energiya va haqiqatan ham tashqariga chiqa olmaydi. Shunday qilib, ichki fotoelektrik effekt yoritilgan moddaning etarlicha nozik tashqi so'zida ham sodir bo'ladi. Bu uning qo'llanilishini keskin cheklaydi.

Optik kvant kompyuteri hali ham ichki fotoelektr effektidan foydalanishi ehtimoli bor, ammo bunday texnologiya hali mavjud emas.

Tashqi fotoeffekt qonunlari

Shu bilan birga, yorug'likning kvant xususiyatlari mutlaqo foydasiz emas: fotoelektrik effekt va uning qonunlari elektronlar manbasini yaratishga imkon beradi. Ushbu qonunlar Eynshteyn tomonidan to'liq shakllantirilgan bo'lsa-da (u Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan), turli shartlar XX asrdan ancha oldin paydo bo'lgan. Elektrolitlar yoqilganda oqimning paydo bo'lishi birinchi marta XIX asrning boshlarida, 1839 yilda kuzatilgan.

Hammasi bo'lib uchta qonun mavjud:

1. To'yinganlik fototokining kuchi yorug'lik oqimining intensivligiga proportsionaldir.
2. Fotonlar ta'sirida moddadan chiqib ketayotgan elektronlarning maksimal kinetik energiyasi tushayotgan nurlanish chastotasiga (demak, energiyaga) bog'liq, lekin intensivlikka bog'liq emas.
3. Bir xil turdagi sirtga ega bo'lgan har bir modda (silliq, qavariq, qo'pol, g'ovak) fotoelektr effektining qizil chegarasiga ega. Ya'ni, fotonning eng kichik energiyasi (va shuning uchun chastotasi) mavjud bo'lib, u hali ham elektronlarni sirtdan ajratadi.

Bu naqshlarning barchasi mantiqiy, ammo ularni batafsilroq ko'rib chiqish kerak.

Fotoelektrik effekt qonuniyatlarini tushuntirish

Birinchi qonun quyidagilarni anglatadi: sekundiga bir kvadrat metr sirt maydoniga qancha ko'p fotonlar tushsa, bu yorug'lik yoritilgan moddadan shunchalik ko'p elektronlarni "olib tashlashi" mumkin.

Basketbol - bu misol: o'yinchi to'pni qanchalik tez-tez tashlasa, u shunchalik tez-tez zarba beradi. Albatta, agar futbolchi yetarli darajada yaxshi bo'lsa va o'yin davomida jarohat olmasa.

Ikkinchi qonun aslida chiqarilgan elektronlarning chastotali javobini beradi. Fotonning chastotasi va to'lqin uzunligi uning energiyasini aniqlaydi. Qizil yorug'lik ko'rinadigan spektrdagi eng past energiyaga ega. Chiroq materiyaga qancha qizil foton yubormasin, ular elektronlarga faqat past energiyani o'tkazishga qodir. Shuning uchun, agar ular sirtdan yirtilgan bo'lsa va deyarli hech qanday chiqish ishini qilmagan bo'lsa ham, ularning kinetik energiyasi ma'lum bir chegaradan yuqori bo'lishi mumkin emas. Ammo agar biz bir xil moddani binafsha nurlar bilan yoritsak, binafsha kvantlar juda kam bo'lsa ham, eng tez elektronlarning tezligi ancha yuqori bo'ladi.

Uchinchi qonun ikki komponentdan iborat - qizil chegara va sirt holati. Ko'pgina omillar metallning sayqallangan yoki qo'pol bo'lishiga, uning gözenekleri yoki silliqligiga bog'liq: qancha fotonlar aks etadi, ular sirt ustida qanday qayta taqsimlanadi (aniqki, chuqurlarga kamroq yorug'lik tushadi). Shunday qilib, siz turli xil moddalarni bir-biri bilan faqat bir xil sirt holati bilan solishtirishingiz mumkin. Ammo moddadan elektronni yirtib tashlashga qodir bo'lgan fotonning energiyasi faqat moddaning turiga bog'liq. Agar yadrolar zaryad tashuvchilarni juda kuchli jalb qilmasa, u holda foton energiyasi pastroq bo'lishi mumkin va shuning uchun qizil chegara chuqurroqdir. Va agar moddaning yadrolari elektronlarini mahkam ushlab tursa va ular bilan osonlikcha ajralishni istamasa, qizil chegara yashil tomonga siljiydi.

