atom yadrosi
Atom yadrosi

atom yadrosi - atomning markaziy va juda ixcham qismi, unda uning deyarli barcha massasi va barchasi ijobiydir elektr zaryadi. Kulon kuchlari ta'sirida o'zini yaqin tutgan yadro uni qoplaydigan miqdorda elektronlar musbat zaryad, neytral atom hosil qiladi. Yadrolarning aksariyati sharsimon shaklga yaqin va diametri ≈ 10 -12 sm, bu atom diametridan (10 -8 sm) to'rt marta kichikroqdir. Yadrodagi moddalarning zichligi taxminan 230 million tonna/sm 3 ni tashkil qiladi.
Atom yadrosi 1911-yilda Kembrijda (Angliya) E.Rezerford rahbarligida oʻtkazilgan yupqa oltin va platina folga yordamida alfa zarrachalarini sochish boʻyicha bir qator tajribalar natijasida kashf etilgan. 1932 yilda J.Chedvik neytronni kashf qilgandan so'ng, yadro proton va neytronlardan iborat ekanligi ma'lum bo'ldi.
(V. Heisenberg, D.D. Ivanenko, E. Majorana).
Atom yadrosini belgilash uchun yadroni o'z ichiga olgan atom kimyoviy elementining belgisi ishlatiladi va ushbu belgining yuqori chap indeksi nuklonlar sonini ko'rsatadi ( massa raqami) berilgan yadroda, pastki chap indeks esa undagi protonlar soni. Masalan, 58 ta nuklon, ulardan 28 tasi proton bo'lgan nikel yadrosi belgilanadi. Xuddi shu yadro 58 Ni yoki nikel-58 bilan ham belgilanishi mumkin.

Yadro - bu 10 9 -10 10 sm / sek tezlikda harakatlanadigan va kuchli va qisqa masofali o'zaro tortishish kuchlari tomonidan ushlab turiladigan zich joylashgan proton va neytronlar tizimi (ularning ta'sir doirasi ≈ masofalar bilan cheklangan) 10-13 sm). Protonlar va neytronlar taxminan 10-13 sm kattalikda bo'lib, nuklon deb ataladigan bitta zarrachaning ikki xil holati sifatida qabul qilinadi. Yadro radiusini R ≈ (1,0-1,1)·10 -13 A 1/3 sm formulasi bo'yicha taxminan hisoblash mumkin, bu erda A - yadrodagi nuklonlar soni (proton va neytronlarning umumiy soni). Shaklda. 1-rasmda 28 proton va 30 neytrondan tashkil topgan nikel yadrosi ichidagi materiyaning zichligi (10 14 g/sm3 birliklarda) r (10 -13 sm birliklarda) markazgacha bo'lgan masofaga qarab qanday o'zgarishi ko'rsatilgan. yadro.
Yadroviy oʻzaro taʼsir (yadrodagi nuklonlarning oʻzaro taʼsiri) nuklonlarning mezon almashishi tufayli yuzaga keladi. Bu o'zaro ta'sir nuklonlar va mezonlarni tashkil etuvchi kvarklar o'rtasidagi yanada fundamental kuchli o'zaro ta'sirning ko'rinishidir (xuddi shunday, molekulalardagi kimyoviy bog'lanish kuchlari ko'proq fundamental elektromagnit kuchlarning namoyonidir).
Yadrolar dunyosi juda xilma-xildir. 3000 ga yaqin yadrolar ma'lum bo'lib, ular bir-biridan protonlar soni yoki neytronlar soni yoki ikkalasi bilan farq qiladi. Ularning aksariyati sun'iy ravishda olinadi.
Faqat 264 yadro barqaror, ya'ni. vaqt o'tishi bilan parchalanish deb ataladigan o'z-o'zidan o'zgarishlarni boshdan kechirmang. Qolganlari emirilishning turli shakllarini boshdan kechiradi - alfa parchalanishi (alfa zarrachaning emissiyasi, ya'ni geliy atomining yadrosi); beta-parchalanish (elektron va antineytrino yoki pozitron va neytrinoning bir vaqtning o'zida emissiyasi, shuningdek, neytrinoning emissiyasi bilan atom elektronining yutilishi); gamma-parchalanish (foton emissiyasi) va boshqalar.
Yadrolarning har xil turlari ko'pincha nuklidlar deb ataladi. Protonlar soni bir xil va neytronlar soni har xil bo'lgan nuklidlar izotoplar deyiladi. Nuklonlari soni bir xil, lekin proton va neytronlarning nisbati har xil bo'lgan nuklidlar izobarlar deyiladi. Yengil yadrolar taxminan teng miqdordagi proton va neytronlarni o'z ichiga oladi. Og'ir yadrolarda neytronlar soni protonlar sonidan taxminan 1,5 baravar ko'p. Eng engil yadro vodorod atomining yadrosi bo'lib, u bitta protondan iborat. Maʼlum boʻlgan eng ogʻir yadrolar (ular sunʼiy yoʻl bilan olinadi) nuklonlar soni ≈290 ga teng. Ulardan 116-118 tasi protondir.
Proton Z va neytronlar sonining turli birikmalari turli atom yadrolariga mos keladi. Atom yadrolari Z va N sonlaridagi o'zgarishlarning ancha tor diapazonida mavjud (ya'ni, ularning umri t > 10 -23 s). Bunday holda, barcha atom yadrolari ikkita katta guruhga bo'linadi - barqaror va radioaktiv (beqaror). Barqaror yadrolar tenglama bilan berilgan barqarorlik chizig'iga yaqin joylashgan

Shaklda. 2 atom yadrolarining NZ diagrammasini ko'rsatadi. Qora nuqtalar barqaror yadrolarni ko'rsatadi. Barqaror yadrolar joylashgan hudud odatda barqarorlik vodiysi deb ataladi. Barqaror yadrolarning chap tomonida protonlar bilan haddan tashqari yuklangan yadrolar (protonga boy yadrolar), o'ngda - neytronlar bilan haddan tashqari yuklangan yadrolar (neytronga boy yadrolar). Hozirda kashf etilgan atom yadrolari rang bilan ajratilgan. Ularning 3,5 mingga yaqini bor. Ularning jami 7-7,5 mingtasi bo'lishi kerak deb ishoniladi. Protonga boy yadrolar (qizil rang) radioaktiv bo'lib, asosan b + parchalanishi natijasida barqarorga aylanadi, yadroning bir qismi bo'lgan proton neytronga aylanadi. Neytronga boy yadrolar (ko'k rang) ham radioaktiv bo'lib, - -parchalanish natijasida, yadro neytronining protonga aylanishi bilan barqaror bo'ladi.
Eng ogʻir barqaror izotoplar qoʻrgʻoshin (Z=82) va vismut (Z=83) izotoplaridir. Og'ir yadrolar b + va b - yemirilish jarayonlari bilan bir qatorda a yemirilishiga ham uchraydi ( sariq) va o'z-o'zidan bo'linish, bu ularning asosiy parchalanish kanallariga aylanadi. Rasmdagi nuqta chiziq. 2-rasmda atom yadrolarining mumkin bo'lgan hududi ko'rsatilgan. B p = 0 chizig'i (B p - protonni ajratish energiyasi) chap tomonda atom yadrolarining mavjudligi hududini cheklaydi (proton tomizish chizig'i). B n = 0 chizig'i (B n - neytronlarni ajratish energiyasi) o'ng tomonda (neytron tomchilari chizig'i). Ushbu chegaralardan tashqarida atom yadrolari mavjud emas, chunki ular o'ziga xos xususiyatga ega yadro vaqti(~10 -23 – 10 -22 s) nuklon emissiyasi bilan.
Ikki engil yadroni ulashda (sintez qilishda) va og'ir yadroni ikkita engilroq bo'laklarga bo'lishda juda ko'p energiya ajralib chiqadi. Energiya olishning bu ikki usuli ma'lum bo'lganlardan eng samarali hisoblanadi. Demak, 1 gramm yadro yoqilg‘isi 10 tonna kimyoviy yoqilg‘iga teng. Yadrolarning birlashishi (termoyadro reaksiyalari) yulduzlar uchun energiya manbai hisoblanadi. Nazoratsiz (portlovchi) termoyadroviy (yoki "vodorod" deb ataladigan) bomba portlatilganda amalga oshiriladi. Boshqariladigan (sekin) sintez ishlab chiqilayotgan istiqbolli energiya manbai - termoyadroviy reaktor asosida yotadi.
Atom bombasining portlashi paytida nazoratsiz (portlovchi) bo'linish sodir bo'ladi. Boshqariladigan bo'linish atom elektr stantsiyalarida energiya manbalari bo'lgan yadro reaktorlarida amalga oshiriladi.
Atom yadrolarini nazariy tavsiflash uchun kvant mexanikasi va turli modellar qo'llaniladi.
Yadro gaz (kvant gazi) va suyuqlik (kvant suyuqligi) sifatida ham harakat qilishi mumkin. Sovuq yadro suyuqligi o'ta suyuqlik xususiyatiga ega. Kuchli qizdirilgan yadroda nuklonlar parchalanib, ularni tashkil etuvchi kvarklarga aylanadi. Bu kvarklar glyuonlar almashish orqali o'zaro ta'sir qiladi. Bunday yemirilish natijasida yadro ichidagi nuklonlar to'plami materiyaning yangi holatiga - kvark-glyuon plazmasiga aylanadi.

Atom yadrosining tarkibi

1932 yilda olimlar D.D. tomonidan proton va neytron kashf etilgandan keyin. Ivanenko (SSSR) va V. Geyzenberg (Germaniya) taklif qildilar proton-neytronmodelatom yadrosi.
Ushbu modelga ko'ra, yadro iborat protonlar va neytronlar. Nuklonlarning umumiy soni (ya'ni proton va neytronlar) deyiladi massa raqami A: A = Z + N . Kimyoviy elementlarning yadrolari quyidagi belgi bilan belgilanadi:
X elementning kimyoviy belgisidir.

