Резерфорд тжірибесі

1911 жылы аылшын физигі Резерфорд атомны ядролы моделін сынды. Резерфорд зіні шкірттері Г.Гейгер жне Э. Марсденмен бірге альфа-блшектер шоын те жа алтын фольгадан ткізіп, бірнеше тжірибелер жасады. Осы тжірибелерді зерделеу нтижесінде атомны ядролы, басаша айтса, планетарлы моделі мірге келді.

Тжірибе барысында те жа (l=6*10^-7 м) алтын фольганы энергиясы 7,68 МэВ жылдам альфа блшектермен атылаан. орасын контейнерді тбінде орналасан ²¹⁴₈₄ Ро радиоактивті элементтен шыан альфа-блшектерді жіішке шоы алтын фольгадан ткенде шашырайды, яни алашы баытынан ауытиды. Ол кезде альфа-блшектерді о заряды (2е) гелий иондары екені белгілі болатын. Фольгадан шашыраан альфа-блшектерді аншасы андай брыша ауытыанын есептей отырып, осы ауытуларды тудыран нысана-атомдарды рылымы аныталады. Фольганы алыдыы те аз боландытан, одан ткенде рбір альфа-блшек тек бір атоммен ана серлеседі, яни бір-а рет шашырауа шырайды деп есептеуге болады. Шашыраан альфа-блшектер ккіртті цинкпен (ZnS) апталан экрана келіп соылады. Ккіртті цинк молекулаларыны альфа-блшекпен сотыысанда суле шыаратын асиеті бар. Сондытан экранны альфа-блшек соылан жерлерінде сцинтилляция, яни те лсіз жарыл байалады. Тжірибені масаты берілген уаыт аралыында байалатын жарылдарды ауыту брышына туелділігін анытау.

Тжірибені нтижесінде альфа-блшектерді басым кпшілігі фольгадан ткенде алашы баыттан ауытымайтыны (1 – 2°) аныталды. Бл нтиже, негізінен, Томсон моделіне сйеніп жасалан есептеулермен дл келді. Біра, альфа-блшектерді мардымсыз аз блігі 90°-тан арты брыша ауытитыны, яни олар фольгаа соылып, кері баытта шатыны тадандырды. Сегіз мыа жуы блшектерді біреуі ана осындай лкен брыша ауытиды екен! Мны Томсон моделі негізінде тсіндіру тіпті ммкін болмады.

Тжірибеде алынан нтижелерді зерделей отырып Резерфорд з моделін сынды. Ол атомны о заряды оны ортасында орналасан радиусы шамамен 10^-15 м те аз клемге жинаталан деген орытындыа келді. Біра орталы блшекті Резерфорд ядро деп атады. Атомны массасын тгел дерлік ядрода шоырланан. Ядроны айнала р трлі орбиталармен электрондар озалып жреді. Бл лгі Кн жйесіні рылымына сайтын боландытан, оны атомны планетарлы моделі деп те атайды. Модель бойынша атом клеміні басым кпшілік блігі «бос» болып шыады, ядроны радиусы атомны радиусынан 100000 есе кіші. Орбиталардаы электрондарды теріс зарядтарыны осындысы ядроны о зарядына те, атом электрлік бейтарап.

Атомны ішіндегі бос кеістік «те лкен». Сондытан, фольга арылы ткенде альфа-блшектеріні кбі ядродан алыс теді де, шашырамайды. Электрондар альфа-блшектен 8 мы еседей жеіл боландытан, оны озалыс траекториясын згерте алмайды. Тек ядроа тікелей арсы келіп алан альфа-блшектер ана онымен серлесін, кері шады. мндай блшектер саны ядро радиусыны атом радиусына атынасымен аныталады.

Жоарыда біз тжірибеге тек сапалы талдау жргіздік. резерфорд сонымен атар з моделіні жне Томсон моделіні негізінде есептеу жмыстарын жргізді, оларды нтижесінде Резерфорд лгісіні дрыстыын крсетті. Біра классикалы физика трысынан мндай атомны орныты болуы ммкін емес. Бдан брын айтыландай, зарядталан блшек демелі озалса, міндетті трде сулеленуі керек. Бл сулеленуді жиілігі электронны ядро маында айналу жиілігіне те болуы тиіс. Электрон ядроны айнала дгелек орбитамен озалса, оны центрге тартыш деуі бар. Олай болса, электрон суле шыара отырып, з энергиясын азайтуы тиіс. Энергияны азаюы электронны ядроа кулон кшіні серінен біртіндеп жаындап, аыры оан лап тсуіне кеп соады. бан бар боланы 10^-8 с-а те уаыт кетеді екен жне классикалы теория бойынша мндай атомны сулелену спектрі ттас болу керек

 

 

Ядроны массасы жне байланыс энергиясы. Масcалар аауы. Ядролы кштер.

