з рылымы мен рамы болмайтын блшекті элементар блшек дейміз.

арапайым блшектер атарына нуклондар мен электрондарды жне баса да блшектерді осанымызбен, оларды аншалыты элементар екенін дл басып айта алмаймыз. Бір кездері молекулаларды, одан кейін атомдарды дниені блінбейтін кірпіші, яни элементар блшегі деп айтан болатын. Ал азір элементар блшектер атарында 400-ден аса блшектер бар. Шынында да, олар элементар блшектер ме? Бл сраты жауабы зірге ылыми болжамдар дегейінен аса алмай отыр. Оан негіз де жо емес.[

 

Зарядталан блшектердi баылау мен тiркеудi дiстерi.

Блшектердi асиеттерiн арастыранда оларды бiр-бiрiмен серлесу сипатын бiлудi жне осы серлесу кезiндегi оларды сан алуан трленулерiн т.с.с. зерттеудi маызы зор. Ол шiн бiз оларды тiркеп, рi баылай бiлуiмiз ажет. Сондытан, ядролы физиканы туындылап, даму кезеiнен бастап-а блшектердi тiркеп, оны баылауды дiстерi де алыптаса бастады. Бл баыттаы алашы олданылан дiстi бiрiфотоэмульсия дiсi. Радиоактивтiлiк былысыны зi ядролы сулелердi фотопластинкаа серi негiзiнде кездейсо ашылан болатын. Бл дiс кнi бгiнге дейiн элементар блшектер физикасында, арышты сулелердi зерттеуде кеiнен олданылады. дiстi мнi мынада: зарядталан шапша блшек фотоэмульсияны абаты арылы ткен кезде зi ткен траекторияны бойында крiнбейтiн iз алдырады да бл iз фотопластинканы дегеннен со айын траектория трiнде крiнедi. алдыран iздi алыдыы жне зындыы арылы блшектi зарядын жне энергиясын анытауды ммкiндiгi бар.

 

 

7.6 – сурет

 

 

Тжiрибелiк ядролы физиканы тамаша ралдарыны бiр – Вильсон камерасы. Оны жмыс iстеу принципi мынадай: апаы йнектен жасалан цилиндр тектес ыдысты iшiнде спирттi буымен аныан ауа бар. Егер поршендi тез озап, цилиндрдi клемiн кенет лайтса, адиабаталы рдiстi салдарынан ондаы ауа мен бу салындайды да аса аныан кйге тедi. Егер дл осы мезетте камера арылы зарядталан блшек тсе, оны озалысыны бойындаы аса аныан бу блшектерi конденсацияланып, са тамшылар пайда болады. Ол тамшыларды трек деп атайды. Осы стте бкiл камераны жар еткен жарыпен сулелендiрсек, бл тректер суреттi ара фонындаы а жолатар трiнде крiнедi (7.6-сурет). Дл лшеулер жргiзу шiн детте Вильсон камерасын траты магнит рiсiне орналастырады. Онда бл рiстi салдарынан озалып бара жатан зарядталан блшектердi траекториясы исаяды. Сырты магнит рiсiнi индукциясы белгiлi болан жадайда блшек траекториясыны исыты радиусын лшеу арылы оны массасы мен зарядын жне энергиясын анытауды ммкiндiгi бар.

 

 

7.7 – сурет

 

 

Зарядталан блшектердi баылауа ммкiндiк беретiн таы бiр рал – кпiршiктi камера. Кпiршiктi камераны температурадасы зiнi айнау температурасына те жаын тран сйыпен толтырады. Мндай сйы ретiнде детте сйылтылан сутегi, пропан, ксенон т.с.с олданады. Камера арылы зарядталан блшек ткен кезде ол ткен жолды бойындаы сйы блшектерiнi температурасы кенет артып, айнайды да бу кпiршiктерi пайда болады. Ал оны жоарыдаы Вильсон камерасындаыдай жолмен суретке тсiрiп алуа болады (7.7-сурет). Кпiршiктi камерадаы сйыты тыыздыы Вильсон камерасындаы газды тыыздыынан лде айда арты боландытан мнда аса дл лшеулер жргiзудi ммкiндiгi бар.

 

 

7.8 – сурет

 

 

Шапша зарядталан блшектер мен -кванттарды тiркеуде Гейгер-Мюллер есептегiштерi олданылады (7.8-сурет). Ол iшi те аз ысымдаы (шамамен 0,1 атм) газ оспасымен, мысалы аргон мен метил спиртiнi буыны оспасымен толтырылан цилиндр трубкадан трады. Цилиндрдi ортасында одан изолятор арылы ошауланан жiiшке сым бар. Бл жiiшке сым анодты, ал цилиндрдi корпусы катодты ролiн атарады. Анод пен катодты арасына аса жоары кернеу берiлген. Есептегiштi жмыс клемi арылы зарядталан блшек ткен кезде ол з жолындаы газ блшектерiн иондайды да, пайда болан электрон мен о ион жоары кернеудi салдарынан туындылаан рiстi серiнен сйкес анод пен катода арата дей озалады. Бл блшектер з кезегiнде жолында кездескен газды баса атомдарын иондайды, сйтiп бл рдiс тасынды сипат алады. Иондалан блшектер тасыны анод пен катода келiп жеткенда тiзбек те аз уаыта тйыталады да, блшек тiркеледi.

 

 

7.9 – сурет

 

 

Ядролы суле шашуды кез-келген трiн тiркеу шiн иондаушы камералар олданылады (7.9-сурет). Иондаушы камераны жмыс iстеу принципi Гейгер-Мюллер есептегiштерiнi жмыс iстеу принципiне сас. Мнда тек анод пен катодты арасына берiлетiн кернеудi шамасы аса лкен емес. Сондытан тiзбекте пайда болатын токты шамасы аса аз. Оны арнайы кшейткiштердi кмегiмен лшеп, иондаушы блшектердi арыны жнiнде баа беруге болады.

 

Элементар блшектерді баылау жне тіркеу дістері

1) Гейгер санаышы (сері газды соылау арылы иондануына негізделген).

2) Вильсон камерасы (аса аныан бу олданылады; зарядталан блшектерді шу кезіндегі іздері (траекториялары) тіркеледі, оны бойында иондар пайда болады да сйы тамшылары конденсацияланады).

3) Кпіршікті камера (аса атты ыздырылан сйытар олданылады; сйы айнаанда бойында кпіршіктер пайда болатын блшектер озалысыны траекториялары тіркеледі).

4) алы абатты фотоэмульсия - (фотоэмульсия кмегімен траекторияны жасырын кескіні тзіліп, фотосуретке тсіру кезінде оларды лкейтуге болады).