250 keV gacha energiyaga ega elektromagnit nurlanish odatda deyiladi rentgen nurlari , va undan yuqori - g nurlanish . Radioaktiv izotoplarning nurlanishi, energiyadan qat'i nazar, odatda shunday belgilanadi
g-nurlari .

Boshqa barcha AI turlari korpuskulyar xususiyatga ega, ular ifodalaydi elementar zarralar. Barcha zaryadlangan zarrachalarning energiya uzatish mexanizmi taxminan bir xil. Zaryadlangan zarracha moddadan o'tayotganda o'z energiyasini yo'qotadi, bu esa atomlarning ionlanishi va qo'zg'alishiga olib keladi, toki umumiy energiya ta'minoti shu darajada kamayguncha zarracha ionlash qobiliyatini yo'qotadi va odatda ion hosil qilish uchun qandaydir atom tomonidan tutiladi.

Zaryadlangan zarrachaning yo'l birligiga yo'qotgan energiyasi deyiladi chiziqli energiya yo'qolishi. Bunga qarab, barcha ionlashtiruvchi nurlanishlar bo'linadi kamdan- va zich ionlashtiruvchi . Kamdan kam ionlashtiruvchi nurlanish barcha turdagi elektromagnit nurlanish va elektronlarni, zich ionlashtiruvchi nurlanish esa protonlar, deytronlar va og'irroq zarralarni o'z ichiga oladi.

Guruch. 11. Ruterford tajribasi.

Ulardan birinchisi manfiy zaryadlangan plastinka tomon biroz og'adi, ikkinchisi esa musbat zaryadlangan plastinka tomon kuchli og'adi. Ushbu komponentlarni u alfa nurlari va beta nurlari deb atagan. Atomdagi bo'shliqning ko'p qismi bo'sh bo'lganligi sababli, tez a-zarralar bir necha ming atom qatlamini o'z ichiga olgan materiyaning muhim qatlamlariga deyarli erkin kirib borishi mumkin.

Rezerford kuzatgan zaryadlangan zarrachalarning tarqalishi atomda zaryadlarning shunday taqsimlanishi bilan izohlanadi.Alohida elektronlar bilan toʻqnashganda a-zarralar juda kichik burchaklar orqali ogʻadi, chunki elektronning massasi kichik boʻladi. Biroq, u uchib ketgan kamdan-kam hollarda yaqin masofa atom yadrolarining biridan, kuchli ta'siri ostida elektr maydoni yadro katta burchakka burilishi mumkin.

Bir yil o'tgach, P. Uillard radioaktiv nurlanish tarkibiga uchinchi komponent ham kiradi: magnit yoki elektr maydonlari tomonidan burilmaydigan gamma nurlari. Radioaktiv yadrolar uch xil: musbat va manfiy zaryadlangan va neytral zarrachalarni chiqarishi mumkinligi aniqlandi. Ushbu nurlanishlarning tabiati aniqlangunga qadar, manfiy zaryadlangan plastinka tomon og'ilgan nurlar shartli ravishda chaqirildi. alfa zarralari , musbat zaryadlangan plastinka tomon og'ish - beta nurlari , va umuman chetga chiqmagan nurlar chaqirildi gamma nurlari (12-rasm).

Guruch. 12. Radioaktiv nurlanishning tarkibiy qismlari.

K - qo'rg'oshin idishi, R - radioaktiv preparat,
F – fotografik plastinka, – magnit maydon.

Alfa zarralari (a) geliy atomining yadrolari bo'lib, ikkita proton va ikkita neytrondan iborat. Ularda dublyor bor musbat zaryad va nisbatan katta massa 4,0003 a.m.u ga teng.

