Ядроны байланыс энергиясы жне потенциалды энергиясы.

Байланыс энергиясы — байланысан жйені (мысалы, атом, молекула, атом ядросы, т.б.), оны райтын блшектерге (раушылара) жіктеуге жне оларды бір-бірінен арасында зара сер болмайтындай ашытыа алыстату шін жмсалатын энергия; бірттас жйе болып байланысан блшектер жиынтыыны сипаттамасы.Байланыс энергиясы — теріс табалы шама. йткені байланысан жйені тзілуі кезінде энергия блініп шыады. Байланыс энергиясыны абсолют шамасы жйе байланысыны беріктілігін жне жйені орнытылыын сипаттайды. Басаша айтанда, Байланыс энергиясы артан сайын жйе берік болады, яни жйені оны райтын блшектерге жіктеу шін жмсалатын энергия да кп болады. Мысалы, молекулаларды химикалы Байланыс энергиясы бірнеше эВ болса, ядролы Байланыс энергиясы миллиондаан эВ-а дейін жетеді. Сондытан атом ядросы те берік жйе болып есептеледі. Атом ядросыны Байланыс энергиясы ядродаы нуклондарды кшті зара серіне байланысты аныталады. Ядроны Байланыс энергиясы: толы, меншікті жне жеке блшектікті Байланыс энергиясы болып ажыратылады. Толы Байланыс энергиясы — ядроны жеке нуклондара ыдырату шін жмсалатын энергияа немесе жеке нуклондардан ядро раланда блініп шыатын энергияа те. Меншікті Байланыс энергиясыны шамасы те жеіл жне аса ауыр ядролардан басалары шін траты шама (жуы шамамен 8,6 МэВ) болады. Меншікті Байланыс энергиясы ауыр ядролар шін біртіндеп кеми келе уран ядросында (238U) 7,5 МэВ-а жуытайды. Бл байланысты сипатынан энергия алу шін, ауыр ядроларды блінуі жне жеіл ядроларды бірігуі тиімді екендігі крінеді. Ауыр ядроларды блу арылы энергия алу ядролы реакторда жзеге асырылады. Ал жеіл ядроларды бірігуі кезіндегі энергияны блініп шыу процесі термоядролы реакцияда байалады. Ядро рамындаы жеке блшекті (протон, нейтрон, -блшек т.б.). Байланыс энергиясы деп сол жеке блшекті ядродан бліп алуа ажетті энергия млшерін айтады. Атом ядросын тгелімен жеке нуклондара ыдырату шін ажетті минимал энергияны ядроны байланыс энергиясы деп атайды. Ядролы тарту кшіні жмысы есебінен нуклондардан атом ядросы тзілгенде пайда болатын массалар айырымын массалар аауы деп атайды. Массалар аауын есептеу формуласын жазайы:

Енді ядроны байланыс энергиясын есептеп шыаруа болады:

Ядролы физикада массаны атомды бірлігі (1 м.а.б.), ал энергия шін мегаэлектронвольт (МэВ) олданылатынын ескеріп, (8.8) формуланы осы бірліктер шін бейімдеп жазайы:

Сонымен, дербес нуклондардан ядро тзілгенде ядроны Еб байланыс энергиясына те энергия блініп шыады. Энергияны блініп шыуы ядро массасыны массалар аауы деп аталатын шамаа кемуіне келеді: Ядроны байланыс энергиясы ядроны тратылыын сипаттайтын аса маызды шама болып есептеледі. Сонымен атар, ядролы физикада меншікті байланыс энергиясы деген ым олданылады. Меншікті байланыс энергиясы деп ядроны байланыс энергиясыны А массалы сана атынасын, яни бір нуклона сйкес келетін байланыс энергиясын айтады:

Нуклондарды меншікті байланыс энергиясы трлі атом ядроларында бірдей емес. Ядродаы нуклондарды меншікті байланыс энергиясыны массалы А сана туелділігі 8.5-суретте крсетілген. Массалы А саныны артуына байланысты меншікті байланыс энергиясы ²₁ H дейтерийді ядросында 1,1 МэВ/нуклон мнінен темірді ⁵⁶₂₆Fe изотопы шін 8,8 МэВ/нуклон мніне дейін арта бастайды. Меншікті байланыс энергиясы максимал болатын элементтерді ядролары е траты ядролар болып келеді. Енді массалы сан А артанымен меншікті байланыс энергиясы кеми береді, мысалы, уранны ²³⁸₉₂ Uизотопында Ем.б = 7,6 МэВ/нуклон.Протондар саныны артуына байланысты ауыр элементтерді ядроларындаы нуклондарды меншікті байланыс энергиясы кемиді. Соны серінен оларды арасында кулонды тебілу кштеріні шамасы седі. Ядродаы нуклондарды меншікті байланыс энергиясы атомдаы электрондарды байланыс энергиясынан жз мыдаан есе арты екенін айта кеткеніміз жн болар. Жеіл элементтерді меншікті байланыс энергиясыны кемуі беттік былыстармен байланысты. Ядроны бетіне жаын орналасан нуклондарды ядроны ішіндегі нуклондара араанда зара рекеттесетін кршілеріні саны азыра болады. йткені ядролы кштер ыса ашытыта ана рекет етеді. Сондытан ядроны ішіндегі нуклондармен салыстыранда ядроны бетіндегі нуклондарды байланыс энергиясы аз. Ядро кіші болан сайын, нуклондарды кпшілігі ядро бетіне жаын орналасады. Сол себепті жеіл ядроларды меншікті байланыс энергиясы аз. Протондар саныны суі кулонды тебілу кшіні артуына келеді, нтижесінде ауыр элементтер (Z>82) ядроларыны меншікті байланыс энергиясы кемиді. Олай болса, ауыр элементтер ядросы трасыздау болып келеді. Кулонды кштер ядроны ыдыратуа тырысады. Табиатта жиі кездесетін жне ядродаы протондарды немесе нейтрондарды саны киелі сандар деп аталатын 2, 8, 20, 24, 50, 82, 126 сандарына те ядролар траты болып келеді. Ал, егер протондарды да, нейтрондарды да сандары киелі сандара те болса, онда осарланан киелі санды ядро аса траты болады. Табиатта ондай бес ядро бар: ⁴₂He,¹⁶₈O,⁴⁰₂₀Cr,²⁰⁸₈₂Pb.