 

Источник:

 

Счётчик Гейгера, счётчик Гейгера—Мюллера — газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц.

Содержание [убрать]

1 История

 

2 Устройство

 

3 Принцип работы

 

4 Примечание

 

5 См. также

 

История[править | править вики-текст]

 

Принцип предложен в 1908 году Гансом Гейгером; в 1928 Вальтер Мюллер, работая под руководством Гейгера, реализовал на практике несколько версий прибора, конструктивно отличавшихся в зависимости от типа излучения, которое регистрировал счётчик.

Устройство[править | править вики-текст]

 

Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Дополнительная электронная схема обеспечивает счётчик питанием (как правило, не менее 300 В), обеспечивает, при необходимости, гашение разряда и подсчитывает количество разрядов через счётчик.

 

Счётчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие внешней схемы прекращения разряда).

 

В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются счетчики с рабочим напряжением 390 В:

«СБМ-20» (по размерам — чуть толще карандаша), СБМ-21 (как сигаретный фильтр, оба со стальным корпусом, пригодный для жёсткого - и -излучений)

«СИ-8Б» (со слюдяным окном в корпусе, пригоден для измерения мягкого -излучения)

 

Широкое применение счётчика Гейгера—Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки.

Принцип работы[править | править вики-текст]

 

Цилиндрический счётчик Гейгера—Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы — аргон и неон. Между катодом и анодом создается напряжение от сотен до тысяч вольт в зависимости от геометрических размеров материала электродов и газовой среды внутри счетчика. В большинстве случаев широко распространенные отечественные счетчики Гейгера требуют напряжения 400 В.

 

Работа счётчика основана на ударной ионизации. -кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счётчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, приводящая к размножению первичных носителей. При достаточно большой напряженности поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счетчик резко возрастает. Этим счетчик Гейгера отличается от пропорционального счетчика, где напряженность поля недостаточна для возникновения вторичных лавин, и разряд прекращается после пролета первичной лавины. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счётчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекращается, и счетчик снова готов к работе. Для ускорения гашения могут использоваться специальные схемы, принудительно снижающие напряжение на счетчике, что позволяет также уменьшить анодное сопротивление и увеличить уровень сигнала. Однако чаще в газовую смесь в счетчике добавляют немного галогена (брома или йода) или органического соединения с относительно большой молекулярной массой (обычно какого-либо спирта) — эти молекулы взаимодействуют с положительными ионами, давая в результате ионы с большей массой и меньшей подвижностью. Кроме того, они интенсивно поглощают ультрафиолетовое излучение разряда — эти два фактора приводят к быстрому и самопроизвольному гашению разряда даже с небольшим анодным сопротивлением. Такие счетчики называются самогасящимися. В случае применения в качестве гасящей добавки спирта при каждом импульсе некоторое его количество разрушается, поэтому гасящая добавка расходуется и счетчик имеет определенный (хоть и достаточно большой) ресурс по количеству зарегистрированных частиц. При его исчерпании счетчик начинает «гореть» — начинает самопроизвольно возрастать скорость счета даже в отсутствии облучения, а затем в счетчике возникает непрерывный разряд. В галогенных счетчиках распавшиеся молекулы галогена вновь соединяются, поэтому их ресурс значительно выше (1010 импульсов и выше).

 

Счетная характеристика (зависимость скорости счета от напряжения на счетчике) имеет хорошо выраженное плато, в пределах которого скорость счета очень слабо зависит от напряжения на счетчике. Протяженность такого плато достигает для низковольтных счетчиков 80-100 В, а для высоковольтных — нескольких сотен вольт.

 

Длительность сигнала со счётчика Гейгера сравнительно велика ( 104 с). Именно такое время требуется, чтобы медленные положительные ионы, заполнившие пространство вблизи нити-анода после пролёта частицы и прохождения электронной лавины, ушли к катоду и восстановилась чувствительность детектора.

 

Важной характеристикой счётчика является его эффективность. Не все -фотоны, попавшие на счетчик, дадут вторичные электроны и будут зарегистрированы, так как акты взаимодействия -лучей с веществом сравнительно редки, и часть вторичных электронов поглощается в стенках прибора, не достигнув газового объёма.

 

Эффективность регистрации частиц счетчиком Гейгера различна в зависимости от их природы. Заряженные частицы (например, альфа- и бета-лучи) вызывают разряд в счетчике почти всегда, однако часть их теряется в материале стенок счетчика. Особенно это актуально для альфа-частиц и мягкого бета-излучения. Для их регистрации в счетчике делают тонкое (2-7 мкм для регистрации альфа-излучения и 10-15 для мягкого бета-излучения) окно из слюды, алюминиевой или бериллиевой фольги или полимерной пленки. Эффективность счётчика для рентгеновского и гамма-излучения зависит от толщины стенок счётчика, их материала и энергии -излучения. Так как -излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность -счётчиков мала и составляет всего 1-2 %. Наибольшей эффективностью обладают счётчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z, так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счётчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счётчика выбирается из условия её равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объём счётчика, и возникновения импульса тока не произойдет. Это приводит к характерной зависимости скорости счета от энергии гамма-кванта (так называемый «ход с жесткостью») с явно выраженным максимумом, который у большинства счетчиков Гейгера расположен в области мягкого гамма-излучения. При использовании счетчиков Гейгера в дозиметрической аппаратуре «ход с жесткостью» частично исправляют с помощью дополнительного экрана (например, стального или свинцового), который поглощает мягкое гамма-излучение вблизи максимума чувствительности и вместе с тем несколько повышает эффективность регистрации жестких гамма-квантов из-за генерации вторичных электронов и комптоновского излучения в материале экрана. В результате этого зависимость скорости счета от мощности дозы в значительной степени выравнивается. Этот экран часто делают съемным для возможности раздельного определения бета- и гамма-излучения. Напротив, для регистрации рентгеновского излучения применяют счетчики с тонким окном, наподобие используемого в детекторах для альфа- и мягкого бета-излучения.

 

Нейтроны напрямую газоразрядными счетчиками не детектируются. Использование в качестве газовой среды гелия-3 или бора в составе материала стенок позволяет регистрировать нейтроны по заряженным продуктам ядерных реакций. Помимо низкой и сильно зависящей от энергии эффективности, недостатком счётчика Гейгера—Мюллера является то, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счётчиках.

 

При измерении слабых потоков ионизирующего излучения счетчиком Гейгера необходимо учитывать его собственный фон. Даже в толстой свинцовой защите скорость счета никогда не становится равной нулю. Одной из причин этой спонтанной активности счетчика является жесткая компонента космического излучения, проникающая без существенного ослабления даже через десятки сантиметров свинца и состоящая в основном из мюонов. Через каждый квадратный сантиметр у поверхности Земли пролетает в среднем около 1 мюона в минуту, при этом эффективность регистрации их счетчиком Гейгера практически равна 100 %. Другой источник фона — это радиоактивное «загрязнение» материалов самого счетчика. Кроме того, значительный вклад в собственный фон дает спонтанная эмиссия электронов из катода счетчика.