Masalan, vodorod

Atom yadrolarini xarakterlash uchun bir qancha belgilar kiritiladi. Atom yadrosini tashkil etuvchi protonlar soni belgi bilan belgilanadi Z va qo'ng'iroq qiling zaryad raqami (bu Mendeleyev davriy sistemasidagi tartib raqami). Yadro zaryadi Ze , qayerda e – elementar zaryad. Neytronlar soni belgi bilan belgilanadi N .

yadroviy kuchlar

Atom yadrolari barqaror bo'lishi uchun proton va neytronlar yadrolar ichida protonlarning Kulon itaruvchi kuchlaridan bir necha baravar ko'p katta kuchlar ta'sirida ushlab turilishi kerak. Yadroda nuklonlarni ushlab turuvchi kuchlar deyiladi yadroviy . Ular fizikada ma'lum bo'lgan barcha turdagi o'zaro ta'sirlarning eng qizg'in ko'rinishi - kuchli o'zaro ta'sir deb ataladi. Yadro kuchlari elektrostatik kuchlardan taxminan 100 marta katta va nuklonlarning tortishish kuchlaridan o'nlab marta kattaroqdir.

Yadro kuchlari quyidagi xususiyatlarga ega:

• jozibador kuchlarga ega
• kuchlardir qisqa masofali(nuklonlar orasidagi kichik masofada paydo bo'ladi);
• yadro kuchlari zarrachalarda elektr zaryadining mavjudligi yoki yo'qligiga bog'liq emas.

Atom yadrosining massa nuqsoni va bog'lanish energiyasi

Eng muhim rol yadro fizikasi kontseptsiyani o'ynaydi yadroviy bog'lanish energiyasi .

Yadroning bog'lanish energiyasi yadroning alohida zarrachalarga to'liq bo'linishi uchun sarflanishi kerak bo'lgan minimal energiyaga teng. Energiyaning saqlanish qonunidan kelib chiqadiki, bog'lanish energiyasi alohida zarrachalardan yadro hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiyaga teng.

Har qanday yadroning bog'lanish energiyasini uning massasini aniq o'lchash orqali aniqlash mumkin. Hozirgi vaqtda fiziklar zarrachalar - elektronlar, protonlar, neytronlar, yadrolar va boshqalarning massalarini juda yuqori aniqlik bilan o'lchashni o'rgandilar. Bu o'lchovlar shuni ko'rsatadi har qanday yadroning massasi M i har doim uni tashkil etuvchi proton va neytronlarning massalari yig'indisidan kichikdir:

Massa farqi deyiladi ommaviy nuqson. Eynshteyn formulasidan foydalangan holda ommaviy nuqsonga asoslangan E = mc 2 ma'lum yadro hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiyani, ya'ni yadroning bog'lanish energiyasini aniqlash mumkin. E St:

Bu energiya yadro hosil bo'lishida g-kvant nurlanishi shaklida ajralib chiqadi.

Yadro energiyasi

Mamlakatimizda dunyoda birinchi atom elektr stansiyasi 1954 yilda SSSRda, Obninsk shahrida qurilib ishga tushirilgan. Qudratli atom elektr stansiyalari qurilishi rivojlantirilmoqda. Hozirda Rossiyada 10 ta atom elektr stansiyasi mavjud. Avariyadan keyin Chernobil atom elektr stantsiyasi yadro reaktorlari xavfsizligini ta’minlash bo‘yicha qo‘shimcha chora-tadbirlar ko‘rildi.

NPP afzalliklari:

• ishlatiladigan yoqilg'ining oz miqdori tufayli yoqilg'i manbalaridan amaliy mustaqillik;
• to'g'ri ishlashi bilan ekologik tozalik.

Muammolar atom energiyasi:

Atom bu murakkab tizim ma'lum zarralarni o'z ichiga oladi. Ingliz fizigi E.Rezerford atom tuzilishining yadroviy (sayyoraviy) modelini taklif qildi. Atom yadro modelining asosiy qoidalari.
1. Yadro juda kichik hajmga ega (atomning diametri 10-10 m, yadro diametri ~10-15 m).
2. Yadro musbat zaryadga ega.
3. Atomning deyarli barcha massasi yadroda.
Yadro nuklonlardan: proton va neytronlardan tashkil topgan.

G. Mozili (Angliya) atom yadrosining musbat zaryadi (shartli birliklarda) Mendeleyev davriy sistemasidagi elementning tartib raqamiga teng ekanligini aniqladi. Har bir protonning zaryadi +1 ga teng, shuning uchun yadro zaryadi protonlar soniga teng.
Protonning massasi, xuddi neytronning massasi kabi, elektronning massasidan taxminan 1840 marta katta. Protonlar va neytronlar yadroda, shuning uchun atomning massasi deyarli yadro massasiga teng. Yadroning massasi, xuddi atomning massasi kabi, protonlar va neytronlar sonining yig'indisi bilan aniqlanadi. Bu yig'indi atomning massa soni deb ataladi. Atomning massa soni (A) = Protonlar soni (Z) + Neytronlar soni (N) A=Z+N
Har qanday yadroning bir qismi bo'lgan proton va neytronlar bo'linmas elementar zarralar emas, balki kvarklardan iborat.

Kvarklar, o'z navbatida, bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi, doimiy ravishda glyuonlarni almashtiradi - chinakam kuchli o'zaro ta'sir tashuvchilar (u yadrodagi protonlar va neytronlar o'rtasida ta'sir qiluvchidan minglab marta kuchliroq). Natijada, proton va neytronlar juda kuchli bog'langan tizimlar bo'lib chiqadi, ularni tarkibiy qismlarga bo'linib bo'lmaydi.

Har xil massa raqamlariga ega bo'lgan bir xil element atomlari izotoplar deb ataladi. Xuddi shu elementning izotoplari atomlari bir xil miqdordagi protonga (Z) ega va bir-biridan neytronlar soni (N) bilan farqlanadi. Izotoplar mos keladigan elementlarning belgilari bilan belgilanadi, ularning chap tomonida yuqori qismida izotopning massa soni yoziladi. Masalan: 12C uglerodning massa soni 12 ga teng izotopi.

Atom yadrosining kattaligi ularning massa soniga bog'liq. Yadroning hajmi A ga, chiziqli kattaligi A1/3 ga proporsional. Samarali radius R yadro tenglik bilan aniqlanadi: R = aa 1/3, bu erda doimiy a o'lchanadigan fizik tajribaga qarab (1,1-1,4) x 10-13 sm. R. Bu tenglik shundan dalolat beradi R 10-13 dan 10-12 sm gacha o'zgarib turadi.Yadro moddasining zichligi oddiy moddalarning zichligiga nisbatan nihoyatda yuqori va taxminan 1014 g/sm3 ni tashkil qiladi. Yadrodagi nuklonlarning tarqalish zichligi uning markaziy qismida deyarli doimiy bo'lib, periferiyada eksponensial ravishda kamayadi. Yadrodagi nuklonlar harakatchan. Yadroda sirt taranglik kuchlari mavjud.

Yadro KUCHLARI

Teng zaryadlangan protonlar o'rtasida elektrostatik itaruvchi kuchlar harakat qiladi, lekin yadro alohida zarrachalarga "tarqalmaydi", chunki yadro ichidagi protonlar va neytronlar o'rtasida yadro kuchlari - elektrostatiklardan ancha katta tortishish kuchlari. Yadro kuchlari elektrostatik kuchlardan 100 marta katta va kuchli o'zaro ta'sir deb ataladi (bu almashinuv o'zaro ta'siri).
Yadro kuchlari faqat yadro ichidagi masofalarda namoyon bo'ladi, shuning uchun ular qisqa masofali, elektrostatik kuchlar esa uzoq masofali hisoblanadi.

Yadro kuchlari tortishish kuchlaridir, chunki ular yadro ichida nuklonlarni saqlaydi (nuklonlarning juda kuchli yaqinlashishi bilan ular orasidagi yadro kuchlari itarish xususiyatiga ega).

Yadro kuchlarining xususiyatlari:

1. Yadro kuchlari emas elektr kuchlari, chunki ular nafaqat protonlar, balki yadro ta'sirini tushuntirish uchun juda kichik bo'lgan tortishish emas, balki zaryadsiz neytronlar o'rtasida ham ishlaydi.

2. Yadro kuchlarining doirasi ahamiyatsiz. Ularning harakat radiusi 10-13 sm. Zarrachalar orasidagi katta masofalarda yadroviy o'zaro ta'sir o'zini namoyon qilmaydi.

3. Yadro kuchlari (ular harakat qiladigan hududda) juda kuchli. Ularning intensivligi elektromagnit kuchlarning intensivligidan ancha katta, chunki yadroviy kuchlar yadro ichida, xuddi zaryadlangan protonlar kabi, bir-birini juda katta elektr kuchlari bilan qaytaradi.

4. Turli yadrolardagi nuklonlarning bog’lanish darajasini o’rganish shuni ko’rsatadiki, yadro kuchlari kimyoviy kuchlarning valentligiga o’xshash to’yinganlik xususiyatiga ega. Yadro kuchlarining ushbu xususiyatiga ko'ra, bitta va bir xil nuklon yadroning barcha boshqa nuklonlari bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Lekin faqat bir nechta qo'shnilar bilan.

5. Yadro kuchlarining eng muhim xususiyati ularning zaryaddan mustaqilligi, ya'ni yadroviy o'zaro ta'sirning uchta turi: ikkita proton, proton va neytron va ikkita neytron o'rtasidagi o'zaro ta'sirning bir xilligidir.

6. Yadro kuchlari nomarkazdir.

ATOM YADARINING BOG'LANISH ENERGYASI VA MASSA DEFEKTSI

Atomlarning yadrolari kuchli bog'langan tizimlardir katta raqam nuklonlar.
Yadroning uning tarkibiy qismlariga to'liq bo'linishi va ularni bir-biridan katta masofada olib tashlash uchun ma'lum miqdorda A ishni sarflash kerak.

Bog'lanish energiyasi - bu energiya ishlashga teng, bu yadroni erkin nuklonlarga bo'lish uchun bajarilishi kerak.

E obligatsiyalar = - A

Saqlanish qonuniga ko'ra, bog'lanish energiyasi bir vaqtning o'zida alohida erkin nuklonlardan yadro hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiyaga teng. Maxsus bog'lanish energiyasi - bu nuklonga to'g'ri keladigan bog'lanish energiyasi.

http://pandia.ru/text/77/503/images/image003_73.gif" width="163" height="38">
Massa nuqsoni atom yadrosining bog'lanish energiyasining o'lchovidir.