Har bir izotop uchun alfa zarrachalarining energiyasi doimiydir. Havodagi alfa zarrachalarining diapazoni energiyaga qarab 2-10 sm, biologik to'qimalarda esa bir necha o'n mikronlarni tashkil qiladi. Alfa zarralari massiv va yuqori energiyaga ega bo'lgani uchun ularning materiyadagi yo'li to'g'ri; ular ionlanish va flüoresansning kuchli ta'sirini keltirib chiqaradi. Inson tanasiga kirganda alfa nurlanishi juda xavflidir, chunki a-zarrachalarning barcha energiyasi tana hujayralariga o'tkaziladi.

Beta nurlanish (b) beta-parchalanish vaqtida yadrolar chiqaradigan zarralar (elektronlar yoki pozitronlar) oqimini ifodalaydi. Yadro kelib chiqishi elektronlarining fizik xarakteristikasi elektronlarniki bilan bir xil atom qobig'i. Beta zarralar b - (elektron parchalanish), b + (pozitron parchalanishi) belgisi bilan belgilanadi.

Alfa zarralaridan farqli o'laroq, beta zarralari bir xil radioaktiv element har xil miqdordagi energiyaga ega. Bu beta-parchalanish vaqtida atom yadrosidan bir vaqtning o'zida neytrinolar va beta zarrachalar ajralib chiqishi bilan izohlanadi. Har bir parchalanish hodisasi paytida chiqarilgan energiya beta zarracha va neytrino o'rtasida taqsimlanadi. Bu yorug'lik tezligida harakatlanadigan, tinch massaga ega bo'lmagan va katta penetratsion quvvatga ega bo'lgan elektr neytral zarradir; ro'yxatdan o'tishni qiyinlashtiradi. Agar b-zarracha katta miqdorda energiya bilan ajralib chiqsa, u holda neytrino past energiya darajasi bilan chiqariladi va aksincha. Xuddi shu muhitdagi beta zarralarining diapazoni bir xil emas. Bunday zarrachalar tarkibidagi yo'l burilishli bo'lib, ular yaqinlashib kelayotgan atomlarning elektr maydonlari ta'sirida harakat yo'nalishini osongina o'zgartiradilar. Beta zarralari alfa zarralariga qaraganda kamroq ionlashtiruvchi ta'sirga ega. Ularning havodagi diapazoni 25 sm gacha, biologik to'qimalarda esa 1 sm gacha bo'lishi mumkin.Har xil. radioaktiv izotoplar beta zarralarining energiyasi bilan farqlanadi. Ularning maksimal energiyasi 0,015–0,05 MeV (yumshoq beta nurlanish) dan 3–12 MeV (qattiq beta nurlanish) gacha keng chegaralarga ega.

Gamma nurlanishi (g) elektromagnit to'lqinlar oqimidir; bu radio to'lqinlar, ko'rinadigan yorug'lik, ultrabinafsha va infraqizil nurlar va rentgen nurlari kabi.

Guruch. 13. Gamma-nurlanishning hosil bo'lish sxemasi

Turli xil turlari radiatsiya shakllanish sharoitlari va ma'lum xossalari bilan farqlanadi. Rentgen nurlanishi modda atomlari yadrosining elektr maydonida tez elektronlar sekinlashganda (x-nurlari) yoki qayta joylashish paytida paydo bo'ladi. elektron qobiqlar atomlar va molekulalarning ionlanishi va qo'zg'alishi paytida atomlar (xarakterli rentgen nurlanishi). Har xil hayajonlangan holatdan qo'zg'almas holatga o'tish paytida emissiya paydo bo'lishi mumkin ko'rinadigan yorug'lik, infraqizil va ultrabinafsha nurlar. Gamma kvantlar atom yadrolari tomonidan tabiiy va sun'iy radionuklidlarning alfa va beta-parchalanishi paytida, korpuskulyar nurlanish bilan ushlanmagan qiz yadrosida ortiqcha energiya topilganda chiqariladi. Gamma nurlari tinch massaga, zaryadga ega emas va shuning uchun elektr yoki magnit maydonda og'ishmaydi. Materiyada va vakuumda gamma nurlanish to'g'ri chiziqda va barcha yo'nalishlarda bir xilda tarqaladi. Gamma kvantning energiyasi tebranish chastotasiga proportsional bo'lib, quyidagi formula bilan aniqlanadi:

Masalan, h × n, (1.16)

bu yerda h - Plankning universal doimiysi (4,13 × 10 –21 MeV/s); n - soniyada tebranishlar chastotasi.

Tebranish chastotasi to'lqin uzunligi bilan bog'liq. To'lqin uzunligi qanchalik uzun bo'lsa, tebranish chastotasi shunchalik past bo'ladi va aksincha, ya'ni. chastota to'lqin uzunligiga teskari proportsionaldir. Energiya gamma nurlanishi bir necha keV dan 2-3 MeV gacha. Gamma nurlanish oqimining tarkibi ko'pincha turli energiya qiymatlarining kvantlarini o'z ichiga oladi. Biroq, ularning to'plami har bir izotop uchun doimiydir.

Zaryadsiz va tinch massaga ega bo'lmagan gamma kvantlar zaif ionlashtiruvchi ta'sirga olib keladi, lekin yuqori penetratsion kuchga ega. Havodagi yo'l 100-150 m ga etadi (14-rasmga qarang).

Guruch. 14. Alfa, beta va gamma zarralarining kirib borish qobiliyati.

Neytronlar. Zaryadlangan zarralardan farqli o'laroq, neytronlar olib yurmaydi elektr zaryadi, bu ularning atomlarga chuqur kirib borishiga imkon beradi; ikkinchisi bilan to'qnashganda, ular u tomonidan so'riladi yoki qaytariladi. Elastik sochilish natijasida yuqori energiyali kuchli ionlashtiruvchi protonlar hosil bo'ladi va neytronlar yutilganda atom yadrolari protonlar, alfa zarralari va g-kvantlar ikkinchisidan uchib chiqadi, ular ham ionlanishni keltirib chiqaradi. Shunday qilib, neytron nurlanishi ostida yakuniy biologik ta'sir ikkilamchi zarralar yoki g-kvantlar tomonidan bilvosita hosil bo'lgan ionlanish bilan bog'liq. Neytronlarning u yoki bu yadroviy o'zaro ta'sirining hissasi nurlangan moddaning tarkibiga va ularning energiyasiga bog'liq. Energiya qiymatiga ko'ra, neytronlarning to'rt turi farqlanadi: tez, oraliq, sekin va termal (15-rasmga qarang).

Neytronlar zich ionlashtiruvchi nurlanish deb tasniflanadi, chunki ular hosil qilgan orqaga qaytish protonlarining diapazoni kichikdir. Biroq, ular neytronlarning yuqori penetratsion kuchi tufayli katta chuqurliklarda paydo bo'ladi.

Salbiy p mezonlari- massasi elektronning massasidan 273 marta katta bo'lgan manfiy zaryadlangan zarralar. Ular sun'iy yo'l bilan olinadi. Bu zarralar atomlar yadrolari bilan o'zaro ta'sir qilishning noyob qobiliyatiga ega. 25 dan 100 MeV gacha energiyaga ega bo'lgan manfiy pimezonlar deyarli hech qanday yadroviy o'zaro ta'sirlarsiz to'liq sekinlashguncha materiya bo'ylab harakatlanadi. Yugurish oxirida ular to'qima atomlarining yadrolari tomonidan 100% ehtimollik bilan ushlanadi.

Guruch. 15. Neytronlarning turlari.