 

§ 7.1 Резерфорд тжiрибесi. Атомны ядролы моделi

Барлы заттар блiнбейтiн аса са блшектерден – атомдардан трады деген ым ерте алыптасан болатын. Егер атом шындыында затты блiнбейтiн алашы кiрпiштерi болса табиаттаы кездесетiн сан алуан заттара сан алуан атомдар сйкес ойылуы тиiс. Блай болуы бiр жаынан кмн туызады.

Физика ылымыны дамуы барысында ХIХ асырды аяына арата атомны асиеттерiне байланысты жаа тжiрибелiк деректер жинала бастады. Мысалы М.Фарадей 1833 жылы электролиз былысын зерттеу барысында электролит ертiндiлерiндегi ток иондарды реттелген озалысы екенiн анытады. Ал 1897 жылы Дж.Томсон сиретiлген газдардаы электр разрядын зерттеу барысында ыздырылан немесе ультраклгiн жарыпен сулелендiрiлген кез-келген химиялы элементтi атомы зiнен терiс зарядталан блшектердi шыатынын анытады. Осылай алашы элементар блшек – электрон ашылды. Атом рлысыны крделiлiгiне нсайтын таы бiр блтартпас факт 1869 жылы орыс алымы Д.И.Менделеев ашан химияды элементтердi периодтылы заы. Атомды масса скен кезде элементтердi асиеттерiнi айталануын атомны рамына кiретiн блшектердi саны скен кезде оны iшкi рылымыны андай да бiр ерекшелiгiнi айталануымен тсiндiруге болатындай.

 

7.1 — сурет

Атомды крделi жйе деп йарып, оны алашы моделiн сынан алым – Дж.Томсон. Томсон моделi бойынша атом дегенiмiз радиусы шамамен 10-10 м болатын шар. Бл шарды бкiл клемi о зарядталан, ал терiс зарядталан электрондар оны iшiнде су тамшысыны iшiнде жзiп жрген тйiршiктер трiздi озалып жредi (7.1 — сурет) . Томсон моделi атомны бiратар арапайым асиеттерiн сттi тсiндiргенiмен кп жадайда иыншылыа тiрелетiн.

 

7.2 — сурет

Осы трыдан атом пиясына тереiрек iлiп, оны жаа бiр моделiн сынан алым аылшын оымыстысы Э.Резерфорд болатын. Ол з тжiрибелерiнде аса шапша -блшектер жа алтын фольгадан шашыраан кездегi брышты таралуын зерттей келе атомны планетарлы моделi деп аталатын моделiн сынды. Резерфордты бл моделi бойынша атомдаы о зарядтар Томсон моделiндегiдей бкiл клемде таралмай, керiсiнше, оны орталыында жинаталады. Оны атом ядросы деп атайды. Ал электрондар болса Кн жйесiндегi планеталар трiздi ядроны айнала озалып жредi (7.2 — сурет). Электрондарды массасы аса аз боландытан атомны бкiлдей дерлiк массасы ядрода шоырланан. Ядроны лшемi атомны лшемiмен салыстыранда шамамен 105 еседей кiшi.

§ 7.2 Бор постулаттары. Бор жасаан сутегi атомыны моделi

Атомны ядролы моделi -блшектердi жа алтын фольгадан шашырауын дрыс тсiндiргенiмен екiншi жаынан баса иындыа жолыты. Оны мнiсi мынада болатын. Классикалы электродинамика задары трысынан атомны планетарлы моделi трiздес жйелер орныты болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны айнала дей озалатын боландытан зiнен электромагниттiк суле шыаруы тиiс. Ал блай суле шашу оны энергиясын кемiтедi де соны салдарынан электронны айналу радиусы бiрте-бiрте кемiп, тбiнде ол ядроа лап тсуi тиiс болатын. Бiра тжiрибе бан млдем керi нтиже бередi. Атом орныты жйе жне ол озбаан кйде болса зiнен ешандай да суле шыармайды.

Теория мен тжiрибенi арасындаы осындай арама-айшылыты шешу жолында алымдара бiраз тер тгуге тура келдi. Бл баыттаы зерттеулер барысында алашы елерлiктей табыса дат алымы Нильс Бор жеттi. Ол классикалы физиканы атомды жйеге атысты барлы кзарастарын айта арай келiп, оны атомдара атысты жаа тжiрибелiк деректердi тсiндiруде дрменсiз екенiне кзi жеттi. Бл жерде классикалы физика ымдарыны ауымынан тысары шыу ажет болатын. Нильс Бор 1913 жылы солай жасады да, ол атомны жарыты шыаруы мен жтуы жнiндегi зiнi тсiнiгiн мынадай екi постулат трiнде тжырымдады :

1. Атомдар, тек стационарлы кйлер деп аталатын андай да бiр кйлерде ана бола алады. Бл кйдегi электрондар ядроны айнала дей озаланымен зiнен суле шыармайды.

2. Суле шыару немесе жту тек бiр стационарлы кйден екiншi стационарлы кйге ткен кезде ана болады. Ал шыарылан немесе жтылан суленi жиiлiгi мына шарттан аныталады

hv=En- Em

Мндаы En жне En осы стационар кйлердi энергиясы, ал h – Планк тратысы.

Атомдарды энергетикалы кйлерiн энергия дегейлерi арылы белгiлеп, суле шыару жне жту рдiстерiн крнектi трде крсету ыайлы.

§ 7.3 Франк жне Герцтi тжiрибелерi

Сутегi атомы шiн есептелген спектрлердi тжiрибе нтижесiмен сйкес келуi Бор теориясыны лкен табысы едi. Бiра бл лi де стационар кйлердi болатындыыны, атом энергиясыны квантталатыныны айын длелi емес-тiн. Атомны энергетикалы кйiнi дискреттi болатынын алаш рет длелдеген тжiрибе – Дж.Франк жне Г.Герц тжiрибесi. 1913 жылы орындалан бл тжiрибеде электрондарды сынап атомынан шашырауы зерттелген болатын.

§ 7.4 Шыару жне жтылу спектрлерi. Спектр трлерi. Спектр аппараты

Интерференция, дифракция жне дисперсия трiздi былыстар кезiнде а жарыты бiрнеше тске жiктелетiнi тжiрибеден белгiлi. Дисперсия былысын пайдалана отырып, Ньютонны а жарыты жiктегенiн бiлемiз. Тжiрибе жалпы спектрлердi мынадай бiрнеше топа блуге болатынын креттi : ттас спектр, сызыты сектр жiне жолаты спектрлер.