Massa nuqsoni yadroning erkin holatdagi barcha nuklonlarining umumiy massasi va yadro massasi o'rtasidagi farqga teng:

Bu erda Mm - yadro massasi (ma'lumotnomadan)
Z - yadrodagi protonlar soni
m p - erkin protonning qolgan massasi N - yadrodagi neytronlar soni
m n - erkin neytronning qolgan massasi
Yadro hosil bo`lishida massaning kamayishi nuklonlar sistemasi energiyasining kamayishini bildiradi. Nuklonlarning o'zaro ta'sir energiyasi yuqori; u yadro ichidagi yoki yadroviy deyiladi.

Yadro AKSIYALARI

Yadro reaktsiyasi - atom yadrolarining elementar zarralar, gamma kvantlar va bir-biri bilan o'zaro ta'sirida sodir bo'ladigan, ko'pincha ulkan energiyaning ajralib chiqishiga olib keladigan transformatsiya jarayoni. Yadrolardagi o'z-o'zidan (hodisalar zarralari ta'sirisiz sodir bo'ladigan) jarayonlar - masalan, radioaktiv parchalanish - odatda yadro reaktsiyalari deb tasniflanmaydi. Ikki yoki undan ortiq zarralar orasidagi reaksiyani amalga oshirish uchun o'zaro ta'sir qiluvchi zarralar (yadrolar) bir-biriga 10-13 sm masofada, ya'ni yadro kuchlarining xarakterli diapazonida yaqinlashishi kerak. Yadro reaktsiyalari energiyaning chiqishi va yutilishi bilan ham sodir bo'lishi mumkin. Birinchi turdagi, ekzotermik reaktsiyalar yadro energiyasining asosi bo'lib xizmat qiladi va yulduzlar uchun energiya manbai hisoblanadi. Energiyaning yutilishi (endotermik) bilan kechadigan reaktsiyalar faqat to'qnashuvchi zarrachalarning kinetik energiyasi (massa tizimining markazida) ma'lum bir qiymatdan (reaktsiya chegarasi) yuqori bo'lsa sodir bo'lishi mumkin.

Hodisa zarrasi atom yadrosi bilan to'qnashganda, ular o'rtasida energiya va impuls almashinuvi sodir bo'ladi, buning natijasida o'zaro ta'sir zonasidan turli yo'nalishlarda uchib chiqadigan bir nechta zarrachalar hosil bo'lishi mumkin. Bunday jarayonlar yadro reaksiyalari deb ataladi.

Radioaktivlik. Radioaktiv parchalanish qonuni.

Radioaktivlik- elementar zarrachalar yoki engilroq yadrolarning chiqishi bilan birga atom yadrolarining o'z-o'zidan o'zgarishi. Bunday o'zgarishlarga duchor bo'lgan yadrolar radioaktiv, transformatsiya jarayoni esa radioaktiv parchalanish deb ataladi.

Radioaktiv parchalanish faqat energetik jihatdan qulay bo'lganda, ya'ni energiya chiqishi bilan birga bo'lishi mumkin. Buning sharti - parchalanish mahsulotlarining mi massalari yig'indisining boshlang'ich yadrosining M massasining ortishi, ya'ni tengsizlik:

Taxminan 3000 ta ma'lum yadrolardan (ularning aksariyati sun'iy ravishda olingan) faqat 264 tasi radioaktiv emas.

Radioaktiv yadrolar uch turdagi zarrachalarni chiqarishi mumkin: musbat va manfiy zaryadlangan va neytral. Bu uch xil nurlanish a-, b- va g-nurlanishlar deb ataldi. Ustida rasm 1. radioaktiv nurlanishning murakkab tarkibini aniqlash imkonini beradigan tajriba sxemasi ko'rsatilgan. Magnit maydonda a- va b-nurlari qarama-qarshi yo'nalishda, b-nurlari esa ko'proq og'ishadi. magnit maydondagi g-nurlari umuman chetga chiqmaydi.

20-asrning ikkinchi oʻn yilligida E.Rezerford atomlarning yadroviy tuzilishini kashf etgandan soʻng, radioaktivlik t. atom yadrolarining xossasi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, a-nurlari a-zarralar oqimi - geliy yadrolari DIV_ADBLOCK320">

Radioaktiv parchalanishning asosiy turlari alfa-parchalanish (yadrolar tomonidan alfa zarrachalarining chiqishi), beta-emirilishi (elektronning emissiyasi (yoki yutilishi), shuningdek antineytrino yoki pozitron va neytrinoning emissiyasi), gamma-emirilishi (gamma emissiyasi). nurlar) va oʻz-oʻzidan boʻlinish (yadroning massasi oʻxshash ikki boʻlakka parchalanishi).

Alfa parchalanishi . Alfa-parchalanish - bu atom yadrosining protonlar soni bilan o'z-o'zidan o'zgarishi. Z va neytronlar N bir qancha protonlarni o'z ichiga olgan boshqa yadroga aylanadi Z– 2 va neytronlar N- 2. Bunda a-zarracha - geliy atomining yadrosi chiqariladi.

Umumiy sxema: z XA = 2He4 + z-2 Y A-4.

Bunday jarayonga radiyning a-emirilishi misol bo'la oladi:

a-nurlanish eng past penetratsion quvvatga ega. Havoda, normal sharoitda, a-nurlari bir necha santimetr masofani bosib o'tadi.

Radioaktiv modda bir nechta diskret energiya qiymatlariga ega bo'lgan a-zarrachalarni chiqarishi mumkin. Buning sababi shundaki, yadrolar turli xil qo'zg'aluvchan holatda bo'lishi mumkin. Yadrolarning a-emirilishi ko'p hollarda g-nurlanish bilan birga kechadi.

Beta parchalanishi. Beta-emirilishda yadrodan elektron chiqariladi. Elektronlar yadrolar ichida bo'la olmaydi, ular neytronning protonga aylanishi natijasida b-emirilish paytida paydo bo'ladi. Bu jarayon nafaqat yadro ichida, balki erkin neytronlar bilan ham sodir bo'lishi mumkin..gif" alt="(!LANG:http:///courses/op25part2/content/javagifs/-9.gif" width="12" height="48"> + .!}

b-elektronlar keng qiymat oralig'ida turli tezlikka ega bo'lishi mumkin.

b-emirilish vaqtida zaryad soni Z bittaga ortadi, A massa soni esa o'zgarishsiz qoladi.

z XA \u003d -1 e0 + z + 1 Y A.

b-emirilishning odatiy misoli - uranning a-emirilishidan kelib chiqadigan toriy izotopining palladiyga aylanishi.

b-nurlari materiya tomonidan ancha kam so'riladi . Ular bir necha millimetr qalinlikdagi alyuminiy qatlamidan o'tishga qodir.

Elektron b-emirilish bilan bir qatorda pozitron b+-emirilish deb ataladigan narsa kashf qilindi, bunda yadrodan pozitron va neytrino uchib chiqadi.

Pozitron elektronning qo'sh zarrasi bo'lib, undan faqat zaryad belgisi bilan farqlanadi.. Pozitronlar quyidagi sxema bo'yicha protonning neytronga aylanishi reaktsiyasi natijasida paydo bo'ladi:

Gamma parchalanishi. A- va b-radioaktivlikdan farqli o'laroq, yadrolarning g-radioaktivligi yadroning ichki tuzilishining o'zgarishi bilan bog'liq emas va zaryad yoki massa sonining o'zgarishi bilan birga kelmaydi. g-nurlari 5-10 sm qalinlikdagi qo'rg'oshin qatlamidan o'ta oladigan eng yuqori penetratsion kuchga ega.

Ham a-, ham b-emirilishda qiz yadro qandaydir hayajonlangan holatda bo'lishi va ortiqcha energiyaga ega bo'lishi mumkin. Yadroning qo'zg'aluvchan holatdan asosiy holatga o'tishi bir yoki bir nechta g-kvantlarning emissiyasi bilan birga keladi, ularning energiyasi bir necha MeV ga etishi mumkin.

Radioaktiv parchalanish qonuni.

Radioaktiv materialning har qanday namunasi juda ko'p radioaktiv atomlarni o'z ichiga oladi. Radioaktiv parchalanish tasodifiy bo'lgani uchun va unga bog'liq emas tashqi sharoitlar, u holda ma'lum t vaqtgacha parchalanmagan yadrolarning N (t) sonining kamayishi qonuni muhim rol o'ynashi mumkin. statistik xarakteristikasi radioaktiv parchalanish jarayoni

Radioaktiv parchalanishning eksponensial qonuni, namunadagi radioaktiv yadrolarning N sonining (o'rtacha) t vaqti bilan qanday o'zgarishini ko'rsatadi.

Bu erda N0 - boshlang'ich yadrolar soni (ularning hosil bo'lish momenti yoki kuzatish boshlanishi) va parchalanish konstantasi (vaqt birligida radioaktiv yadroning parchalanish ehtimoli).

Ushbu konstanta orqali radioaktiv yadroning o'rtacha umrini ifodalash mumkin = 1/,

Amaliy foydalanish uchun radioaktiv parchalanish qonunini asos sifatida 2 raqamidan foydalanib, boshqa shaklda yozish qulay. e:

Qiymat T chaqirdi yarim hayot . davomida T radioaktiv yadrolarning dastlabki sonining yarmi parchalanadi. Miqdorlar T va t bilan bog'langan

a- va b-radioaktiv parchalanish davrida qiz yadro ham beqaror bo'lishi mumkin. Shu sababli, barqaror yadrolarning hosil bo'lishi bilan yakunlanadigan ketma-ket radioaktiv parchalanishlar seriyasi mumkin.

Radioaktiv parchalanishning xususiyatlariga, xususan, uning tezligiga (yarimparchalanish davri) parchalanishni keltirib chiqaradigan kuchlar (o'zaro ta'sirlar) sezilarli darajada ta'sir qiladi. Alfa yemirilishi dastlab kuchli kuch tomonidan boshqariladi, ammo uning tezligi Kulon to'sig'i bilan belgilanadi ( elektromagnit o'zaro ta'sir). Beta-parchalanish kuchsiz kuchdan, gamma-emirilish esa elektromagnit kuchdan kelib chiqadi.

Ilova.