1.3.2. Radioaktiv nurlanishlarning o'zaro ta'siri
modda bilan

Birinchidan, faqat jismoniy soniyaning milliondan bir qismida sodir bo'ladigan o'zaro ta'sir bosqichi foton energiyasining bir qismini atom elektronlaridan biriga o'tkazishdan, so'ngra ionlanish va qo'zg'alishdan iborat. Ortiqcha energiyaga ega bo'lgan ionlar va qo'zg'atilgan atomlar shuning uchun kimyoviy reaktivlikning kuchayishi bilan ajralib turadi, ular oddiy, qo'zg'almas atomlar uchun mumkin bo'lmagan reaktsiyalarga kirisha oladi.

Ikkinchidan, fizik va kimyoviy, bosqich nurlangan moddaning tarkibi va tuzilishiga qarab davom etadi. Asosiy ahamiyatga ega suv va kislorod mavjudligi. Agar ular yo'q bo'lsa, u holda radiatsiya bilan faollashtirilgan atomlarning kimyoviy o'zaro ta'sir qilish imkoniyatlari cheklangan, mahalliylashtirilgan.

Alfa va beta zarralarining o'zaro ta'siri. Zaryadlangan zarralar moddadan o'tib, atomlarning elektronlari bilan, shuningdek, yadroning elektr maydoni bilan o'zaro ta'sir qilish natijasida asta-sekin energiyani yo'qotadi. a- va b-zarralarning kinetik energiyasi ionlanishga, ya'ni atomdan elektronlarning ajralib chiqishiga, atom va molekulalarning qo'zg'alishiga sarflanadi. Yadroning elektr maydoni bilan o'zaro ta'sirlashganda, zaryadlangan zarracha sekinlashadi va harakat yo'nalishini o'zgartiradi, shu bilan birga nurlanish chiqariladi, bu o'z xususiyatlariga ko'ra rentgen nuriga yaqin va bremsstrahlung rentgen deb ataladi.

Ionlanish jarayonining energiya tomonini belgilaydigan miqdor ionlash ishlari – o'rtacha ish bir juft ion hosil qilish uchun sarflanadi. Tabiatan har xil, lekin bir xil energiyaga ega zaryadlangan zarralar deyarli bir xil miqdordagi ion juftlarini hosil qiladi. Biroq ionlanish zichligi , ya'ni. moddadagi zarrachaning birlik yo'lidagi juft ionlar soni har xil bo'ladi. Ionlanish zichligi zarracha zaryadining ortishi va tezligining pasayishi bilan ortadi.

Moddadan o'tib, zaryadlangan zarralar asta-sekin energiya va tezlikni yo'qotadi, shuning uchun zarrachaning yo'li bo'ylab ionlanish zichligi oshadi va yo'l oxiridagi qiymatga etadi. Yo‘l oxirida a-zarracha o‘ziga ikkita elektron biriktirib, geliy atomiga aylanadi va
b-zarracha (elektron) muhit atomlaridan biriga kirishi mumkin.

Moddadagi a yoki b-zarrachaning ionlanish jarayoni sodir bo'ladigan yo'liga deyiladi. zarrachalar diapazoni . Havodagi alfa zarracha diapazoni 10 sm ga, yumshoq biologik to'qimalarda esa bir necha o'nlab mikronlarga yetishi mumkin. Havodagi beta zarrachalarining diapazoni 25 m ga, to'qimalarda esa 1 sm gacha.

Alfa zarralari materiyada to'g'ri chiziq bo'ylab tarqaladi va faqat yaqinlashib kelayotgan atomlarning yadrolari bilan to'qnashganda yo'nalishini o'zgartiradi. Kichik massaga ega bo'lgan beta zarralari, yuqori tezlik va manfiy zaryad, orbitadagi elektronlar va yaqinlashib kelayotgan atomlarning yadrolari bilan to'qnashuvi natijasida dastlabki yo'nalishdan sezilarli darajada og'ish (tarqalish effekti). Ko'p sochilishdan o'tib, beta zarralari hatto teskari yo'nalishda - orqaga tarqalishda ham harakatlanishi mumkin. b-zarralarning sezilarli darajada tarqalishi tufayli materiyadagi haqiqiy yo'l uzunligi ularning diapazonidan 1,5-4 baravar katta. Yana bir farq a- va b-zarralarning materiyadan o'tishidir. Chunki izotop chiqaradigan barcha alfa zarralari nisbatan teng energiya va moddada to'g'ri chiziqli harakat qiladi, keyin absorberning birlik yuzasidan o'tadigan nurdagi ularning soni faqat yo'l oxirida keskin nolga tushadi. Beta-zarrachalar spektri uzluksiz, shuning uchun absorber qalinligining oshishi bilan birlik yuzasidan oʻtuvchi nurdagi beta-zarrachalar soni asta-sekin kamayadi.