Ттас спектрдi атты дене, сйы жне сыылан газды жоары температураа дейiн ыздыран кезде бередi. Ттас спектр шартты трде жетi тске блiнедi : ызыл, оранж, сары, жасыл, кгiлдiр, кк жне клгiн. Бл тстердi арасында айын шекара жо. Бiр тс екiншi тске бiрте-бiрте тедi. Спектрдi ттас болуы оны рамында барлы толын зындыындаы жарыты бар екенiн крсетедi. Блай болуыны басты себебi жары шыарып тран атомдар бiр бiрiмен кштi байланыста. Осы кштi байланысты салдарынан рбiр атом шыаран монохроматты жарытар йытып, бiр-бiрiмен ттасып кетедi.

Сиретiлген газды жоары температураа дейiн ыздырып, спектроскоп арылы араса жiiшке сызытардан тратын спектрдi байаймыз. Мндай сызыты спектрдi байалуы жары шыарып тран зат осы сызытара сйкес келетiн жиiлiктегi ана жарыты шыарып траныны длелi. Бл спектрлердi газды жекелеген атомдары шыарады. Газ жасы сиретiлген боландытан оаны атомдары бiр-бiрiмен серлеспейдi десе де болады. Ал мндай сызыты спектрдi болуы жне бл сызытара сйкес келетiн жиiлiктi мнi Борды теориясынан аныталады.

Егер жары шыарып тран газды тыыздыын бiрте-бiрте арттыратын болса, онда спектр сызытарыны енi бiрте-бiрте артып, ттасып кетедi.

Таы бiр байалатын спектрдi трi жола спектрлер. Олар аралары бiр бiрiнен блiнген енi едуiр лкен жолатардан трады. Ажыратышты абiлетi жоары спектроскопты кмегiмен жеке жолатарды бажайлап арайтын болса, оларды те тыыз орналасан жеке сызытарды жиынтыы екенiне кз жеткiзуге болады. Сызыты спектрлердi жеке атомдар беретiн болса, жола спектрлердi бiр-бiрiмен байланыспаан немесе лсiз байланысан молекулалар туызады.

 

7.3 — сурет

Осы кезге дейiнгi арастыранымыз жарыты шыару спектрлерi (7.3 — сурет). Жарыты атомдар тек белгiлi жиiлiкте шыарып ана оймайды, сонымен атар осындай жиiлiктерде жтады да. Мысалы а жарыты температурасы тмен, зiнен жары шыарып трмаан газ арылы жiберетiн болса, жарыты здiксiз спектрiнi бетiнде ара сызытар пайда болады. Бл жтылу спектрлерi (7.4 — сурет).

 

7.4 — сурет

Сызыты спектр оны шыарып тран атомны рлысымен тiкелей байланысты. Ал рбiр затты атомы бiр-бiрiнен ерекше, олай болса рбiр затты беретiн спектрi де ерекше. Бл белгiсiз затты спектрiн зерттей отырып, оны химиялы рамын анытауа ммкiндiк бередi. Бл дiстi спектрлiк сараптау деп атайды.

§ 7.5 Жарыты квантты кздерi. Лазерлер

ХХ асырды екiншi жартысындаы физиканы iрi табыстарыны бiрi оптикалы квантты генератор, немесе басаша айтанда лазердi ойлап табылуы. «Лазер» деген сз аылшынны «Light Amplificatoin by Stimulated Emission of Radiation» деген сйлемiнi алашы рiптерiнен алынан (LASER). Бл «мжбрленген суле шашуды кмегiмен жарыты кшейту» дегендi бiлдiредi. Мжбрленген суле шыару рдiсi лазелердi физикалы негiзi болып табылады.

Атомдардаы электрондарды бiр дегейден екiншi дегейге еркiн ткен кездегi суле шыаруын з еркiмен немесе спонтанды суле шыару деп атайды. Атомдар бл жадайда суленi бiр-бiрiнен туелсiз шыаратын боландытан ол суле толындары когеренттi болмайды.

1916 жылы А.Эйнштейн, атом электрондарыны жоары дегейден тменгi дегейге те отырып зiнен суле шыаруы бл атома сырттан сер ететiн электромагниттiк рiстi серiнен де болу ммкiндiгiн болжады. Мндай суле шыаруды мжбрленген немесе индуцирленген суле шыару деп атайды.

Егер сырты рiстi жиiлiгi озан атомны зiндiк жиiлiгiмен сйкес келсе, онда резонансты эффекттi салдарынан мжбрленген суле шыаруды ытималдылыы крт седi. Яни, жиiлiгi озан атомны зiндiк жиiлiгiмен дл келетiн фотон осы атомны электронымен серлескен кезде ол атом озан кйден тменгi энергетикалы кйге тедi де бiр фотонны асында жиiлiгi тура сондай екiншi фотон пайда болады. Бл рдiс бдан рi баса атомдармен де айталанып тасынды трде тедi де жары крт кшейедi. Бл жнiнде мына жерден арап круге болады.

 

7.5 — сурет

детте жары зат арылы ткен кезде заттаы негiзгi кйде тран атомдар жарыты жтады да, озан атомдар зiнен мжбрленген суле шыарады. Сондытан жары зат арылы ткен кезде кшею шiн заттаы атомдарды те жартысынан кбi озан кйде болуы тиiс. Заттарды мндай кйi — дегейлерi инверсиялы оныстанан кй деп аталады (inversio – латынша «ткерiлген» деген ымды бiлдiредi). Атомдар детте озан кйде те аз, 10-9 – 10-7 с уаыт ана болатындытан дегейлерi инверсиялы оныстанан кйлердi алу оай шаруа емес. Бiра кейбiр атомдарды озан кйде за, шамамен 10-3 с бола алатын кйлерi болады. Ондай кйлердi метатраты кйлер деп атайды. Осындай метатраты кйлерi бар заттарды жарыты кшейтуге олданады. Алашы лазерлер ретiнде рубиннi кристаллдары пайдаланылды. Ондаы атомдарды оздыру шiн рубин бiлiктi сыртынан импульстi трде жмыс iстейтiн, спираль шаммен орады. Шам жар етiп жанан кездегi шыан энергияны рубин атомдары жтып, метатраты кйлерге тедi. Атомдарды блай оздыру оларды рлеу деп аталады. Бкiл озан атомдарды суле шыаруы бар боланы 10-8 – 10-10 с уаыта созылады. Осы кездегi жары сулесiнi уаты те лкен 109 Вт-а дейiн жетуi ммкiн. Бл лкен электростанцияларды уатынан да лкен.