Radioaktivlikning qiziqarli qo'llanilishi arxeologik va geologik topilmalarni kontsentratsiya bo'yicha aniqlash usulidir radioaktiv izotoplar. Eng ko'p qo'llaniladigan usul - bu radiokarbonni aniqlash. tufayli atmosferada beqaror uglerod izotopi paydo bo'ladi yadro reaksiyalari kosmik nurlar ta'sirida yuzaga kelgan. Bu izotopning oz qismi odatdagi barqaror izotop bilan birga havoda topiladi.O'simliklar va boshqa organizmlar havodagi uglerodni iste'mol qiladilar va ikkala izotopni ham havoda qanday nisbatda to'playdilar. O'simliklar nobud bo'lgandan so'ng, ular uglerodni iste'mol qilishni to'xtatadilar va b-emirilish natijasida beqaror izotop asta-sekin azotga aylanadi, yarimparchalanish davri 5730 yil. Qadimgi organizmlar qoldiqlarida radioaktiv uglerodning nisbiy kontsentratsiyasini aniq o'lchash orqali ularning o'lim vaqtini aniqlash mumkin.

Qo'shimcha o'qish.

Radioaktivlik hodisasi 1896 yilda A. Bekkerel tomonidan kashf etilgan. 1899 yilda E.Rezerford uran musbat zaryadli zarrachalar (-zarrachalar) va manfiy zaryadlangan zarrachalar (elektron) chiqarishini aniqladi. 1900-yilda P.Uillard uranning parchalanishini oʻrganayotganda neytral zarrachalarni (-kvantlarni) topdi. O'z-o'zidan yadro bo'linishi 1940 yilda kashf etilgan va.

b-emirilish jarayonida energiyaning saqlanish qonunining aniq buzilishi kuzatiladi, chunki neytronning parchalanishidan kelib chiqadigan proton va elektronning umumiy energiyasi neytron energiyasidan kamroq bo'ladi. 1931-yilda V.Pauli neytronning yemirilishi vaqtida massasi va zaryadi nolga teng boʻlgan yana bir zarracha ajralib chiqishini, u oʻzi bilan birga energiyaning bir qismini olib ketishini taklif qildi. Yangi zarracha neytrino (kichik neytron) deb nomlandi. Neytrinoda zaryad va massa yo'qligi sababli, bu zarracha moddaning atomlari bilan juda zaif ta'sir qiladi, shuning uchun uni tajribada aniqlash juda qiyin. Neytrinolarning ionlash qobiliyati shunchalik kichikki, havodagi bir ionlanish harakati taxminan 500 km yo'lga to'g'ri keladi. Bu zarracha faqat 1953 yilda kashf etilgan.Hozirgi vaqtda neytrinolarning bir nechta navlari borligi ma'lum. Neytronning parchalanishi jarayonida zarracha hosil bo'ladi, bu elektron antineytrino deb ataladi. U belgi bilan belgilanadi. Shunday qilib, neytronning parchalanish reaktsiyasi quyidagicha yoziladi:

Pozitronning mavjudligini 1928-yilda atoqli fizik P.Dirak bashorat qilgan edi.Bir necha yil oʻtgach, pozitron kosmik nurlar tarkibida topildi.

http://pandia.ru/text/77/503/images/image035_8.gif" width="576 height=288" height="288">

G-fotonlardagi reaktsiyalarni alohida ajratish mumkin (yadro fotoelektrik effekti)

Qo'shimcha o'qish uchun

Yadro reaksiyalari quyidagicha belgilanadi

a1 + a2 http://pandia.ru/text/77/503/images/image037_7.gif" width="140" height="122">

Reaksiyaning dastlabki bosqichi deyiladi kirish kanali . Ikkinchi bosqichdagi reaktsiyaning turli mumkin bo'lgan yo'llari deyiladi chiqish kanallari.

Agar oxirgi holatda ikkita zarracha hosil bo'lsa

a + A 100%" style="width:100.0%">

p + 14N 14N* + p

p + 14N 14O + n

p + 14N 13N + p + n

p + 14N 8p + 7n

Yuqoridagi misolda protonning 14N yadrosi bilan o'zaro ta'sirida quyidagi reaksiya chiqish kanallari kuzatiladi.
Elastik sochilish yadro reaksiyasi bo'lib, unda zarrachalar turi va ularning kvant holatlari o'zaro ta'sir natijasida o'zgarmas (a).
(b) reaksiyada bir xil zarrachalar dastlabki holatda bo'lgani kabi oxirgi holatda ham hosil bo'ladi, lekin 14N yadro qo'zg'aluvchan holatda hosil bo'ladi. Bunday jarayon elastik bo'lmagan sochilish jarayoni deb ataladi.
Reaktsiyalarda (c-e) boshlang'ich holatda bo'lmagan zarralar hosil bo'ladi.
http://pandia.ru/text/77/503/images/image038_7.gif" alt="(!LANG:beta) (c) tipidagi reaktsiyalar" width="10" height="20 src=">+-радиоактивными. !}
(e) reaksiyada oxirgi holatda uchta zarracha hosil bo'ladi.
Tushgan zarrachaning etarlicha yuqori energiyalarida yadroning uni tashkil etuvchi alohida nuklonlarga (e) to'liq parchalanishi mumkin.
Yadro reaksiyalarining chiqish kanalida hosil bo‘lgan zarrachalar turiga ko‘ra tasnifini keltirdik. Yadro reaksiyalari kirish kanalidagi zarrachalar turiga qarab ham tasniflanadi..gif" alt="(!LANG:arrow)" width="21" height="17 src="> 16F + n!}
+ 14N http://pandia.ru/text/77/503/images/image031_9.gif" alt="(!LANG:gamma" height="20 src=">!}

Aksiya ostidagi reaktsiyalar http://pandia.ru/text/77/503/images/image031_9.gif" alt="(!LANG:gamma" height="20"> + 14N 13N + n!}
e-+ 14N http://pandia.ru/text/77/503/images/image036_7.gif" alt="(!LANG:arrow" width="21" height="17 src="> 13C + 17F!}

Zaryadlangan zarralar hodisa zarralari sifatida ishlatilsa, ular yadroning Kulon itilishini engib o'tish va yadro kuchlari hududiga tushish uchun etarli kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak. (Agar zaryadlangan zarrachaning energiyasi Kulon to'sig'ining balandligidan kichik bo'lsa, yadro reaktsiyasi ehtimoli kuchli tarzda bostiriladi.) Zarur energiyadagi zarrachalar nurlari zamonaviy tezlatgichlar yordamida osonlik bilan olinadi. Agar zarrachaning energiyasi Kulon to'sig'ini yengib o'tish uchun etarli bo'lmasa, u holda u yadroning Kulon maydonida Rezerford formulasi bilan tavsiflangan elastik sochilishni boshdan kechiradi. Kam energiyali mintaqadagi atom yadrolarining xususiyatlarini o'rganish uchun neytronlar qo'llaniladi, ular Coulomb to'sig'ini engib o'tishga hojat yo'q. Kuchli neytron oqimlarining manbalari yadro reaktorlaridir.

Uran yadrolarining bo'linishi.

Zanjirli yadro reaktsiyasi.

· Uran yadrolarining bo'linishi

Uran yadrolarining boʻlinishi 1938-yilda nemis olimlari O.Gan va F.Strassman tomonidan kashf etilgan. Ular uran yadrolarini neytronlar bilan bombardimon qilganda davriy sistemaning oʻrta qismining elementlari: bariy, kripton va boshqalar hosil boʻlishini aniqlashga muvaffaq boʻldilar.Bu faktning toʻgʻri talqinini avstriyalik fizigi L.Meytner va ingliz fizigi O.Frishlar berganlar. . Ular bu elementlarning paydo bo'lishini neytronni tutib olgan uran yadrolarining taxminan teng ikkita qismga bo'linishi bilan izohladilar. Bu hodisa yadro parchalanishi deb ataladi va hosil bo'lgan yadrolar bo'linish bo'laklari deb ataladi.

Uran atomi neytronni o'ziga singdirib, qo'zg'aladi, deformatsiyalanadi (yadro cho'ziladi, yadro kuchlari nuklonlar orasidagi masofaning ortishi bilan zaiflashadi) va 2-3 neytron chiqishi bilan ikki qismga bo'linadi.

http://pandia.ru/text/77/503/images/image040_8.gif" alt="(!LANG:LaTeX: ~^(235)_(92)U" width="40 height=24" height="24"> выделяется очень большая энергия - около 200 МэВ при делении каждого ядра. Около 80 % этой энергии выделяется в виде кинетической энергии осколков; остальные 20 % приходятся на энергию радиоактивного излучения осколков и кинетическую энергию мгновенных нейтронов. Реакция деления ядер урана идет с преобладающим выделением энергии в окружающую среду.!}

Hozirgi vaqtda 100 ga yaqin turli xil izotoplar ma'lum bo'lib, ularning massa soni taxminan 90 dan 145 gacha bo'linish natijasida hosil bo'ladi. Ushbu yadroning ikkita tipik bo'linish reaktsiyasi quyidagi shaklga ega:

http://pandia.ru/text/77/503/images/image040_8.gif" alt="(!LANG:LaTeX: ~^(235)_(92)U" width="40" height="24 src=">, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона. При благоприятных условиях эти нейтроны могут попасть в другие ядра урана и вызвать их деление. На этом этапе появятся уже от 4 до 9 нейтронов, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс и называется цепной реакцией.!}

http://pandia.ru/text/77/503/images/image044_7.gif" alt="(!LANG:LaTeX: ~^(238)_(92)U" width="40" height="24"> (99,3 %) и (0,7 %). При бомбардировке нейтронами ядра обоих изотопов могут расщепляться на два осколка. При этом реакция деления наиболее интенсивно идет на медленных (тепловых) нейтронах с !} kinetik energiya 0,5 oraliqda ev - 1 Mev., yadrolar bo'linish reaktsiyasiga faqat 1 MeV dan ortiq energiyaga ega bo'lgan tez neytronlar bilan kirsa, aks holda hosil bo'lgan yadrolarning qo'zg'alish energiyasi bo'linish uchun etarli bo'lmaydi va keyin bo'linish o'rniga yadro reaktsiyalari sodir bo'ladi:

Uran izotopi b-radioaktiv, yarim yemirilish davri 23 min. Neptuniyning izotopi ham radioaktiv, yarim yemirilish davri taxminan 2 kun.

Plutoniyning izotopi nisbatan barqaror, yarim yemirilish davri 24000 yil (a-yemirilish natijasida, )..gif" alt="(!LANG:LaTeX: ~^(239)_(94)Np." width="48" height="24"> может быть осуществлена цепная реакция.!}

Yuqorida ko'rib chiqilgan zanjirli reaktsiya sxemasi ideal holat bo'lib, real sharoitda bo'linish paytida hosil bo'lgan barcha neytronlar boshqa yadrolarning bo'linishida qatnashmaydi. Ulardan ba'zilari begona atomlarning bo'linmaydigan yadrolari tomonidan tutiladi, boshqalari urandan uchib ketadi (neytron oqishi). Shuning uchun og'ir yadrolarning bo'linish zanjiri reaktsiyasi har doim ham sodir bo'lmaydi va uranning har qanday massasi uchun emas. Ushbu masalani tushunish uchun yana bir tushunchani ko'rib chiqish kerak - neytronlarni ko'paytirish omili.