Киелі ядроларды траты болып келуін ядроны кабыты моделі негізінде тсіндіруге болады.

Массалар дефектісі.

Массалаар дефектісі-массалар аауы. Масс-спектрограф кмегімен жргізілген те дл лшеулер кез келген химиялы элементті тыныштытаы атомы ядросыны массасы оны райтын дербес протондар мен нейтрондар массаларыны осындысынан кіші екенін крсетті:

Сонда массаларды айырымы айда кетті? Оны жауабын масса мен энергияны зара байланысын таайындаан Эйнштейнні формуласы негізінде тсінуге болады. Атом ядросынан бір нуклонды бліп алу шін, оны стап тран ядролы кшке арсы жмыс атарылуы, яни ядроа белгілі млшерде энергия берілуі ажет. Атом ядросын тгелімен жеке нуклондара ыдырату шін ажетті минимал энергияны ядроны байланыс энергиясы деп атайды. Энергияны саталу заы бойынша дл осындай энергия дербес протондар мен нейтрондар ядроа біріккенде блініп шыады. Ядролы тарту кшіні жмысы есебінен нуклондардан атом ядросы тзілгенде пайда болатын массалар айырымын массалар аауы немесе массалар дефектісі деп атайды. Масса дефектісі — атом ядросын раушы нуклондар (нейтрондар мен протондар) массаларыны осындысы мен ядро массасыны (М) арасындаы айырым. Массалар дефектісі байланыс энергиясыны лщемі болып саналады. Массалар аауын есептеу формуласын жазайы: Мндаы Z — ядродаы протондарды саны, , Мр мен Мn — протон мен нейтронны массалары.

Енді ядроны байланыс энергиясын есептеп шыаруа болады:

Масса аауы массаны атомды бірлігімен рнектеледі жне ол ядродаы нуклондарды байланыс энергиясына те (кері табамен алынан). Масса аауы нерлым лкен болса, солрлым байланыс энергиясы жоары жне ядро орныты болады.

Ядролы кштер

Ядронын ішіндегі нуклондарды бірімен-бірін байланыстырып, стап тратын кштерді ядролы кштер деп атайды. Оны бірнеше асиеті бар:

1. Ядролы кштер те кішкене ашытыта сер етеді, оны сер ету радиусы r=2.2*10-15м.

2. Ол кштер тартылыс кштеріне жатады.

3. Ядролы кштер нуклондарды зарядтарына байланысты болмайды, яни екі протонны, екі нейтронны жне нейтрон мен протонны тартылу кштері бірдей болады. Бл асиет ядролы кштерді табиатыны электромагнит табиатынан баса екенін аартады.

4. Бл кштер аныу асиетіне ие болады. Бір нуклон тек белгілі нуклондармен ана серлеседі. Ол нуклонны барлы нуклондарымен серлесуі міндетті емес

5.Ядролы кштер гравитациялы жне кулон кштері сиятыблшектерді ара ашытыына байланысты болмайды.

6. Нуклондар серлескенде біріне-бірі арапайым блшек (мезон) беріп отырады.

7. Ядролы кштер те уатты кштерді атарына жатады.

8. Ядролы кштер спинні баытына байланысты болады.

Ядролы кштерді баса кштерден (мысалы, гравитациялы жне электр-магниттік кштер) згеше асиеттері бар. Оларды ысаша айтса тмендегідей:

1) ядродаы нуклондар арасында сер ететін кшті шамасы атомны электронды абытарында сер ететін кшті шамасынан лдеайда арты. Сондытан да нуклонды атом ядросынан сырта арай блініп шыару шін млн-даан эВ-а те энергия жмсалуы керек.

2) Ядролы кштер электр-магниттік жне гравитациялы кштерге араанда те ыса ашытыа сер ететін кш болып есептеледі. Егер екі нуклонны арасындаы ашыты 10–13 см-ден асса, онда ядролы кштерді шамасы нлге дейін кемиді. Нуклондар арасындаы ашыты артан жадайда, Ядролы кштерді шамасы кеми бастайды. Ядролы кштерді кенет кеми бастайтын ашытыын ядролы кштерді сер ету радиусы (r0~2–3 10–13 см) деп атайды.

3) Ядродаы нуклондар зіне жаын орналасан нуклондармен ана серлеседі. Ядролы затты тыыздыы р трлі ядрода да шамамен бірдей.

4) Нуклондар арасындаы зара сер кші ашытыа ана байланысты емес, сонымен бірге нуклондар спиндеріні бадарлануына да байланысты.

5) Ядролы кштерді шамасы зара серлесетін нуклондарды электр зарядына туелді емес. Ядролы кштерді дйекті теориясы зірше жасалып біткен жо. Алайда тжірибелер ядродаы нуклондарды зара серлері пиондар алмасу арылы жзеге асатынын длелдейді