Лазер сулесiнi негiзгi асиеттерi оны аса жоары монохроматтылыы, шашырамайтын суле трiнде алу ммкiндiгi жне аса уаттылыы.

Бгiнгi кнде кристаллдардаы лазерден згеше, газдаы жне сйытардаы (бояыштардаы) лазерлер жасалан. Бояыштаы лазерлердi ерекшелiгi, оларды шыаратын сулелерiнi жиiлiгiн ке ауымда згертудi ммкiндiгi бар.

Лазерлер бгiнгi кнде сан алуан салада олданылады. Олар заттарды деу, медицина жне голография. Монохроматты когеренттi лазерлiк суленi кмегiмен волоконды оптикада кабельдiк, телефонды жне теледидарлы байланысты жзеге асыруа болады. Тасымалдаушы жиiлiктi аса жоары (1013 – 1014 Гц) болуы бiр жарыбыры арылы миллиарда дейiнгi музыкалы хабарды немесе миллиона дейiнгi телехабарды бiрмезгiлде тасымалдауа ммкiндiк бередi.

Бл кндерi лазерлiк термоядролы синтездi жзеге асыру ммкiндiктерi зерттелуде.

§ 7.6 Зарядталан блшектердi баылау мен тiркеудi дiстерi

Блшектердi асиеттерiн арастыранда оларды бiр-бiрiмен серлесу сипатын бiлудi жне осы серлесу кезiндегi оларды сан алуан трленулерiн т.с.с. зерттеудi маызы зор. Ол шiн бiз оларды тiркеп, рi баылай бiлуiмiз ажет. Сондытан, ядролы физиканы туындылап, даму кезеiнен бастап-а блшектердi тiркеп, оны баылауды дiстерi де алыптаса бастады. Бл баыттаы алашы олданылан дiстi бiрi фотоэмульсия дiсi. Радиоактивтiлiк былысыны зi ядролы сулелердi фотопластинкаа серi негiзiнде кездейсо ашылан болатын. Бл дiс кнi бгiнге дейiн элементар блшектер физикасында, арышты сулелердi зерттеуде кеiнен олданылады. дiстi мнi мынада: зарядталан шапша блшек фотоэмульсияны абаты арылы ткен кезде зi ткен траекторияны бойында крiнбейтiн iз алдырады да бл iз фотопластинканы дегеннен со айын траектория трiнде крiнедi. алдыран iздi алыдыы жне зындыы арылы блшектi зарядын жне энергиясын анытауды ммкiндiгi бар.

 

7.6 — сурет

Тжiрибелiк ядролы физиканы тамаша ралдарыны бiр – Вильсон камерасы. Оны жмыс iстеу принципi мынадай: апаы йнектен жасалан цилиндр тектес ыдысты iшiнде спирттi буымен аныан ауа бар. Егер поршендi тез озап, цилиндрдi клемiн кенет лайтса, адиабаталы рдiстi салдарынан ондаы ауа мен бу салындайды да аса аныан кйге тедi. Егер дл осы мезетте камера арылы зарядталан блшек тсе, оны озалысыны бойындаы аса аныан бу блшектерi конденсацияланып, са тамшылар пайда болады. Ол тамшыларды трек деп атайды. Осы стте бкiл камераны жар еткен жарыпен сулелендiрсек, бл тректер суреттi ара фонындаы а жолатар трiнде крiнедi (7.6-сурет). Дл лшеулер жргiзу шiн детте Вильсон камерасын траты магнит рiсiне орналастырады. Онда бл рiстi салдарынан озалып бара жатан зарядталан блшектердi траекториясы исаяды. Сырты магнит рiсiнi индукциясы белгiлi болан жадайда блшек траекториясыны исыты радиусын лшеу арылы оны массасы мен зарядын жне энергиясын анытауды ммкiндiгi бар.

 

7.7 — сурет

Зарядталан блшектердi баылауа ммкiндiк беретiн таы бiр рал – кпiршiктi камера. Кпiршiктi камераны температурадасы зiнi айнау температурасына те жаын тран сйыпен толтырады. Мндай сйы ретiнде детте сйылтылан сутегi, пропан, ксенон т.с.с олданады. Камера арылы зарядталан блшек ткен кезде ол ткен жолды бойындаы сйы блшектерiнi температурасы кенет артып, айнайды да бу кпiршiктерi пайда болады. Ал оны жоарыдаы Вильсон камерасындаыдай жолмен суретке тсiрiп алуа болады (7.7-сурет). Кпiршiктi камерадаы сйыты тыыздыы Вильсон камерасындаы газды тыыздыынан лде айда арты боландытан мнда аса дл лшеулер жргiзудi ммкiндiгi бар.

 

7.8 — сурет

Шапша зарядталан блшектер мен -кванттарды тiркеуде Гейгер-Мюллер есептегiштерi олданылады (7.8-сурет). Ол iшi те аз ысымдаы (шамамен 0,1 атм) газ оспасымен, мысалы аргон мен метил спиртiнi буыны оспасымен толтырылан цилиндр трубкадан трады. Цилиндрдi ортасында одан изолятор арылы ошауланан жiiшке сым бар. Бл жiiшке сым анодты, ал цилиндрдi корпусы катодты ролiн атарады. Анод пен катодты арасына аса жоары кернеу берiлген. Есептегiштi жмыс клемi арылы зарядталан блшек ткен кезде ол з жолындаы газ блшектерiн иондайды да, пайда болан электрон мен о ион жоары кернеудi салдарынан туындылаан рiстi серiнен сйкес анод пен катода арата дей озалады. Бл блшектер з кезегiнде жолында кездескен газды баса атомдарын иондайды, сйтiп бл рдiс тасынды сипат алады. Иондалан блшектер тасыны анод пен катода келiп жеткенда тiзбек те аз уаыта тйыталады да, блшек тiркеледi.

 

7.9 — сурет

Ядролы суле шашуды кез-келген трiн тiркеу шiн иондаушы камералар олданылады (7.9-сурет). Иондаушы камераны жмыс iстеу принципi Гейгер-Мюллер есептегiштерiнi жмыс iстеу принципiне сас. Мнда тек анод пен катодты арасына берiлетiн кернеудi шамасы аса лкен емес. Сондытан тiзбекте пайда болатын токты шамасы аса аз. Оны арнайы кшейткiштердi кмегiмен лшеп, иондаушы блшектердi арыны жнiнде баа беруге болады.