 

Ядродаы нуклондарды байланыс энергиясы Байланыс энергиясы — байланысан жйені оны райтын блшектерге жіктеуге жне оларды бір-бірінен арасында зара сер болмайтындай ашытыа алыстату шін жмсалатын энергия; бірттас жйе болып байланысан блшектер жиынтыыны сипаттамасы.

Байланыс энергиясыны шамасы блшектер арасындаы зара серге байланысты аныталады. Егер блшектер жиынтыы молекула райтын атомдар болса, онда Байланыс энергиясы ретінде химикалы байланысты, ал блшектер жиынтыы ядро райтын нуклондар (протондар мен нейтрондар) болса, онда ядролы байланысты энергиясы арастырылады.

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 сипатынанэнергия 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 Байланыс энергиясы деп сол жеке блшекті ядродан бліп алуа ажетті энергия млшерін айтады.

Атом не молекула электрондарыны Байланыс энергиясы электр магниттік зара сер арылы аныталады жне ол рбір электронны иондалу потенциалына пропорционал болады. Молекула мен кристалдарды Байланыс энергиясы да осындай серлерге байланысты болып келеді. Ал гравитациялы зара серді Байланыс энергиясыны шамасы те аз жне ол кейбір арышты объектілерде ана байалады.

Ядролы кштер

лемдегі іргелі рекеттесу кштеріні екі трі гравитациялы жне электромагниттік кштері бар. Атом ядросындаы аттас о зарядталан протондарды арасында уатты электростатикалы тебіліс кші бар екені белгілі. Ауыр элементтерді ядроларында, мысалы, уранда 92 протон бар, оларды бір-бірімен тебілу кші бірнеше мыдаан ньютона жетеді. Массаларына байланысты протондар мен нейтрондарды стап тран гравитациялы кш шыар деген пайымдау жасауа болар еді. Алайда, жргізілген есептеулер, ядродаы екі протонны арасындаы гравитациялы тартылыс кші, оларды арасындаы электростатикалы кулонды тебіліс кшінен кіші екенін крсетті: F/F_эл = 10^-36.

Атом ядроларыны тратылыы ядроларды ішінде осы кнге дейін белгілі кштерден табиаты млдем ерекше аса зор тартылыс кшіні бар екенін длелдейді.

Ядродаы нуклондарды ыдырап кетуден сатап, оны берік байланысын амтамасыз ететін кштер ядролы кштер деп аталады.

азіргі кезде тжірибелер негізінде ядролы кштерді асиеттері жасы зерттелген. Оларды ішіндегі е маыздыларына назар аударайы.

· 1. Мысалы, протонны центрінен r = 10^-15 м ашытыта ядролы кштер кулонды кштен 35 есе, ал гравитациялы кштен 1038 есе уатты болады. Сол себепті ядролы кштер кшті рекеттесу деп аталатын лемдегі згеше іргелі зара рекеттесу кштері болып табылады.

· 2. Ядролы кштер ыса ашытыта ана рекет ететін кштер. Араашытыты артуына байланысты ядролы кштер те шапша кемиді. рекет ету аймаыны шегі r > 3 · 10^-15 м-ден лкен жадайда ядролы кшті рекетін ескермесе де болады. Нуклондарды арасындаы тартылыс кшіні е лкен мні r=1,41 · 10^-15 м ашытыта байалады. Ал ашыты r < 0,5 · 10^-15 м боланда, нуклондарды арасында аламат тебіліс кші пайда болады. Сонымен, ядролы кштер тартылыс кштері болып табылады.

· 3. Тжірибелерден протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон жне протон-протон жптарыны арасындаы ядролы тартылыс кштері барлы жадайда да бірдей болатыны аныталды. Олай болса, ядролы кштер нуклондарды электр зарядыны бар-жоына туелсіз рекет етеді.

· 4. Ядролы кштерді аныышты асиеті бар, ол нуклонны ядродаы барлы нуклондармен емес, тек зіне жаын кршілерімен ана рекеттесетінін крсетеді

· 5. Ядролы кштер кулонды сияты центрлік кштер атарына жатпайды. Ядролы кштер немесе кшті серлесу атом ядросындаы е лкен арынмен тетін былыстарды басаратын кштер. Олар элементар деп аталатын блшектер арасында кшті байланысты туызады. Тек кшті рекеттесу ана атом ядросындаы протондар мен нейтрондарды біріктіріп, берік стап тр. Жердегі барлы заттарды ядроларыны тратылыын амтамасыз етеді. Ядролы рекеттесу кштеріні осы жне баса асиеттерін тсіндіру шін оны теориясы ажет. Ядролы рекеттесуді крделілігінен осы кезге дейін ядролы кштерді тиянаты теориясы жасалмаан.