Атом ядросы жне оны рылысы

Мазмны

Кіріспе..........................................................................................................3

1. Атом ядросы............................................................................................5

1.1 Атом ядросы жне оны рылысы....................................................5

2. Атом ядросыны модельдері.................................................................9

2.1 Тамшылы модел..................................................................................9

2.2 Ядролы Ферми-газ моделі.................................................................10

2.3 Ядроны абыты моделі..................................................................12

2.4 Бірблшектік абыты модел............................................................15

2.5 Ядроны жалпыланан моделі............................................................18

орытынды.................................................................................................19

Пайдаланылан дебиеттер.......................................................................20

Кіріспе

Ядро деп, атомны барлы массасы жне оны электрлік заряды жинаталан, атомны орталы блігін айтады.

Барлы атомдарды ядролары протон мен нейтрон деп аталатын элементар блшектерден трады. Бл блшектерді кбіне нуклондар деп атайды. Е арапайым деп саналатын сутегі атомыны ядросы бір протоннан, яни бір нуклоннан трады.

Бл жмысты масаты - ядролы былыстарды тсіну шін, оны моделін, оны асиеттеріні белгілі бір тобын жасы бейнелейтін жне жеткілікті арапайым математикалы тсіндіруге ммкіндік беретін, лгілік физикалы жйені олдану.

зектілігі – ядроны райтын блшектерге сипаттама беру. Ядроны асиеттерін жымды, бір блшектік жне жалпыланан моделдері арылы сипаттау.

р модел, еркіндік дрежелеріні белгілі бір тобына ана негізделеді. Ондай еркіндік дрежелеріні бір-бірімен жне баса еркіндік дрежелерімен рекеттесуі те лсіз деп есептеледі.

Ядроны еркіндік дрежелерін бір блшектік жне жымды деп блуге болады. Бір блшектік еркіндік дрежелері ядродаы р блшекті дербес озалыстарын сипаттайды. Ал жымды еркіндік дрежелері блшектерді лкен блігіні йлескен блігін сипаттайды. Осыан сай моделдер де бір блшектік жне жымды болып жіктеледі. Сонымен атар,жымды озалыстарды ды, дербес озалыстарды да ішінара ескеретін жалпыланан модел пайдаланылады.

Бір блшектік моделді кейде туелсіз блшектер моделі деп, ал жымды моделді кшті зара серлесулі блшектер моделі деп атайды. Бл ымдар ядроны ттас денелерге сатудан туан. Осыан орай, жымды моделдерде ядро сйы немесе атты денеге, ал бірблшектік моделдерде газа сатылады.

 

жымды моделдер мыналар:

1. Тамшылы модел. Ядро зарядталан сыылмайтын сйы тамшысы ретінде арастырылады. Осыдан, «ядроны байланыс энергиясы клемдік, беттік жне кулонды энергиядан ралады»-делінеді. лбетте, блара тамшылы кзараспен тсіндірілмейтін, осымша симметрия энергиясы мен осатасу энергиясы енгізіледі. Аырында, байланыс энергиясыны Вейцзеккерлік трі шыарылады. Оны ядроны байланыс энергиясыны А мен Z-ке туелділігін, ядроны беттік тербелістерін жне ядроны блінуін сапалы тсіндіруге олданады.

2. Сфералы емес ядро моделі. Ядро затты кейбір себептерінен тепе-тедік кйде сфералы емес пішін абылдаан ойыртпаы сияты арастырылады. Ядроны кейбір е тменгі энергиялы дегейлерін сипаттауа олданады.

 

 

Бір блшектік моделді мынадай трлері олданылады:

1.алды серлесусіз абыты модел. « Нуклондарды бір-біріне туелсіз озалыстары барлы нуклондара бірдей здік йлесімді рісте теді», деп есептеледі. Нуклондарды зара серін руаытта осы здік йлесімді серлесумен кейбір алды серлесуді осындысы трінде алуа болады. арастырып отыран модел шін алды серлесу лсіз, оны елемеуге болады деп есептеп, оны ескермейді. Оны кмегімен киелі сандарды, ядроларды негізгі жне кейбір озан трлеріні спиндері мен жптылытарын, магнит моменттерін, ос киелі ядроларды негізгі кйлеріні спиндері мен жптылытарын есептейді.

2.Феномендік осатасулы абыты модел. алды серлесу бірдей нуклондарды зара осатасуын елеу арылы ескеріледі. Мнда бірдей нуклондарды спиндері мен магнит моменттері нлге, ал жптылытыы о болатын осатар райды деп алынады.

 

Жалпыланан моделді мынадай трлері бар:

1. лсіз серлесулі жалпыланан модел. Нлдік жуытауда ядро ттас сфералы ірге мен бір немесе бірнеше сырты нуклондардан трады деп алынады. Ірге жымды моделдерді біреуімен, ал сырты нуклон здік йлесімді ріспен бейнеленеді. Оан оса, ірге мен сырты нуклонны еркіндік дрежелері арасында лсіз зара серлесу болады деп есептеледі.