§ 7.7 Табии радиоактивтiлiк. , , – суле шыару

рамындаы протондар мен нейтрондарды саны ртрлi боланымен оларды осындысы, яни нуклондарды саны бiрдей болатын ядролар изобаралар деп аталады. Мысалы нуклондарыны саны 10-а те болатын изобаралар мыналар : , жне . Тжiрибе, негiзiнен бiр массалы сана сйкес келетiн бiрнеше изобарларды тек бiреуi ана орныты болатынын крсетедi. Мысалы жоарыдаы изобарларды iшiнен тек ана орныты. Атом ядросыны орнытылыын анытайтын принцип мынау : ядро орныты болу шiн оны энергиясы осы ядро з еркiнше згере алатын баса барлы ядроларды энергиясынан аз болуы тиiс.

Изобарларды энергиясыны ртрлi болуы протон мен нейтронны массаларыны ртрлi болуымен жне протонны электр заряды болуымен тсiндiрiледi. Мндай энергиясы жоары орнысыз ядро зiндегi арты энергиядан баса орныты ядролара ыдырау арылы немесе з зарядын бiр бiрлiкке згерту арылы тылады. Орнысыз ядроларды осылай з бетiнше баса ядроа згеруi радиоактивтiлiк деп аталады. Табиатта кездесетiн изотоптарды радиоактивтiлiгi табии радиоактивтiлiк деп аталады. Ал зертханада ядролы реакцияны кмегiмен алынан изотоптарды радиоактивтiлiгiн жасанды радиоактивтiлiк деп атайды. Радиоактивтiлiктi табии жне жасанды деп блу тек шартты трде, оларды бiр-бiрiнен принципиальдi айырмашылыы жо. Мндай трленулердi мысалы -ыдырау жне -ыдырау болып табылады.

Альфа-ыдырау деп берiлген ядроны з еркiмен альфа-блшекке жне ядро-алдыа мына трдегi трленуiн айтады

 

Альфа-ыдырау кезiнде ыдырайтын (аналы) ядроны заряды екiге, ал массалы саны тртке кемидi. Тжiрибе Zi82 болатын барлы ядроларды альфа-радиоактивтi екенiн крсетедi. Мны бiр мысалы ядросы. Бл ядроны альфа ыдырауыны нтижесiнде альфа блшектi жне торий ядросыны изотопын аламыз

 

Бл ыдырауды нтижесiнде альфа-блшектi кинетикалы энергиясы 4,18 МэВ, ал сйкес торий изотопыны кинетикалы энергиясы 0,07 МэВ болады.

Альфа-ыдырауды механизмiн классикалы физика тсiндiре алмайды. Классикалы кзарас трысынан альфа-блшек ядродан блiнiп шыу шiн ядролы тартылыс кшiне арсы жмыс жасауы ажет. Ал бiра шындыында мндай жмыс жасалынбайды. Блай болуыны себебi квантты механикадаы блшектi толынды асиетiмен байланысан туннельдiк былыс арылы тсiндiрiледi.

Бета-ыдырауды ш трiн ажыратады. Олар электронды, позитронды жне К-армау бета-ыдыраулары. Электронды бета-ыдырау кезiнде ядро з бетiнше зарядын бiр бiрлiкке арттыра отырып зiнен электронды шырып шыарады. Бл былысты негiзiнде протон мен нейтронны бiр-бiрiне айнала алатын асиетi жатыр. Бос нейтронны массасы бос протон мен электронны массаларыны осындысынан лкен. Сондытан энергетикалы трыдан мндай ыдырау тиым салынбаан. Тжiрибе нтижелерiн тере талдау бл ыдырау кезiнде протон мен электронмен атар заряды мен массалы саны нлге те таы бiр блшек блiнетiнiн креттi. Э.Фермидi сынысы бойынша нейтрино деп аталан бл блшектi 1956 жылы тжiрибеден байады. Сонымен нейтронны ыдырау реакциясы

 

мндаы — электронды антинейтрино.

Ядроны байланыс энергиясыны болуынан ядро рамындаы протондар мен нейтрондарды массасы бл блшектi бос кйiндегi массасынан негiзiнен аз екенi шыады. Осы себептен де ядро рамындаы барлы нейтрондар бiрдей бета-ыдырауа тсiп кетпейдi. Тек энергиясы жоары кейбiр ядроларда ана мндай трлену энергетикалы трыдан ммкiн болады. Мндай ядроларды бета-радиоактивтi ядролар деп атайды. Бета-ыдырау кезiнде ядродаы нуклондарды саны згермей алатын боландытан ядроны массалы саны згерiссiз алады.

Массасы нейтронны массасынан аз боландытан бос протон орныты. Бiраядродаы протонны массасы квантты механиканы аныталмаанды принципiне сйкес кейбiр стте нейтронны массасынан арты болып кетуi де ммкiн. Бл жадайда мына трде

 

позитронды бета-ыдырау жзеге асады.

Ал К-армау немесе электронды армау кезiнде атомны К-абатындаы электронны бiрi ядроа жтылады.

Ал — суле шыару радиоактивтiлiктi дербес трi болып табылмайды. детте — суле шыару альфа- жне бета-ыдыраумен атар жредi.Бл ыдырауларды нтижесiнде алынан еншiлес ядро детте озан кйде болады. Ал ол озан кйден негiзгi кйiне ткен кезде озан кйден негiзгi кйге ткен том трiздi зiнен — суле шыарады. Бiра бл -кванттарды энергиясы атом шыаратын -кванттарды энергиясынан лде айда лкен болады.

§ 7.8 Радиоактивтiлiк ыдырау заы. Ыысу ережесi

Радиоактивтi ыдырау заы деп радиоактивтi ядроларды саныны уаыт бойынша згеру задылыын айтады. Бл зады оай анытауа болады. Шындыында, егер андай да бiр уаыт мезетiнде радиоактивтi ядроларды саны N болса онда dt уаыт аралыында ыдырайтын ядроларды саны dN мынаан те болады

dN=-N•dt

мндаы минус табасы dN – дi ыдырамаан ядроларды сiмшесi ретiнде арастырумен байланысты. Ал , радиоактивтi ядроны бiрлiк уаыт аралыында ыдырау ытималдылыы. Оны детте ыдырау тратысы деп атайды. Бл рнектi интегралдай отырып

lnN =-t + const

аламыз. Бастапы t=0 уаыт мезетiндегi ыдырамаан радиоактивтi ядроларды санын N0 деп белгiлей отырып, const = lnN0 екенiн аламыз. Онда

N =N0 e-t

Мiне, осы рнек радиоактивтi ыдырау заы болып табылады (7.10 — сурет).

Бастапы радиоактивтi ядроларды жартысы ыдырайтын уаытты жартылайыдырау периоды деп атап, Т1/2 рiпiмен белгiлейдi. Онда бл анытамадан

ал бдан

 

7.10 — сурет

Бгiнгi кнге дейiнгi белгiлi радиоактивтi ядроларды жартылайыдырау периоды 3•10-7 с-тан 5•1015 жыла дейiнгi аралытаы мнге ие.