Zanjir reaktsiyasining rivojlanishi neytronlarni ko'paytirish omili K deb ataladi, bu reaksiya bosqichlaridan birida moddaning yadroviy bo'linishiga olib keladigan Ni sonining Ni soniga nisbati bilan o'lchanadi. Reaksiyaning oldingi bosqichida parchalanishga olib kelgan -1 neytron:

Ko'paytirish koeffitsienti bir qator omillarga, xususan, parchalanuvchi materialning tabiati va miqdoriga, egallagan hajmning geometrik shakliga bog'liq. Berilgan moddaning bir xil miqdori K ning boshqa qiymatiga ega. Agar modda sharsimon shaklga ega bo'lsa, K maksimal bo'ladi, chunki bu holda sirt orqali tezkor neytronlarning yo'qolishi eng kichik bo'ladi.

Zanjir reaktsiyasi ko'payish koeffitsienti K = 1 bilan davom etadigan parchalanuvchi materialning massasi kritik massa deb ataladi. Uranning kichik bo'laklarida neytronlarning aksariyati hech qanday yadroga tegmasdan uchib ketadi.

Kritik massaning qiymati geometriya bilan belgilanadi jismoniy tizim, uning tuzilishi va tashqi muhiti. Shunday qilib, sof uran to'pi uchun kritik massa" href="/text/category/kriticheskaya_massa/" rel="bookmark"> kritik massa 47 kg (diametri 17 sm bo'lgan to'p). Kritik massa Agar siz neytron moderatorlari deb ataladigan vositalardan foydalansangiz, uran miqdorini ko'p marta kamaytirish mumkin. Gap shundaki, uran yadrolarining parchalanishi paytida hosil bo'lgan neytronlar juda yuqori tezlikka ega va uran-235 yadrolari tomonidan sekin neytronlarni tutib olish ehtimoli yuzlabdir. Tez neytronlardan marta kattaroq.. Eng yaxshi neytron moderatori og'ir suvdir D2O (deyteriy va kislorod) Oddiy suv, neytronlar bilan o'zaro ta'sirlashganda, o'zi og'ir suvga aylanadi.

Yaxshi moderator ham grafit bo'lib, uning yadrolari neytronlarni o'zlashtirmaydi. Deyteriy yoki uglerod yadrolari bilan elastik ta'sir o'tkazganda, neytronlar issiqlik tezligigacha sekinlashadi.

Neytron moderatorlari va neytronlarni aks ettiruvchi maxsus berilliy qobig'idan foydalanish kritik massani 250 g gacha kamaytirishga imkon beradi.

Ko'paytirish omili K = 1 bilan bo'linadigan yadrolar soni doimiy darajada saqlanadi. Ushbu rejim yadroviy reaktorlarda taqdim etiladi.

Agar yadro yoqilg'isining massasi kritik massadan kichik bo'lsa, u holda ko'paytirish koeffitsienti K< 1; каждое новое поколение вызывает все меньшее и меньшее число делений, и реакция без внешнего источника нейтронов быстро затухает.

Agar yadro yoqilg'isining massasi kritikdan katta bo'lsa, u holda ko'payish koeffitsienti K > 1 va neytronlarning har bir yangi avlodi hamma narsani keltirib chiqaradi. Ko'proq bo'linmalar. Zanjirli reaktsiya ko'chki kabi o'sib boradi va katta energiya chiqishi va haroratning oshishi bilan birga portlash xarakteriga ega. muhit bir necha million darajagacha. Bunday zanjirli reaktsiya portlash sodir bo'lganda sodir bo'ladi atom bombasi.

Yadro reaktori. Termoyadro sintezi.

Shunday qilib, termoyadro va yadro reaktsiyalari haqida gapirishdan oldin, men sizga bir oz tahlil qilishni taklif qilaman va

ularni solishtiring.

Termoyadro reaktsiyasi - bu yadro sintezi reaktsiyasi bo'lib, unda engilroq elementlar (vodorodning og'ir izotoplari - deyteriy va tritiy) oqroq og'ir - geliyni hosil qiladi.

Yadro reaktsiyasi - bu og'irroq elementlardan engilroq elementlar hosil bo'lgan yadro zanjiri reaktsiyasi.

Amalda, farq shundaki, yadroviy parchalanish reaktsiyasini boshqarish nisbatan oson, uni termoyadroviy reaktsiya haqida aytib bo'lmaydi, shuning uchun harbiy ahamiyatga qo'shimcha ravishda, u tinch - atom elektr stantsiyalariga ham ega.

Olimlar hali ham termoyadro termoyadroviy reaktsiyasini boshqarishning arzon usulini topish uchun kurashmoqda va hozircha hech qanday natija bermayapti. Agar ularning o'xshashliklari haqida gapiradigan bo'lsak, unda ikkala reaktsiyada ham katta miqdorda issiqlik ajralib chiqadi, ammo termoyadroviy sintezda u hali ham ko'proq.

Yadro reaktori

Yadro reaktori yadro yoqilg'isi bo'lgan ob'ekt bo'lib, unda boshqariladigan bo'linish zanjiri reaktsiyasi sodir bo'ladi.

Yadro reaktorining ishlash printsipi

Uran U235 ning parchalanishi paytida ikki yoki uchta neytronning chiqishi bilan birga issiqlik chiqariladi. Statistik ma'lumotlarga ko'ra - 2,5. Bu neytronlar boshqa U235 uran atomlari bilan to'qnashadi. To'qnashuvda uran U235 beqaror U236 izotopiga aylanadi, u deyarli darhol Kr92 va Ba141 + xuddi shu 2-3 neytronga parchalanadi. Parchalanish gamma nurlanishi va issiqlik ko'rinishidagi energiyaning chiqishi bilan birga keladi.

Bunga zanjir reaksiyasi deyiladi. Atomlar bo'linadi, parchalanish soni eksponensial ravishda oshadi, bu bizning me'yorlarimiz bo'yicha, yashin tezligida juda katta energiya ajralib chiqishiga olib keladi - nazoratsiz zanjir reaktsiyasi natijasida atom portlashi sodir bo'ladi.

Yadro reaktorlari tez va sekin neytronlarda ishlaydi:

1. Tez neytron reaktori - yadroviy zanjir reaktsiyasini saqlab turish uchun energiya > 105 eV bo'lgan neytronlardan foydalanadigan yadroviy reaktor. Reaktorlar neytron spektrida - neytronlarning energiya bo'yicha taqsimlanishida va, demak, so'rilgan (yadro bo'linishini keltirib chiqaradigan) neytronlar spektrida sezilarli darajada farqlanadi. Agar yadroda elastik sochilish natijasida sekinlashuv uchun maxsus mo'ljallangan engil yadrolar bo'lmasa, amalda barcha sekinlashuvlar og'ir va o'rta og'irlikdagi yadrolar tomonidan neytronlarning elastik bo'lmagan tarqalishi bilan bog'liq. Bunday holda, bo'linishlarning ko'pchiligi energiyalari o'nlab va yuzlab keV ga teng bo'lgan neytronlar tomonidan sodir bo'ladi. Bunday reaktorlar tez neytron reaktorlari deb ataladi.

2. Sekin (issiqlik) neytronlardagi reaktor - yadroviy zanjir reaktsiyasini saqlab turish uchun energiya spektrining termal qismi - "issiqlik spektri" neytronlaridan foydalanadigan yadroviy reaktor. Termal spektrli neytronlardan foydalanish foydalidir, chunki uran-235 yadrolarining zanjirli reaktsiyada ishtirok etuvchi neytronlar bilan o'zaro ta'sir kesimi neytron energiyasining kamayishi bilan ortadi, uran-238 yadrolari esa past energiyalarda doimiy bo'lib qoladi. Natijada, 235U bo'linuvchi izotopning atigi 0,7% bo'lgan tabiiy uran yordamida o'z-o'zini ta'minlaydigan reaktsiya tez neytronlarda (bo'linish spektri) mumkin emas va sekin (termik)larda mumkin.

Oddiy mulohazalar shuni ko'rsatadiki, uranning ikki bo'lakka bo'linishi juda katta energiya chiqishi bilan birga bo'lishi kerak. Shuning uchun uran yadrosi ikki bo'lakka bo'linganda, har bir nuklonga taxminan 1,1 MeV ga teng energiya ajralib chiqishi kerak. Hammasi bo'lib, 200 dan ortiq nuklonlarni o'z ichiga olgan uran yadrosining bo'linishi paytida 200 MeV darajasidagi energiya ajralib chiqishi kerak.

Bo'linish energiyasining asosiy qismi bo'linish bo'laklari va neytronlarning kinetik energiyasi shaklida chiqariladi. Energiyaning bir qismi gamma nurlanish shaklida chiqariladi.

Yadro reaktoridagi jarayonlar sxemasi: (reaktsiya moderatoridan foydalanganda)

http://pandia.ru/text/77/503/images/image055_6.gif" width="39" height="25"> Yadro reaktorining asosiy elementlari:

1) yadro yoqilg'isi (va boshqalar);

2) neytron moderatori (og'ir yoki oddiy suv, berilliy, berilliy oksidi va boshqalar);

3) reaktorning ishlashi paytida hosil bo'ladigan energiyani chiqarish uchun sovutish suvi (suv, suyuq natriy va boshqalar);

4) Reaksiya tezligini nazorat qilish uchun qurilma (reaktorning ish joyiga kiritilgan kadmiy yoki bor novdalari - neytronlarni yaxshi singdiruvchi moddalar).

Tashqarida reaktor himoya qobig'i bilan o'ralgan bo'lib, u g-nurlanish va neytronlarni ushlab turadi. Qobiq temir plomba bilan betondan qilingan.

neytron tutilishi- atom yadrosi neytron bilan birlashib, og'irroq yadro hosil qiladigan yadro reaktsiyasining bir turi:

(A, Z) + n → ( A+1, Z) + γ.