2. Кшті серлесулі жалпыланан модел. абыты моделдегі сияты барлы нуклондар здік йлесімді кш рісінде бір-біріне туелсіз озалады деп есептеледі. Біра кш орталыы сфералы симметриялы емес пішінді жне осыан байланысты ядро ттас айнала алады. Айналуа барлы нуклондар атысады. олдану аймаы: кптеген ядроларды тмен жатан дегейлеріні орны мен сипаттарын анытау.

 

 

Атом ядросы жне оны рылысы

 

Ядро деп, атомны барлы массасы жне оны электрлік заряды жинаталан, атомны орталы блігін айтады.

Барлы атомдарды ядролары протон мен нейтрон деп аталатын элементар блшектерден трады. Бл блшектерді кбіне нуклондар деп атайды. Е арапайым деп саналатын сутегі атомыны ядросы бір протоннан, яни бір нуклоннан трады.

 

Атом ядросыны рылысы жне сипаттамалары.

Протон - р

Нейтрон - n

 

Протон. Протон р рпімен белгіленеді, оны заряды +e жне массасы

m_p= 938,28 МэВ. (1)

Салыстыру шін электронны массасын келтіретін болса, ол мынаан те болады:

m_e= 0,511 МэВ . (2)

(1) жне (2) тедіктерінен протон мен электронны массаларыны арасында мынадай атынас орын алатынын креміз:

m_p= 1836 m_e . (3)

Протонны спині ( S= ) жне меншікті магниттік моменті бар:

_p= _я , (4)

мндаы:

_я =5,05·10^-24 эрг/Гс (5)

ядролы магнетон деп аталатын магнит моментіні бірлігі. Бор магнетонымен ( _Б= = 0,927·10^-20 эрг/Гс) салыстырса, _я шамасы _Б -дан 1836 есе кіші болатындыы шыады. Демек, протонны меншікті магниттік моменті электронны магниттік моментінен шамамен 660 есе кіші болады.

Нейтрон. Нейтронды ( n ) 1932 ж. аылшын физигі Д. Чедвик ашaн болатын. Оны электрлік заряды жо, бейтарап блшек, ал массасына келсек, ол

m_n= 1,00867 м.а.б.=939,57 МэВ . (6)

протон массасына те жаын. Нейтрон мен протонны массаларыны айырымы m_n-m_p шамамен 2,5 m_e электронны массасына те.

Нейтронны спині де протонны спиніндей ( S= ) жне (электрлік заряды жо бейтарап блшек боланымен) меншікті магниттік моменті бар

_n= - 1,91 _я (7)

(минус табасы меншікті механикалы жне магниттік моменттеріні баыттары арама-арсы екенін крсетеді).

Еркіндік жадайында (кйінде) нейтрон траты емес (радиоактивті), ол з бетімен ыдырап, электрон шыарып ( ) жне протона айналып, сонан со таы да антинейтрино ( ) деп аталатын блшек шыарады. Жартылай ыдырау периоды (яни нейтрондарды бастапы саныны жартысыны ыдырау уаыты) шамамен 12 минута те. Ыдырау схемасын мына трде жазуа болады:

(8)

Антинейтрино блшегіні массасы нлге те. Нейтронны массасы протонны массасынан 2,5 m_e -ге лкен. Демек, (8) рнекті о жаында тран блшектерді массаларыны осындысынан нейтронны массасы 1,5 m_e -ге арты. Олай болса, нейтрон ыдыраанда бл энергия тзілген блшектерді кинетикалы энергиясы трінде блінеді.

Атом ядросыны асиеттері. Атом ядросыны е маызды асиеттеріні бірі – оны зарядты саны Z. Ол заряд рамына енетін протондарды санына жне +Ze -ге те ядро зарядын анытайды. Z саны сонымен атар Менделеев кестесінде орналасан химиялы элементтерді реттік нмірін крсетеді. Сондытан да оны ядроны атомды нмірі деп те айтады. Ядродаы нуклондар санын (яни протондар мен нейтрондар сандарыны осындысын) А рпімен белгілейді де, оны ядроны массалы саны деп атайды. Ядродаы нейтрондар саны N=A-Z –ке те. Ядроны белгілеу шін арнайы символ олданылады: , мндаы Х-химиялы элементті символы. Жоарыдаы сол жаындаы ойылан массалы сан, тменгі сол жаындаы – атомды нмір. Кейде былай да белгіленеді:

Z-теріні саны бірдей, біра А-лары ртрлі болып келетін ядроларды изотоптар деп атайды. Химиялы элементтерді кпшілігіні траты изотоптары болады. Мысалы, оттегіні , , , алайыны он траты изотоптары бар. Сутегіні ш изотобы бар, олар:

- кдімгі сутегі, немесе протий ( Z=1 , N=0 )

- ауыр сутегі, немесе дейтерий ( Z=1 , N=1 )

- тритий ( Z=1 , N=2 ).