Радиоактивтi затты активтiлiгi деп бiрлiк уаыт аралыында болатын ыдырауды санын айтады, яни

Бл жерден активтiлiктi радиоактитi ядроларды санына пропорционал, ал жартылайыдрауды периодына керi пропорционал екенi крiнiп тр.

Активтiлiктi халыаралы бiрлiктер жйесiндегi бiрлiгi беккерель (Бк). Беккерель деп 1 с iшiнде бiр ыдырау жасайтын радиоактивтi затты активтiлiгi алынан. Натылы мiрде активтiлiктi кюри (Ки) деп аталатын бiрлiгi жиi олданылады. Кюри ретiнде 1 с аралыында 3,7•1010 ыдырау жасайтын радиоакивтi затты активтiлiгi алынан.

§ 7.9 Атом ядросыны рылысы. Атом ядроларыны байланыс энергиясы

Кез-келген химиялы элементтi атомыны ядросы о зарядталан протоннан жне заряды жо нейтроннан трады. Протонны заряды абсолют шамасы жаынан электронны зарядына те. Протон мен нейтрон нуклон деп аталатын ядролы блшектi ртрлi зарядты кйi болып табылады. Ядродаы протондарды саны Z, Менделеевтi периодты жйесiндегi химиялы элементтi атомды нмiрiмен сйкес. Ядродаы нейтрондады саны N деп белгiленедi. 11Н жне 32Не ядроларынан баса барлы ядролар шiн NZ. Менделеевты периодты таблицасыны бiрiншi жартысында тран жеiл элементтер шiн NZ, ал екiншi жартысындаы элементтерде нейтронны саны артытау N1,6•Z.

Ядроны массалы саны деп A=N+Z болатын нуклондарды жалпы санын айтады. Ядроны детте мынадай символмен белгiлейдi. Зарядтарыны саны бiрдей, ал массалы саны ртрлi ядроларды изотоптар деп атайды. Изотоптардаы протонны саны бiрдей болады да, нейтронны саны ртрлi болады. Мысалы сутегiнi изотоптары: , (немесе -дейтерий), (немесе — тритий); гелийдi изотоптары: , ; уранны изотоптары: , . Бгiнгi кнi барлы химиялы элементтердi шжзге жаын орныты, ал екi мыа жаын орнысыз (радиоактивтi) изотоптары белгiлi.

Электронны массасы протонны массасынан 1836 есе кiшi боландытан ядроны массасы атомны массасымен бiрдей десе де болады. Элементар блшектердi массасын детте массаны атомды бiрлiгi (м.а.б) деп аталатын жйеден тыс бiрлiкпен лшейдi. 1 м.а.б. ретiнде сутегiнi изотопыны массасыны 1/12 блiгi алынан.

Ядро сонымен атар зiндiк озалыс млшерi моментiмен — спинiмен сипатталады. Ядроны спинi нуклондарды спиндерi арылы аныталады. рбiр нуклонны спинi /2-ге те. Жп нуклоннан тратын ядроны спинi ( бiрлiгiнде) бтiн сана немесе нлге те. Ал та нуклоннан тратын ядроны спинi ( бiрлiгiнде) жартылай бтiн сана те.

Атом ядросы алып тран клемнi айын шекарасы жо. Бл нуклондарды толынды асиетiмен байланысты. Сондытан ядроны лшемдерiн шартты трде анытайды. Ядроны клемi нуклонны сандарына пропорционал. Сондытан ядроны радиусы R-а те сфера деп есептеп, оны радиусын детте мынадай эмпириялы рнекпен анытайды

R=R0A1/3 мндаы R0 =(1,3 — 1,7)•10-15 м

Ядроны лшемдерi те аз боландытан ондаы протондарды кулонды тебiлу кшi те лкен болады. Мысалы рамында 82 протоны бар оасынны ядросындаы протондарды тебiлу кшi бiрнеше мы ньтона жетедi. Бiра ядро бл тебiлу кшiнi салдарынан блшектенiп кетпейдi. Бл протондар мен нетрондарды арасында кулонды кштен де кштi тартылу кшiнi бар екенiн крсетедi. Бл кштердi ядролы кштер деп, ал бл кштердi арасында серлесудi прмендi серлесу деп атайды. Протон мен нейтронны прмендi серлесу трысынан аланда ешандай айырмашылыы жо сондытан оларды ядролы физикада нуклон деген бiр блшек ретiнде арастырады.

Ядролы кштер те аз аралыта сер ететiн кштер болып табылады. Ол 10-15 м-ге дейiнгi аралыта сер етедi де одан тысары жерде те тез кемiп кетедi.

Масс-спектрограф деп аталатын ралдарды кмегiмен ядроны массасын лшеу кез-келген Z протоннан жне N нейтроннан тратын ядроны массасы бос жрген Z протон мен N нейтронны массаларыны осындысынан аз екенiн крсеттi. Ал масса мен энергия арасындаы байланысты ескерсек бос протондар мен нейтрондарды энергияларыны осындысы олардан ралан ядроны энергиясынан арты екенi шыады. Олай болса, ядроны оны райтын блшектерге ажырату шiн осы энергияларды айырымына те энергия жмсау керек. Мндай энергияны DЕбай ядроны байланыс энергиясы деп атайды.

Eбай =Zmp c2 +Nmn c2 -mя с2 =mc2

мндаы m=Zmp+Nmn-mя массалар аауы деп аталады. Ядродаы бiр нуклона келетiн орташа байланыс энергиясын бай деп белгiлеп, ядроны меншiктi байланыс энергиясы деп атайды.

Резерфорд тжiрибелерiнен атомны лшемдерi те кiшi ядродан жне оны оршаан электронды блттан тратыны аныталды. Ендi физиктердi алдында жаа физикалы нысанды, атом ядросыны рылымы мен асетiн зертеу мселесi туды. Атом ядросыны негiзгi сипаттамасыны бiрi оны заряды. Ядроны зарядын лшеу оны мнi элементар зарядты сйкес химиялы элементтi реттiк номерiне кбейткенге те екенiн, яни q=Ze екенiн крсеттi.

§ 7.10 Уран ядросыны блiнуi. Ядролы реакцияда энергияны блiнуi

Блшектердi атом ядросымен серлесуiнi нтижесiнде оны баса ядро мен блшекке згертуi ядролы реакция деп аталады. Ядролы реакцияны символды трде былайша жазады A+a->B+b немесе A(a,b)B. Ядролы реакция кейбiр жадайда бiрмндi болып тпейдi, яни A+a->B+b схемасымен атар A+a->C+c схемасы да жзеге асуы ммкiн. Реакцияны ммкiн болатын жолдары оны каналдары деп аталады.