Moddada b-zarralar oqimi intensivligining zaiflashishi eksponensial bog'liqlikka taxminan bo'ysunadi:

N \u003d N 0 × e - m a, (1.17)

bu erda N - absorber qatlamidan o'tgan beta zarrachalar soni d sm, N 0 - absorber maydoni 1 sm 2 ga teng bo'lgan 1 soniyada kelgan beta zarrachalar soni; e - asos tabiiy logarifmlar; m - qalinligi 1 sm bo'lgan absorberdan o'tgandan so'ng b-zarrachalar oqimi intensivligining nisbiy zaiflashuvini tavsiflovchi chiziqli nurlanish susayish koeffitsienti.

Gamma nurlanishining moddalar bilan o'zaro ta'siri. Yadroning radioaktiv parchalanishi vaqtida turli energiyaga ega bo'lgan g-kvantlar chiqariladi. Moddadan o'tayotganda ular uchta ta'sir tufayli energiyani yo'qotadilar: fotoelektrik yutilish, Komptonning tarqalishi va elektron-pozitron juftlarining hosil bo'lishi.

Da fotoelektrik effekt tushayotgan kvantning energiyasi modda tomonidan to'liq so'riladi, natijada ma'lum bir kinetik energiyaga ega bo'lgan erkin elektronlar paydo bo'ladi, ularning qiymati nurlanish kvantining energiyasidan berilgan elektronning ish funktsiyasini ayiqqa teng. atom. Neytral atomlardan biri bilan bog'langan erkin elektron manfiy ion hosil qiladi. Fotoelektrik effekt faqat uzun to'lqinli rentgen nurlari uchun xarakterlidir. Uning ehtimoli atom raqamiga bog'liq va Z 5 ga proportsionaldir. Fotoelektrik effekt jarayoni kuchsiz bog'langan va erkin (yadro bilan bog'lanmagan) elektronlarda mumkin emas, chunki ular g-kvantlarni o'zlashtira olmaydi.

Da Kompton effekti g-kvantlar elektronlar bilan to'qnashib, ularga butun energiyasini emas, balki faqat bir qismini o'tkazadi va to'qnashuvdan keyin ularning harakat yo'nalishini o'zgartiradi. G-kvantlar bilan toʻqnashuv natijasida hosil boʻlgan elektronlar sezilarli kinetik energiyaga ega boʻladi va uni moddaning ionlanishiga (ikkilamchi ionlanish) sarflaydi. Bu. Kompton effekti natijasida gamma-nurlanishning intensivligi muhit elektronlari bilan oʻzaro taʼsir etuvchi g-kvantalarning turli yoʻnalishlarda tarqalib, birlamchi nurdan tashqariga chiqishi, shuningdek, oʻtkazuvchanligi tufayli zaiflashadi. energiyasining bir qismini elektronlarga aylantiradi.

Ulanish. Moddadan oʻtuvchi energiyasi kamida 1,02 MeV boʻlgan baʼzi g-kvantlar yadro yaqinidagi kuchli elektr maydon taʼsirida elektron-pozitron juftligiga aylanadi. Bunda materiyaning bir shaklidan - gamma-nurlanishdan ikkinchisiga - moddaning zarrachalariga o'tish sodir bo'ladi. Bunday juft zarralarning hosil bo'lishi faqat ikkala zarracha - elektron va pozitronning massasiga teng energiyadan kam bo'lmagan foton energiyalarida mumkin.

