АТОМ ЯДРОСЫНЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ МЕН ҚАСИЕТТЕРІ 1. Атом ядросының құрамы, өлшемі және заряды. Массалық және зарядтық сан 2. Ядроның массалар ақауы және байланыс энергиясы 3. Ядроның спині және оның магниттік моменті 4. Ядролық күштер. Ядролардың үлгілері 5. Радиоактивті сәуле шығару және оның түрлері 6. Радиоактивтік ыдырау заңы. Ығысу ережелері 7. α-ыдыраудың заңдылықтары 8. β—- ыдырау. Нейтрино 9. γ-сәуле және оның қасиеттері 10. γ – сәуленің резонанстық жұтылуы (Мессбауэр эффектісі) 11. Радиоактивті сәулелер мен бөлшектерді бақылау және тіркеу әдістері
Атом ядросы элементар бөлшектерден – протондар мен нейтрондардан (ядроның протондық-нейтрондық моделін Ресей физигі Д. Д. Иваненко ұсынды, кейіннен В. Гейзенберг дамытқан) тұрады. Протонның (р) заряды оң, электронның зарядына тең, және массасы mр=1, 6726∙ 10 -27 кг≈1836 mе, мұндағы mе – электронның массасы. Нейтрон (п) – массасы mп=1, 6749∙ 10 -27 кг≈1839 mе. Протондар мен нейтрондар нуклондар деп аталады (латынша nucleus – ядро). Атом ядросындағы нуклондардың жалпы саны А массалық сан деп аталады. Ядро нейтрал атомның символымен белгіленеді: мұндағы Х – химиялық элементтің символы, Z – атомның нөмірі (ядродағы протондар саны), А – массалық сан (ядродағы нукландар саны).
Зарядтық сандары Z бірдей, бірақ массалық сандары А әртүрлі ядролар изотоптар, ал массалық сандары А бірдей, бірақ зарядтық сандары Z әртүрлі ядролар изобаралар деп аталады. Сутегінің (Z=1) изотоптары: - протий – дейтерий – тритий Ядро – изобаралардың мысалы: Ядроның радиусының эмпирикалық формуласы: м
Ядроның массалар ақауы және байланыс энергиясы Масс-спектрометрлік өлшеулер бойынша ядроның массасы оны құрайтын нуклондардың массаларының қосындысынан кіші болады. Ядроны оның жеке нуклондарға бөлу үшін қажетті энергия ядроның байланыс энергиясы деп аталады. Ядродағы нуклондардың байланыс энергиясы: - массалар ақауы
δЕб, Мэ. В 9 6 3 1 60 120 180 240 А Ең тұрақты сиқырлы (магиялық) ядролар болып табылады. Бұл ядролардың протондар саны немесе нейтрондар саны келесі сиқырлы сандардың біреуіне тең: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126.
Протон саны да, нейтрон саны да сиқырлы болатын екі есе сиқырлы ядролар ерекше тұрақты (мұндай ядролар болғаны бесеу: ) Ядроның спині және оның магниттік моменті Ядроның меншікті импульс моменті – ядроның спині – нуклондардың спиндері мен нуклондардың орбиталық импульс моменттерінің қосындысына тең. Бұл екі шама да вектор болып табылады, сондықтан ядроның спині олардың веторлық қосындысы болып табылады. Ядроның спині келесі заңдылықпен квантталады: Атом ядросының спиннен басқа рms магниттік моменті бар. Ядроның магниттік моменті мен спині арасындағы байланыс: рmя=gя Lя, мұндағы gя –ядролық гиромагниттік қатынас деп аталады.
Ядролардың магниттік моменттерінің бірлігі ретінде ядролық магнетон қолданылады: Ядролық күштер. Ядролардың үлгілері Ядроны құраушы нуклондардың арасында протондар арасындағы кулондық тебілу күштерінен әлдеқайда үлкен ерекше күштер әсер етеді. Мұндай күштерді ядролық күштер деп атайды. Ядролық күштер күшті өзара әсерлесуге жатады. Ядролық күштердің негізгі қасиеттері: • Ядролық күштер тартылыс күштері болып табылады; • Ядролық күштер қысқа әсер етуші болып табылады – олардың әсері шамамен 10 -15 м қашықтықта ғана көрінеді. Нуклондар арасындағы қашықтықты арттырғанда ядролық күштер тез нольге дейін кемиді;
• Ядролық күштер зарядтық тәуелсіздік қасиетіне ие: екі протон, немесе екі нейтрон, немесе, тіпті нейтрон мен протон арасындағы әсер етуші ядролық күштер шамалары бойынша бірдей болады. Ендеше, ядролық күштердің табиғаты электрлік емес; • Ядролық күштер қанығу қасиетіне ие, яғни ядродағы әрбір нуклон оған жақын нуклондардың шектелген санымен ғана өзара әсерлесе алады; • Ядролық күштер өзара әсерлесуші нуклондардың спиндерінің өзара бағытталуына тәуелді. Мысалы, протон мен нейтрон олардың спиндері параллель бағытталғанда ғана дейтрон ( изотопының ядросы) құрай алады; • Ядролық күштер орталық емес, яғни өзара әсерлесуші. нуклондардың орталарын қосатын сызық бойымен әсер етпейді
• Ядроның тамшылық үлгісі (1936; Н. Бор және Я. Н. Френкель). Бұл үлгі ядродағы нуклондар мен сұйық тамшысындағы молекулалардың ұқсастығына негізделген. Екі жағдайда да құраушы бөлшектер – сұйықтағы молекулалар және ядродағы нуклондар – арасындағы әсер етуші күштер қысқа әсер етуші болып табылады және оларға қанығу қасиеті тән. Берілген сыртқы шарттарда сұйық тамшысы үшін оның затының тығыздығы тұрақты. Ядролардың меншікті байланыс энергиясы мен тығыздығы тұрақты, ядролардағы нуклон санына тәуелсіз. Ең соңында, тамшының көлемі де, ядроның көлемі де бөлшек санына пропорционал. Бұл үлгідегі ядроның сұйық тамшысынан ерекшелігі: онда ядро кванттық механика заңдарына бағынатын электрлік зарядталған сығылмайтын сұйық тамшысы ретінде қарастырылады.