Протий мен дейтерий траты, ал тритий радиоактивті.

Массалы сандары А бірдей ядроларды изобаралар деп атайды. Мысал шін мынаны келтіруге болады: жне

Нейтрондар саны бірдей N=A-Z ядроларды изотондар деп атайды. Е соында, жартылай ыдырау периодында айырмашылытары бар Z жне А-сы бірдей болатын радиоактивті ядролар да болады, оларды изомерлер деп атайды. Мысалы, ядросыны екі изомері бар, оны біріні жартылай ыдырау периоды 18 минут, ал екіншісінікі – 44 саата те.

Табиатта кездесетін 1500-дей ядроны бір-бірінен айырмашылытары не Z-де, не А-да, немесе екеуінен де бірдей болады. Шамамен аланда, ядроларды 1/5-і траты, аландары радиоактивті болып келеді. Кптеген ядролар жасанды трде ядролы реакциялар кмегімен алынады.

Табиатта технецийден (Тс, Z=43) жне прометийден (Pm, Z=61) баса атомды нмірлері 1-ден басталып, 92-ге дейін жететін элементтер кездеседі. Плутонийді (Pu, Z=94) жасанды трде аланнан кейін, ол табиатта смола минералында те аз млшерде болатындыы аныталды. алан трансуранды (яни ураннан кейінгі) элементтер (Z-тері 93-тен 107-ге дейін) жасанды трде р трлі ядролы реакцияларды кмегімен алынан

Трансуранды элементтер кюрий (96 Си), эйнштейний (99 Es), фермий (100Fm) жне менделеевий (101Md) элементтеріні аттары ататы алымдарды П. Жне М. Кюрилерді, А. Эйнштейнні, Э. Фермиді, Д. И. Менделеевті рметтеріне байланысты аталан. Лоуренсий (103 Lw) элементі циклотронды ойлап тапан алым Э. Лоуренсті рметіне байланысты аталса, ал курчатовий (104 Ku) зіні атын ататы кеес физигі И. В. Курчатовты рметіне байланысты алан.

Кейбір трансуранды элементтер соны ішінде курчатовий де, сол сияты 106 жне 107 элементтер де Дубно аласындаы Біріккен ядролы зерттеулер институтындаы ядролы реакциялар лабораториясында кеес алымы Г. Н. Флеров жне оны ызметкерлеріні жмыстарыны нтижесінде алынан.

Ядроны лшемі. Ядроны лшемі ядроны радиусымен сипатталады. Ядроны шекарасы жуылан секілді боландытан оны жуытап шар деп арауа болады. Демек, сол шарды радиусын эмперикалы жолмен есептеуге болады, яни

r= 1,3·10^-13А^1/3 см=1,3А^1/3 ферми (9)

(ферми – ядролы физикада олданылатын зындыты бірлігі, оны шамасы 10^-13см). (9) рнегінен ядроны клемі ядродаы нуклондара пропорционал екендігі келіп шыады. Шын мнінде ядроны, егер r радиусы бар сфера десек жне сфера r₀ радиусы бар кішкене шарлар тріндегі А нуклондардан трса, онда ядроны клемі шін тедеуін жазуа болады, мндаы r₀ = 1,3·10^{-13 см}.

Ядроны тыыздыы те лкен шама, ол жуытап аланда 1,8·10¹⁷ кг/м³-ке те жне барлы ядролар шін ол траты. Мндай тыыздыы бар заттар табиатта кездеспейді.

Ядроны спині. Нуклондарды спиндері осыла келіп ядроны орыты спинін береді. Нуклондарды спині 1/2-ге те. Сондытан нуклондар саны А та боланда, ядро спиніні квантты саны І бтінні жартысына, ал А жп боланда нл не бтін сана те болады. Ядроны спиндері І бірнеше бірліктен аспайды. Бл ядродаы нуклондарды кпшілігіні спиндері антипараллель болып, бірін-бірі тегереді. Барлы жп-жп ядроларды (яни жп санды протоны бар жне жп санды нейтрондары бар ядролар) спиндері нлге те болады.

F квантты санымен аныталатын ядроны механикалы моменті , атомны толы импульс моментіне жне электрон абышасыны моментіне осындыланады.

Ядроны жне электронны магниттік моменттеріні зара серлесулері жне (яни F-тері трліше) р трлі зара баытталан атомны кйіне сйкес келгендіктен, сол атомны кйіні азана айырмашылытары бар энергиясы болады. Сонымен жне моменттеріні зара серлесулерінен спектрлерді жіішке рылымдарыны пайда болуы тсіндіріледі. жне -ді зара серлерінен атом спектрлеріні асa жіішке рылымдары аныталады.

Спектр сызытарыны аса жіішке рылымдара жіктелуіне (ангстремні бірнеше жзден бір блігіне сйкес) байланысты оны баылау те жоары ажыратышты кші бар ралдарды кмегімен жргізіледі.