Ядролы реакция кезiнде толы заряд жне нуклондар саны саталады. Сонымен атар бл кезде энергияны, импульстi жне импульс моментiнi саталу заы орындалады.

Ядролы реакциялар энергия блiне немесе жтыла отырып туi ммкiн. Бл жадайларды айсысыны жзеге асатынын реакцияа тсетiн жне реакциядан шыатын блшектердi массаларыны айырымын бiле отырып рнегiнен есептеп табуа болады.

ртрлi ядролы реакцияларды iшiнде кейбiр ауыр ядроларды блiну реакциясыны маызы ерекше. Ауыр ядролар ондаы нейтронны ара салмаы лкен боландытан орнысыз болып келедi. Бл ауыр ядроларды меншiктi байланыс энергиясыны орташа ядролармен салыстыранда аз болатынан крiнiп тр. Сондытан мндай ядролара таы бiр нейтрон келiп осылса ол блшектенiп кетедi. Осыны бiр мысалы, уран ядросыны нейтрондармен атылаан кезде блiну реакциясы алаш рет 1939 жылы ашылан болатын. Бастапы ядрода нейтрондар арты боландытан реакция кезiнде блшектенген ядролармен атар бiрнеше нейтрон да шып шыады. Мысалы уран блшектенген кезде бiр блшектену актiсiнде 2-3 нейтрон блiнедi. Егер дрыс жадай болса бл нейтрондар уранны баса ядроларына барып тсiп, оларды блшектейдi. Сйтiп бл рдiс тасынды трде крт седi. Блай жаласан реакцияны тiзбектi реакция деп атайды.

Тiзбектi реакцияны натылы жзеге асыру оай шаруа емес. Уранны блшектенуi кезiнде блiнетiн нейтрондар тек уранны 235 изотопын ана блшектей алады. Оны энергиясы 238 изотопты блшектеуге жеткiлiксiз. Ал табии уранда 238 уранны лесi 99,3% те 235 уранны лесi бар боланы 0,7%. Сондытан бiрiншiден тiзбектi реакцияны жзеге асыру шiн 235 уранды таза трде блiп алу ажет. Екiншiден оны млшерi жеткiлiктi болуы тиiс, себебi оны млшерi аз болса реакция кезiнде туындылайтын нейтрондар уран ядроларына жолыпай тысары шыып кетедi. Тiзбектi реакция басталатын е аз массасын критикалы масса деп атайды. Мысалы 235 уран шiн оны мнi бiрнеше ондаан килограмм. Тiзбектi реакция кезiнде орасан кп энергия блiнедi. Уранны температурасы миллиондаан градуса ктерiлiп, пайда болан от шар маындаыны брiн кйдiрiп, иратады.

Уранны бiр ядросы блшектенген кезiнде 200 МэВ-а жуы энергия блiнедi. Оны 165 МэВ-а жуыы реакциядан шыатын блшектердi кинетикалы энергиясы трiнде болады да аланы таза гамма-кванттарды энергиясы болады. Осы энергияны бiле отырып 1 кг уран блшектенгенде блiнетiн энергияны есептеп табуа болады, ол 80 миллиард джоула те. Ол 1 кг кмiр немесе мнай жаан кезде блiнетiн энергиядан бiрнеше миллион есе арты. Сондытан ядролы энергияны пайдалану те тиiмдi.

§ 7.11 Ядролы реактор. Термоядролы реакциялар

Ядролы жарылысты энергиясын бейбiт масатта олдану ммкiн емес. Сондытан ядролы реакция кезiнде блiнетiн энергияны пайдалана алу шiн тiзбектi реакцияны еркiмiзше басара алатындай болуымыз ажет. Мндай басарылатын тiзбектi реакцияны ядролы реакторлар немесе атомды азандытар деп аталатын ондырыда жзеге асырады. Ядролы реакторды жмыс iстеу принципiн мына жерден арап круге болады. Реакторды негiзгi элементтерi: ядролы отын, нейтрондарды шаылдырыш жне баяулатыш, реакторда блiнетiн жылуды тасымалдаыш, тiзбектi реакцияны жылдамдыын реттегiш. Реакторлар шабан жне шапша нейтрондармен жмыс iстейтiн реакторлар болып блiнедi. Алашы жасалан реактор шабан нейтрондарды олданатын реактор. Уран ядросы блшектенгенде блiнетiн нейтрондарды энергиясы шамамен 1-2 МэВ. Сйкес оларды жылдамдытары 107 м/с, сондытан оларды шапша нейтрондар деп атайды. Мндай энергиядаы нейтрондар 235U жне 238U ядроларымен бiрдей арындылыпен серлеседi. Ал табии уранда 235U уранны ара салмаы аз боландытан нейтрондар негiзiнен 238U уранмен серлеседi де тiзбектi реакция жзеге аспайды. Ал жылулы озалысты жылдамдыындай (шамамен 2•103 мс) жылдамдыпен озалатын нейтрондар шабан немесе жылулы нейтрондар деп аталады. Жылулы нейтрондарды 235U ядросы шапша нейтрондара араанда 500 есе арындыра жтады. Сондытан табии уранды шабан нейтрондармен сулелендiргенде оны кп блiгi 238U ядросымен емес 235U ядросына жтылады. Сондытан тiзбектi реакцияны жзеге асыру шiн нейтрондарды баяулату ажет.

Реактордаы нейтрондарды жылдамдыын тмендету шiн баяулатыштар деп аталатын заттар олданылады. Нейтрондарды арынды баяулату шiн баяулатышты атомыны массасы нейтрон массасымен шамалас болуы керек. детте баяулатыш ретiнде кдiмгi немесе ауыр суды жне графиттi пайдаланады.

Тiзбектi реакция тiп жатан кеiстiктi активтi айма деп атайды. Активтi айматан нейтрондарды шыып кетпеуiн амтамасыз ету шiн оны нейтрон шаылдырыштармен аптайды. Берилий жасы нейтрон шаылдырыш болып табылады.

Реакторды басару арнайы жасалан басару бiлiктерi арылы жзеге асады. Басару бiлiктерi жылулы нейтрондарды арынды жтатын бор мен кадмийдi оспаларынан жасалады.

Егер ядролы отын ретiнде уранны 235U изотопымен едуiр байытылан отын пайдаланылатын болса, реактор шапша нейтрондармен де жмыс iстей алады. Бл шапша нейтрондарды 238U ядросымен серлесуiнi нтижесiнде мынадай реакция тiзбегi жзеге асады