Neytron yadroga hatto nolga yaqin kinetik energiyada ham yaqinlasha oladi, chunki u musbat zaryadlangan protondan farqli o'laroq, elektr neytral bo'lib, uni faqat elektrostatik itarilishni yengish uchun yetarlicha yuqori energiya bilan ushlash mumkin.

Tez neytron reaktorlari:

Tez neytronlarda moderatorsiz ishlaydigan reaktorlar qurilgan.

http://pandia.ru/text/77/503/images/image051_1.jpg" width="377" height="334">

Massa soni 60 ga yaqin bo'lgan yadrolargacha nuklonlarning o'ziga xos bog'lanish energiyasi ortib boradi. A. Shuning uchun, bilan har qanday yadro sintezi A < 60 из более легких ядер должен сопровождаться выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза будет в этом случае меньше массы первоначальных частиц.

Yengil yadrolarning sintez reaksiyalari deyiladi termoyadro reaksiyalari chunki ular oqishi mumkin faqat juda yuqori haroratlarda. Ikki yadro termoyadroviy reaktsiyaga kirishishi uchun ular musbat zaryadlarining elektr itarishini yengib, 2 10-15 m tartibdagi yadro kuchlarining ta'sir qilish masofasida yaqinlashishlari kerak. Buning uchun molekulalarning issiqlik harakatining o'rtacha kinetik energiyasidan oshishi kerak potentsial energiya Coulomb o'zaro ta'siri. Buning uchun zarur bo'lgan haroratni hisoblash T 108-109 K tartibidagi qiymatga olib keladi. Bu juda yuqori haroratdir. Bu haroratda modda to'liq ionlangan holatda bo'ladi, bu deyiladi plazma .5 tana holati. Dunyoda bunday haroratga bardosh bera oladigan materiallar yo'q.

Bir nuklonga termoyadro reaksiyalarida ajralib chiqadigan energiya o'ziga xos energiyadan bir necha baravar yuqori zanjir reaktsiyalari yadro parchalanishi. Masalan, deyteriy va tritiy yadrolarining sintez reaktsiyasida

3,5 MeV/nuklon ajralib chiqadi. Bu reaksiyada jami 17,6 MeV ajralib chiqadi. Bu eng istiqbolli termoyadro reaktsiyalaridan biridir.

Amalga oshirish boshqariladigan termoyadro reaksiyalari insoniyatga yangi ekologik toza va amalda tuganmas energiya manbasini beradi. Biroq, o'ta yuqori haroratni olish va milliard darajaga qadar qizdirilgan plazmani cheklash boshqariladigan termoyadro sintezini amalga oshirish yo'lidagi eng qiyin ilmiy va texnik vazifadir.

Fan va texnika taraqqiyotining ushbu bosqichida faqat nazoratsiz sintez reaktsiyasi vodorod bombasida. Yuqori harorat, yadroviy sintez uchun zarur bo'lgan bu erda an'anaviy uran yoki plutoniy bombasining portlashi yordamida erishiladi.

Koinot evolyutsiyasida termoyadro reaksiyalari nihoyatda muhim rol o'ynaydi. Quyosh va yulduzlarning nurlanish energiyasi termoyadrodan kelib chiqadi.

Reaktsiya turlari:

1) Deyteriy + tritiy reaktsiyasi (yonilg'i D-T)

Eng oson amalga oshiriladigan reaktsiya deyteriy + tritiy:

17,6 MeV (MeV) energiya chiqishi uchun 2H + 3H = 4He + n.

Bu reaktsiya jihatidan eng oson amalga oshiriladi zamonaviy texnologiyalar, energiyaning sezilarli rentabelligini beradi, yoqilg'i komponentlari arzon. Kamchilik - kiruvchi neytron nurlanishining chiqishi.

Ikki yadro: deyteriy va tritiy birlashib geliy yadrosi (alfa zarrasi) va yuqori energiyali neytron hosil qiladi:

http://pandia.ru/text/77/503/images/image059_6.gif" alt="(!LANG:Dumaloq to'rtburchak: Deyteriy-tritiy reaktsiyasining sxemasi" width="248" height="93">!}

2) Reaksiya deyteriy + geliy-3

Deyteriy + geliy-3 reaktsiyasini amalga oshirish imkoni boricha qiyinroq.

18,4 MeV energiya chiqishida 2H + 3He = 4He + p.

Unga erishish shartlari ancha murakkab. Geliy-3 ham noyob va juda qimmat izotopdir. DA sanoat miqyosi hozirda ishlab chiqarilmaydi. Biroq, u atom elektr stantsiyalarida navbat bilan olingan tritiydan olinishi mumkin; yoki oyda qazib olinadi.

Termoyadro reaktsiyasini o'tkazishning murakkabligi uch martalik mahsulot bilan tavsiflanishi mumkin nt t (tutish vaqtidagi harorat uchun zichlik). Ushbu parametrga ko'ra, D-3He reaktsiyasi D-T ga qaraganda taxminan 100 marta qiyinroq.

3) Deyteriy yadrolari orasidagi reaksiya (D-D, monopropellant)

Deyteriy yadrolari orasidagi reaktsiyalar ham mumkin, ular geliy-3 ishtirokidagi reaktsiyalarga qaraganda biroz qiyinroq:

DD-plazmadagi asosiy reaktsiyaga qo'shimcha ravishda quyidagilar ham sodir bo'ladi:

Bir vaqtning o'zida ikkita shart bajarilganda boshqariladigan termoyadro sintezi mumkin:

§ Yadrolarning to'qnashuv tezligi plazma haroratiga mos keladi:

T> 108 K (D-T reaktsiyasi uchun).

§ Lawson mezoniga muvofiqligi:

n t > 1014 sm−3 s (D-T reaksiyasi uchun),

qayerda n- yuqori haroratli plazma zichligi, t - tizimdagi plazmani ushlab turish vaqti.

Ushbu ikki mezonning qiymati asosan ma'lum bir termoyadro reaktsiyasining tezligini belgilaydi.

ASOSIY TUSHUNCHALAR

Elementar zarracha - moddaning eng kichik zarralari, ular atom yadrolari va atomlar bo'lmasligi sharti bilan (proton bundan mustasno); shuning uchun ular subyadro deb ataladi.

Spin (inglizcha spin - spin, aylanish) - elementar zarralar impulsining ichki momenti, kvant tabiati va umuman zarrachaning harakati bilan bog'liq emas. Spin, shuningdek, atom yadrosi yoki atomining to'g'ri burchak momentumi deb ataladi; bu holda spin sifatida aniqlanadi vektor yig'indisi(kvant mexanikasida momentlarni qoʻshish qoidalari boʻyicha hisoblangan) sistemani tashkil etuvchi elementar zarrachalarning spinlari va bu zarrachalarning tizim ichidagi harakatidan kelib chiqqan orbital momentlari.(S )

Antipartikul - bir xil massaga ega va bir xil boshqa elementar zarraning egizak zarrasiorqaga, lekin ba'zi o'zaro ta'sir xususiyatlarining belgilarida undan farq qiladi.

Elementar zarrachalarning tasnifi

Hozirgi bilim darajasida 12 ta zarracha va 12 ta antizarracha, shuningdek 12 ta oʻzaro taʼsir tashuvchi elementar hisoblanadi. Barcha elementar zarralar fermionlar (s=1/2ħ), barcha oʻzaro taʼsir tashuvchilari bozonlar (s=1ħ).

Erkin holatda faqat 6 ta (12 tadan) elementar zarrachalar kuzatiladi. Bular leptonlar: elektron e - , muon m- , taon t- , elektron neytrino ne, muon neytrino nm va taon neytrino nt. Antineytrinolar va musbat zaryadlangan leptonlar antizarralar hisoblanadi. Leptonlar zaif o'zaro ta'sir qiluvchi zarralardir.

Qolgan 6 ta elementar zarralar - kvarklar faqat bog'langan holatda mavjud. Bu 6 ta antikvarkka ham tegishli. Kvarklar va antikvarklar kuchli o'zaro ta'sirga ega bo'lgan zarralardir.

Tasniflash turlari:

Orqa tomonning o'lchami

bozonlar - butun spinli zarralar (masalan, foton, glyuon, mezonlar)

fermionlar - yarim butun spinli zarralar (masalan, elektron, proton, neytron, neytrino)

O'zaro ta'sir turi bo'yicha

Kompozit zarralar

· adronlar - barcha turdagi fundamental o'zaro ta'sirlarda ishtirok etuvchi zarralar. Ular kvarklardan iborat bo'lib, o'z navbatida, bo'linadi

mezonlar- butun spinli adronlar, ya'ni bozonlar; barionlar- yarim butun spinli adronlar, ya'ni fermionlar. Bularga, xususan, atom yadrosini tashkil etuvchi zarrachalar - proton va neytron kiradi.

Asosiy (tuzilishsiz) zarralar

· leptonlar- 10−18 m shkalagacha bo'lgan nuqta zarracha shakliga ega bo'lgan fermionlar, ular kuchli o'zaro ta'sirlarda qatnashmaydi. Elektromagnit o'zaro ta'sirlarda ishtirok etish eksperimental ravishda faqat zaryadlangan leptonlar (elektronlar, muonlar, tau-leptonlar) uchun kuzatilgan va neytrinolar uchun kuzatilmagan. Leptonlarning 6 turi ma'lum.

· kvarklar- adronlar tarkibiga kiruvchi kasr zaryadli zarralar. Ular erkin holatda kuzatilmadi (bunday kuzatuvlar yo'qligini tushuntirish uchun qamoqqa olish mexanizmi taklif qilingan). Leptonlar singari, ular 6 turga bo'linadi va tuzilmasiz hisoblanadi, ammo leptonlardan farqli o'laroq, ular kuchli o'zaro ta'sirda ishtirok etadilar.

· o'lchov bozonlari- zarralar, ularning almashinuvi orqali o'zaro ta'sirlar amalga oshiriladi:

o foton- elektromagnit ta'sir o'tkazuvchi zarracha;

o sakkiz glyuon ov - kuchli o'zaro ta'sir ko'rsatadigan zarralar;

o uch oraliq vektor bozon W+, W- va Z0 zaif o'zaro ta'sirga ega;

o graviton- tortishish o'zaro ta'sirini olib boruvchi faraziy zarracha. Gravitatsion o'zaro ta'sirning zaifligi tufayli hali tajribada isbotlanmagan bo'lsa-da, gravitonlar mavjudligi juda ehtimolli hisoblanadi; ammo graviton elementar zarrachalarning standart modeliga kiritilmagan.