Olingan elektron-pozitron juftligi keyinchalik yo'qolib, zarrachalarning qolgan massasining energiya ekvivalentiga teng energiyaga ega bo'lgan ikkita ikkilamchi g-kvantaga aylanadi - 0,511 MeV. Juftlik hosil bo‘lish ehtimoli g-kvanta energiyasi va absorber zichligi ortishi bilan ortadi.

Gamma-nurlanishning moddaning susayishi qonuni a- va b-zarrachalarning susayishi qonunidan sezilarli farq qiladi. Absorberning qalinligi ortishi bilan g-nurlari doimiy ravishda so'riladi. Bular. Modda qatlamining qalinligi qanday bo'lishidan qat'iy nazar, g-nurlari oqimini to'liq o'zlashtirib bo'lmaydi, faqat uning intensivligini ma'lum bir necha marta zaiflashtirish mumkin. Bu g-nurlarining susayishi tabiati bilan a- va b-zarrachalarning susayishi oʻrtasidagi muhim farq boʻlib, buning uchun har doim a- yoki b-zarrachalar oqimi boʻlgan materiya qatlamini tanlash mumkin. butunlay so'riladi.

G-nurlarining zaiflashuvi qonuni quyidagi shaklga ega:

Men \u003d I 0 × e - m a, (1.18)

bu erda I - absorber qatlamidan o'tgan g-nurlarining intensivligi; I 0 - gamma nurlarining tushayotgan nurlarining intensivligi; m - qalinligi 1 sm bo'lgan absorber qatlamidan o'tgandan so'ng gamma-nurlarining intensivligining nisbiy pasayishiga teng chiziqli zaiflashuv koeffitsienti. Barcha uchta jarayon tufayli: fotoelektr effekti (t f), Kompton effekti (t k) va juft hosil bo'lishi (t p):

m \u003d t f + t k + t p (1.19)

2-bo'lim (№3-4 ma'ruzalar)

RADIOEKOLOGIYA ASOSLARI

11-sinf uchun fizikadan (Kasyanov V.A., 2002),
vazifa №87
bobga" Elektromagnit nurlanishning kvant nazariyasi. ASOSIY QOIDALAR».

termal nurlanish

To'liq qora tana

termal nurlanish- ichki energiyasi tufayli qizdirilgan jismlar chiqaradigan elektromagnit nurlanish.

To'liq qora tana- ixtiyoriy haroratda har qanday chastotadagi nurlanishning barcha energiyasini o'zlashtiradigan jism.

Energiya yorqinligining spektral zichligi- bu birlik chastota oralig'ida tana sirtining birlik maydoniga vaqt birligi uchun chiqarilgan elektromagnit nurlanish energiyasi. Energiya yorqinligining spektral zichligi birligi J/m 2. Radiatsiya kvantining energiyasi nurlanish chastotasi v ga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:

bu yerda h = 6,6 10 -34 J s Plank doimiysi.

Foton- mikrozarracha, elektromagnit nurlanish kvanti.

Qonunlar termal nurlanish: Vienning joy almashish qonuni

Bu erda l m - qora jismning energiya yorqinligining maksimal spektral zichligini ta'minlovchi to'lqin uzunligi, T - qora tananing harorati, b ≈ 3000 mkm K - Wien doimiysi.

Stefan-Boltzman qonuni: Qora tananing integral yorqinligi uning mutlaq haroratining to'rtinchi darajasiga proportsionaldir:

qayerda s = 5,67 10 -8 Vt / (m 2 K 4) - Stefan-Boltzman doimiyligi.

fotoelektrik effekt yorug'lik ta'sirida qattiq va suyuq moddalardan elektronlarning chiqishi hodisasi.

Fotoelektrik effekt qonunlari

1. To'yinganlik fototoki katodga tushayotgan yorug'lik intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

2. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug'lik chastotasiga to'g'ridan-to'g'ri proporsional bo'lib, uning intensivligiga bog'liq emas.