Adronlar va leptonlar materiyani hosil qiladi. Gauge bozonlari kvant hisoblanadi turli xil turlari o'zaro ta'sirlar.

20-asrning 20-yillariga kelib fiziklar 1911-yilda E.Rezerford tomonidan kashf etilgan atom yadrolari hamda atomlarning oʻzlari murakkab tuzilishga ega ekanligiga shubha qilmay qoʻydilar. Ular bunga o'sha paytda to'plangan ko'plab eksperimental faktlar: radioaktivlikning kashf etilishi, atomning yadro modelining eksperimental isboti, nisbatni o'lchash orqali ishonch hosil qilishdi. e / m elektron, a-zarracha va H-zarracha deb ataladigan narsa uchun - vodorod atomining yadrosi, sun'iy radioaktivlik va yadro reaktsiyalarini kashf qilish, atom yadrolarining zaryadlarini o'lchash va boshqalar.

Bu endi qat'iy tasdiqlandi turli elementlarning atom yadrolari ikki xil - proton va neytron zarralaridan iborat.

Bu zarralarning birinchisi vodorod atomi bo'lib, undan bitta elektron chiqarilgan. Bu zarracha 1907 yilda J.Tomson tajribalarida allaqachon kuzatilgan bo'lib, uning nisbatini o'lchashga muvaffaq bo'lgan. e / m. 1919-yilda E.Rezerford koʻpgina elementlar atomlari yadrolarining boʻlinish mahsulotida vodorod atomining yadrolarini topdi. Rezerford bu zarrachani proton deb atadi. U protonlar barcha atom yadrolarining bir qismi ekanligini taklif qildi. Ruterford tajribalarining sxemasi shaklda ko'rsatilgan. 6.5.1.

Rezerford qurilmasi evakuatsiya qilingan kameradan iborat bo'lib, uning ichiga a-zarrachalar manbai bo'lgan K idish qo'yilgan. Kamera oynasi metall folga F bilan qoplangan bo'lib, uning qalinligi a-zarralar u orqali o'tmasligi uchun tanlangan. Deraza tashqarisida sink sulfid bilan qoplangan E ekrani bor edi. M mikroskop yordamida og'ir zaryadlangan zarrachalar ekranga uriladigan nuqtalarda sintillyatsiyalarni (ya'ni yorug'lik miltillashini) kuzatish mumkin edi. Kamerani azot bilan to'ldirganda past bosim ekranda yorug'lik miltillashlari paydo bo'ldi, bu F folga orqali o'tishga qodir bo'lgan ba'zi zarralar oqimining ko'rinishini ko'rsatib, a-zarrachalar oqimini deyarli butunlay to'sib qo'ydi. Rezerford E ekranini kamera oynasidan uzoqlashtirgan holda o'lchadi erkin yo'l degan ma'noni anglatadi havodagi zarralar kuzatildi. Taxminan 28 sm ga teng bo'lib chiqdi, bu J. Tomson tomonidan ilgari kuzatilgan H-zarrachalarining yo'l uzunligini baholashga to'g'ri keldi. Elektr va magnit maydonlarining azot yadrolaridan chiqib ketgan zarrachalarga ta'sirini o'rganish shuni ko'rsatdiki, bu zarralar ijobiy elementar zaryadga ega va ularning massasi vodorod atomi yadrosi massasiga teng. Keyinchalik, bir qator boshqa gazsimon moddalar bilan tajriba o'tkazildi. Barcha holatlarda a-zarralar H-zarrachalarni yoki bu moddalar yadrolaridan protonlarni chiqarib yuborishi aniqlandi.

Zamonaviy o'lchovlarga ko'ra, protonning musbat zaryadi elementar zaryadga to'liq teng e\u003d 1.60217733 10 -19 C, ya'ni mutlaq qiymatga teng manfiy zaryad elektron. Hozirgi vaqtda proton va elektron zaryadlarining tengligi 10 -22 aniqlik bilan tasdiqlangan. Ikki o'xshash bo'lmagan zarrachalar zaryadlarining bunday mos kelishi hayratlanarli va zamonaviy fizikaning asosiy sirlaridan biri bo'lib qolmoqda.

proton massasi , zamonaviy o'lchovlarga ko'ra, tengdir m p = 1,67262∙10 -27 kg. Yadro fizikasida zarrachaning massasi ko'pincha massa soni 12 bo'lgan uglerod atomining massasiga teng bo'lgan atom massa birliklarida (a.m.u.) ifodalanadi:

Binobarin, mp= 1,007276 a. e. m. Ko'p hollarda zarrachaning massasini formulaga muvofiq ekvivalent energiya qiymatlarida ifodalash qulay E = mc 2. 1 eV = 1,60218 10 -19 J bo'lgani uchun energiya birliklarida proton massasi 938,272331 MeV ga teng.

Shunday qilib, Rezerford tajribasida tez a-zarrachalar ta'sirida azot va boshqa elementlar yadrolarining bo'linish hodisasi aniqlandi va bu ko'rsatildi. protonlar atom yadrolarining bir qismidir.

Proton kashf etilgandan so'ng, atomlarning yadrolari faqat protonlardan iborat degan fikr paydo bo'ldi. Biroq, bu taxmin asossiz bo'lib chiqdi, chunki yadro zaryadining uning massasiga nisbati turli yadrolar uchun doimiy bo'lib qolmaydi, chunki yadrolar tarkibiga faqat protonlar kiritilganda bo'ladi. Og'irroq yadrolar uchun bu nisbat engil bo'lganlarga qaraganda kichikroq bo'lib chiqadi, ya'ni og'irroq yadrolarga o'tishda yadro massasi zaryaddan tezroq o'sadi.

1920 yilda Rezerford yadrolar tarkibida qattiq bog'langan ixcham proton-elektron juftligi mavjudligini faraz qildi, bu elektr neytral shakllanish - massasi taxminan proton massasiga teng bo'lgan zarracha. U hatto bu faraziy zarrachaning nomini ham o'ylab topdi - neytron . Bu juda chiroyli, ammo keyinchalik ma'lum bo'lishicha, noto'g'ri fikr edi. Elektron yadroning bir qismi bo'lishi mumkin emas. Noaniqlik munosabatiga asoslangan kvant mexanik hisoblash shuni ko'rsatadiki, yadroda lokalizatsiya qilingan elektron, ya'ni kattalik mintaqasi. R≈ 10 -13 sm, ulkan kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak, bir zarracha yadrolarning bog'lanish energiyasidan ko'p marta kattaroqdir. Biroq, og'ir neytral zarraning mavjudligi haqidagi g'oya Ruterfordga shu qadar jozibali tuyuldiki, u darhol Jeyms Chadvik boshchiligidagi bir guruh shogirdlarini uni qidirishga taklif qildi. 12 yil o'tgach, 1932 yilda Chadwick berilliy a-zarrachalar bilan nurlanganda paydo bo'ladigan nurlanishni eksperimental ravishda tekshirdi va bu nurlanish massasi protonnikiga teng bo'lgan neytral zarralar oqimi ekanligini aniqladi. Neytron aynan shunday kashf etilgan. Shaklda. 6.5.2 neytronlarni aniqlash uchun sozlashning soddalashtirilgan sxemasini ko'rsatadi.

Beriliyni radioaktiv poloniy chiqaradigan a-zarrachalar bilan bombardimon qilganda, 10-20 sm qalinlikdagi qo'rg'oshin qatlami kabi to'siqni engib o'ta oladigan kuchli penetratsion nurlanish paydo bo'ladi.Bu nurlanishni Chadvik bilan deyarli bir vaqtning o'zida turmush o'rtoqlar Iren va Frederik Joliot-lar kuzatgan. Kyuri (Iren Meri va Per Kyurining qizi), lekin ular bu yuqori energiyali g-nurlari deb taxmin qilishgan. Ular agar berilliy nurlanish yo'liga kerosin plitasi qo'yilsa, bu nurlanishning ionlashtiruvchi kuchi keskin ortadi. Ular berilliy nurlanishi ushbu vodorod o'z ichiga olgan moddada ko'p miqdorda mavjud bo'lgan protonlarni kerosindan chiqarib tashlashini isbotladilar. Protonlarning havodagi erkin yo'liga asoslanib, ular to'qnashuvda protonlarga kerakli tezlikni berishga qodir bo'lgan g-kvantalarning energiyasini hisobladilar. Bu juda katta bo'lib chiqdi - taxminan 50 MeV.

J.Chedvik 1932-yilda berilliyning a-zarrachalar bilan nurlanishidan kelib chiqadigan nurlanish xossalarini har tomonlama oʻrganish boʻyicha bir qator tajribalar oʻtkazdi. Chadvik o'z tajribalarida ionlashtiruvchi nurlanishni o'rganish uchun turli usullardan foydalangan. Shaklda. 6.5.2 tasvirlangan Geiger hisoblagichi , zaryadlangan zarralarni aniqlash uchun mo'ljallangan. U ichki tomondan metall qatlam (katod) bilan qoplangan shisha naychadan va trubaning (anod) o'qi bo'ylab o'tadigan ingichka ipdan iborat. Quvur past bosimda inert gaz (odatda argon) bilan to'ldiriladi. Gaz orqali uchadigan zaryadlangan zarracha molekulalarning ionlanishiga olib keladi. Ionlanish natijasida hosil bo'lgan erkin elektronlar tezlashadi elektr maydoni anod va katod o'rtasida ta'sir ionlashuvi boshlanadigan energiyaga. Ionlarning ko'chkisi paydo bo'ladi va hisoblagich orqali qisqa oqim pulsi o'tadi. Zarrachalarni o'rganish uchun yana bir muhim vosita deyiladi bulutli kamera , unda tez zaryadlangan zarracha iz (iz) qoldiradi. Zarrachalar traektoriyasini bevosita kuzatish yoki suratga olish mumkin. 1912 yilda yaratilgan bulutli kameraning harakati zaryadlangan zarrachaning traektoriyasi bo'ylab kameraning ish hajmida hosil bo'lgan ionlarda o'ta to'yingan bug'ning kondensatsiyasiga asoslangan. Bulutli kameradan foydalanib, elektr va magnit maydonlarda zaryadlangan zarracha traektoriyasining egriligini kuzatish mumkin.