3. Har bir modda uchun fotoeffektning qizil chegarasi deb ataladigan yorug'likning minimal chastotasi mavjud bo'lib, undan pastda fotoelektr effekti mumkin emas.

Fotoelektrik effekt uchun Eynshteyn tenglamasi:

Fotonning energiyasi ish funktsiyasini bajarish va kinetik energiyani chiqarilgan fotoelektronga etkazish uchun ishlatiladi. Ish funktsiyasi metalldan elektronni olib tashlash uchun bajarilishi kerak bo'lgan minimal ishdir.

qizil chegara foto effekti

Korpuskulyar to'lqinli dualizm - korpuskulyar va to'lqin xususiyatlarining bir xil ob'ektning xatti-harakatlarida namoyon bo'lishi. Korpuskulyar-to'lqinli dualizm har qanday moddiy ob'ektlarning universal xususiyatidir.

to'lqin nazariyasi yorug'likning yuqori intensivlikdagi xususiyatlarini to'g'ri tasvirlaydi, ya'ni. fotonlar soni ko'p bo'lganda.

Kvant nazariyasi yorug'likning past intensivlikdagi xususiyatlarini tasvirlash uchun ishlatiladi, ya'ni. fotonlar soni kichik bo'lganda.

Har qanday zarracha impuls p Javob de Broyl to'lqin uzunligi:

O'lchov jarayonida mikroob'ektning holati o'zgaradi. Bir vaqtning o'zida zarrachaning o'rni va momentini aniq aniqlash mumkin emas.

Heisenberg noaniqlik munosabatlari:

1. Zarracha koordinatasi noaniqligi va uning impulsi noaniqligining mahsuloti Plank doimiysidan kam emas:

2. Zarra energiyasining noaniqligi va uni o'lchash vaqti noaniqligining mahsuloti Plank doimiysidan kam emas:

Bor postulatlari:

1. Barqaror atomda elektron elektromagnit energiyani nurlantirmasdan faqat maxsus, statsionar orbitalar bo‘ylab harakatlanishi mumkin.

2. Atomning yorug'lik chiqarishi atomning energiya E k yuqori bo'lgan statsionar holatdan energiya E n kam bo'lgan statsionar holatga o'tishida sodir bo'ladi. Chiqarilgan fotonning energiyasi statsionar holatlarning energiyalari orasidagi farqga teng:

Bor orbitasini kvantlash qoidasi:

Har bir statsionar orbita aylanasiga de-Broyl to'lqin uzunliklarining butun n soni to'g'ri keladi. Javob elektronning harakatiga mos keladi

Atomning asosiy holati minimal energiya holatidir.

Luminesans- moddaning muvozanatsiz nurlanishi.

Spektral tahlil- moddaning kimyoviy tarkibi va boshqa xususiyatlarini uning spektri bo'yicha aniqlash usuli.

Atomlarning asosiy nurlanish jarayonlari: yorug'likning yutilishi, o'z-o'zidan va stimulyatsiyalangan emissiya.

yorug'likni singdirish atomning asosiy holatdan qo'zg'aluvchan holatga o'tishi bilan birga keladi.

Spontan emissiya- atomning bir holatdan ikkinchi holatga o'z-o'zidan o'tishi paytida chiqadigan nurlanish.

rag'batlantirilgan emissiya- tashqi elektromagnit nurlanish ta'sirida u pastroq energiya darajasiga o'tganda paydo bo'ladigan atomning nurlanishi.

Lazer- induktsiyalangan nurlanish natijasida kuchaygan nurlanish manbai.

Energiya darajalarining teskari populyatsiyasi- muhitning nomutanosiblik holati, bunda qo`zg`aluvchan holatdagi atomlar konsentratsiyasi asosiy holatdagi atomlar konsentratsiyasidan kattaroq bo`ladi.

Metastabil holat- atomning hayajonlangan holati, bunda u boshqa holatlarga qaraganda ancha uzoqroq bo'lishi mumkin.