J.Chedvik o'z tajribalarida bulut kamerasida berilliy nurlanishi bilan to'qnashuvni boshdan kechirgan azot yadrolarining izlarini kuzatdi. Ushbu tajribalar asosida u azot yadrolariga tajribada kuzatilgan tezlikni bildirishga qodir bo'lgan g-kvant energiyasiga baho berdi. 100-150 MeV ga teng bo'lib chiqdi. Bunday ulkan energiya berilliy chiqaradigan g-kvantaga ega bo'lishi mumkin emas. Shu asosda Chedvik berilliydan a-zarralar taʼsirida massasiz g-kvantlar emas, balki ogʻir zarrachalar uchib chiqadi, degan xulosaga keldi. Bu zarralar yuqori darajada kirib bordi va Geiger hisoblagichidagi gazni bevosita ionlashtirmadi, shuning uchun ular elektr neytral edi. Shunday qilib, Chedvik tajribalaridan 10 yil oldin Rezerford tomonidan bashorat qilingan zarracha neytronning mavjudligi isbotlandi.

Neytron elementar zarrachadir. Dastlab Ruterford taklif qilganidek, uni ixcham proton-elektron juftligi sifatida ko'rsatmaslik kerak.

Zamonaviy o'lchovlarga ko'ra, neytron massasi m n \u003d 1,67493 10 -27 kg \u003d 1,008665 a. e. m. Energiya birliklarida neytron massasi 939,56563 MeV ni tashkil qiladi. Neytronning massasi protonning massasidan taxminan ikki elektron massasi kattaroqdir.

Neytron kashf etilgandan so'ng darhol rus olimi D.D.Ivanenko va nemis fizigi V.Geyzenberglar to'g'risida gipotezani ilgari surdilar. proton-neytron atom yadrolarining tuzilishi, bu keyingi tadqiqotlar bilan to'liq tasdiqlangan. Protonlar va neytronlar deyiladi nuklonlar .

Atom yadrolarini xarakterlash uchun bir qancha belgilar kiritiladi. Atom yadrosini tashkil etuvchi protonlar soni belgi bilan belgilanadi Z va qo'ng'iroq qiling zaryad raqami yoki atom raqami (bu Mendeleyev davriy sistemasidagi seriya raqami). Yadro zaryadi Ze, qayerda e- elementar zaryad. Neytronlar soni belgi bilan belgilanadi N.

Nuklonlarning umumiy soni (ya'ni proton va neytronlar) deyiladi massa raqami A:

Kimyoviy elementlarning yadrolari belgisi bilan belgilanadi, bu erda X elementning kimyoviy belgisidir. Masalan,

Vodorod, - geliy, - uglerod, - kislorod, - uran.

Xuddi shu kimyoviy elementning yadrolari neytronlar soni bo'yicha farq qilishi mumkin. Bunday yadrolar deyiladi izotoplar . Ko'pgina kimyoviy elementlarning bir nechta izotoplari mavjud. Masalan, vodorodda ulardan uchtasi bor: - oddiy vodorod, - deyteriy va - tritiy. Uglerodda 6 ta, kislorodda 3 ta izotop mavjud.

Kimyoviy elementlar tabiiy sharoitlar odatda izotoplar aralashmasi. Izotoplarning mavjudligi Mendeleyev davriy tizimidagi tabiiy elementning atom massasining qiymatini belgilaydi. Shunday qilib, masalan, nisbiy atom massasi tabiiy uglerod - 12,011.

Atom yadrosi bo'linadimi? Va agar shunday bo'lsa, u qanday zarralardan iborat? Ko'pgina fiziklar bu savolga javob berishga harakat qilishdi.

1909 yilda ingliz fizigi Ernest Rezerford nemis fizigi Hans Geyger va yangi zelandiyalik fizigi Ernst Marsden bilan birgalikda a-zarrachalarning tarqalishi bo'yicha o'zining mashhur tajribasini o'tkazdi, buning natijasida atom atom bo'linmas zarracha emas degan xulosaga keldi. hammasi. U musbat zaryadlangan yadro va uning atrofida aylanadigan elektronlardan iborat. Bundan tashqari, yadro hajmi atomning o'zidan taxminan 10 000 marta kichik bo'lishiga qaramay, atom massasining 99,9% unda to'plangan.

Ammo atomning yadrosi nima? Unda qanday zarralar bor? Endi biz bilamizki, har qanday elementning yadrosi quyidagilardan iborat protonlar va neytronlar, umumiy ism qaysi nuklonlar. Va 20-asrning boshlarida, atomning sayyoraviy yoki yadroviy modeli paydo bo'lgandan so'ng, bu ko'plab olimlar uchun sir edi. Turli gipotezalar ilgari surilgan va turli modellar taklif qilingan. Ammo bu savolga to'g'ri javobni yana Ruterford berdi.

Protonning kashfiyoti

Ruterford tajribasi

Vodorod atomining yadrosi vodorod atomi bo'lib, uning yagona elektroni chiqarilgan.

1913 yilga kelib, vodorod atomi yadrosining massasi va zaryadi hisoblab chiqilgan. Bundan tashqari, har qanday kimyoviy element atomining massasi har doim vodorod atomining massasiga qoldiqsiz bo'linishi ma'lum bo'ldi. Bu fakt Rezerfordni vodorod atomlarining yadrolari har qanday yadroga kiradi, degan fikrga olib keldi. Va u buni 1919 yilda eksperimental tarzda isbotlashga muvaffaq bo'ldi.

Rezerford o'z tajribasida a-zarrachalar manbasini vakuum hosil bo'lgan kameraga joylashtirdi. Kamera oynasini qoplagan folga qalinligi shunday ediki, a-zarrachalar qochib qutula olmadi. Kamera oynasining tashqarisida rux sulfid bilan qoplangan ekran bor edi.

Kamera azot bilan to'ldirilganda, ekranda yorug'lik chaqnashlari qayd etilgan. Bu a-zarrachalar ta'sirida ba'zi yangi zarralar azotdan chiqib ketishni anglatardi, bu esa a-zarralar uchun o'tib bo'lmaydigan folga osonlik bilan kirib boradi. Ma’lum bo‘lishicha, noma’lum zarralar kattaligi bo‘yicha elektron zaryadiga teng musbat zaryadga ega, massasi esa vodorod atomi yadrosi massasiga teng. Rezerford bu zarralarni chaqirdi protonlar.

Ammo tez orada ma'lum bo'ldiki, atomlarning yadrolari faqat protonlardan iborat emas. Axir, agar shunday bo'lganida, atomning massasi yadrodagi protonlar massalarining yig'indisiga teng bo'ladi va yadro zaryadining massaga nisbati doimiy qiymat bo'ladi. Aslida, bu faqat eng oddiy vodorod atomiga tegishli. Boshqa elementlarning atomlarida hamma narsa boshqacha. Masalan, berilliy atomining yadrosida protonlar massalarining yig'indisi 4 birlikka, yadroning o'zi esa 9 birlikka teng. Bu shuni anglatadiki, bu yadroda massasi 5 birlik bo'lgan, lekin zaryadga ega bo'lmagan boshqa zarralar mavjud.

Neytronning kashf etilishi

1930 yilda nemis fizigi Valter Bothe Bothe va Hans Becker tajriba davomida berilliy atomlarini a-zarrachalar bilan bombardimon qilish natijasida hosil bo'lgan nurlanishning juda katta kirib borish kuchiga ega ekanligini aniqladilar. 2 yildan so'ng ingliz fizigi Jeyms Chadvik, Rezerford shogirdi, bu noma'lum nurlanish yo'liga qo'yilgan qalinligi 20 sm bo'lgan qo'rg'oshin plitasi ham uni zaiflashtirmasligini va kuchaytirmasligini aniqladi. Ma'lum bo'lishicha, elektromagnit maydon chiqariladigan zarrachalarga hech qanday ta'sir ko'rsatmaydi. Bu ularning hech qanday to'lovi yo'qligini anglatardi. Shunday qilib, yadroning bir qismi bo'lgan yana bir zarracha kashf qilindi. Ular uni chaqirishdi neytron. Neytronning massasi protonning massasiga teng bo'lib chiqdi.

Yadroning proton-neytron nazariyasi

Neytronning eksperimental kashfiyotidan so'ng rus olimi D. D. Ivanenko va nemis fizigi V. Geyzenberglar yadroning proton-neytron nazariyasini mustaqil ravishda taklif qildilar, bu ilmiy asos yadro tarkibi. Ushbu nazariyaga ko'ra, har qanday kimyoviy elementning yadrosi proton va neytronlardan iborat. Ularning umumiy nomi nuklonlar.

Yadrodagi nuklonlarning umumiy soni harf bilan belgilanadi A. Agar yadrodagi protonlar soni harf bilan belgilansa Z, va harf bo'yicha neytronlar soni N, keyin biz ifodani olamiz:

A=Z+N

Bu tenglama deyiladi Ivanenko-Gayzenberg tenglamasi.

Chunki atom yadrosining zaryadi undagi protonlar soniga teng Z ham chaqiriladi zaryad raqami. Zaryad raqami yoki atom raqami uning Mendeleyev davriy elementlar tizimidagi seriya raqamiga to'g'ri keladi.

Tabiatda elementlar mavjud Kimyoviy xossalari ular aynan bir xil, ammo massa raqamlari boshqacha. Bunday elementlar deyiladi izotoplar. Izotoplarda protonlar soni bir xil va neytronlar soni har xil.

Masalan, vodorod uchta izotopga ega. Ularning barchasi 1 ga teng seriya raqamiga ega va yadrodagi neytronlar soni ular uchun har xil. Shunday qilib, vodorodning eng oddiy izotopi protiyning massa soni 1 ga teng, yadroda bitta proton emas, balki 1 ta proton mavjud. Bu eng oddiy kimyoviy element.

Protium

Ikkinchi izotop deyteriyning massa soni 2. Yadro bitta proton va bitta neytrondan iborat.

Deyteriy

Vodorodning uchinchi izotopi tritiydir. Uning yadrosida 1 proton va 2 neytron mavjud.

Tritiy

Biroz kimyoviy elementlar yadrosidagi nuklonlar soni bir xil, lekin proton va neytronlar soni boshqacha. Bunday elementlar deyiladi izobarlar.

Yadroning proton-neytron nazariyasi elementlar yadrolarining tuzilishini Mendeleyev davriy sistemasi tuzilishi bilan bog‘ladi. Uning to'g'riligi yana bir bor tasdiqlandi Ilmiy tadqiqot yadro fizikasi sohasida.