• Ядроның қабықшалық үлгісі (1949 -1950; американдық физик М. Гепперт – Майер (1906 -0975) және неміс физигі Х. Иенсен (1907 -1973)). Қабықшалық үлгі ядродағы нуклондар Паули принципі бойынша толтырылатын дискретті энергетикалық деңгейлер бойынша таралады деп болжайды және ядролардың тұрақтылығын осы деңгейлердің толтырылуымен байланыстырады. Қабықшалары толық толтырылған ядролар тұрақты деп есептеледі. Мұндай ерекше тұрақты (сиқырлы) ядролар шынында да бар. Ядроның қабықшалық үлгісі ядролардың спиндері мен магниттік моменттерін, атом ядроларының тұрақтылығын, сонымен бірге, олардың қасиеттерінің өзгерістерінің периодтылығын түсіндіруге мүмкіндік берді. Бұл үлгі жеңіл және орташа ядроларды, негізгі күйдегі ядроларды сипаттау үшін жақсы қолданылады.
Радиоактивті сәуле шығару және оның түрлері Радиоактивтілік деп атом ядроларының өздігінен әртүрлі радиоактивті сәулелер мен элементар бөлшектерді шығара отырып басқа ядроларға айналуын айтады. Радиоактивтілік табиғи (табиғатта кездесетін тұрақсыз изотоптарда байқалады) және жасанды (ядролық реакциялар арқылы алынған изотоптарда байқалады) болып бөлінеді. Радиоактивті сәулелердің үш түрі бар: α-, β- және γсәулелер. α-сәулелер магнит және электр өрістерінде ауытқиды, иондау қабілеті жоғары және өту қабілеті төмен (мысалы, қалыңдығы шамамен 0, 05 мм алюминийде жұтылады). α-сәулелер гелий ядроларының ағыны болып табылады; α-бөлшектің заряды +2 е, ал массасы гелий изотопының ядросының массасымен бірдей.
β-сәулелер электр және магнит өрістерінде ауытқиды; оның иондау қабілеті α-бөлшектермен салыстырғанда әлдеқайда аз (шамамен екі ретке), ал өту қабілеті айтарлықтай үлкен (қалыңдығы шамамен 2 мм алюминий қабатында жұтылады). β- сәулелер жылдам электрондардың ағыны болып табылады. γ-сәулелер электр және магнит өрістерінде ауытқымайды, иондау қабілеті салыстырмалы түрде әлсіз және өту қабілеті өте жоғары (мысалы, қалыңдығы 5 см қорғасын қабаты арқылы өтеді), кристалдар арқылы өткенде дифракция құбылысы байқалады. γ-сәулелер толқын ұзындығы λ<10 -10 м өте қысқатолқынды электромагниттік сәуле болып табылады және осы себепті корпускулалық қасиеттері анық көрінеді, яғни γ-кванттар (фотондар) деп аталатын бөлшектердің ағыны болып табылады.
Радиоактивтік ыдырау заңы. Ығысу ережелері Радиоактивті сәулелер шығара отырып, ядролардың табиғи радиоактивті өзгеруін радиоактивті ыдырау деп атайды. Радиоактивтік ыдырау заңы: Жартылай ыдырау периоды деп бастапқы радиоактивті ядролар саны орташа алғанда екі есе азаятын уақыт аралығы Радиоактивті ядроның орташа өмір сүру уақыты:
Радиоактивті көздегі нуклидтің А активтілігі деп 1 с уақыттағы үлгідегі өтетін ядролардың ыдырау саны: ХБЖ-гі активтіліктің бірлігі – беккерель (Бк). 1 Бк – 1 с ішінде бір ыдырау актісі өтетін нуклидтің активтілігі. Ядролық физикада радиоактивті көздегі нуклидтің активтілігінің өлшем бірлігі ретінде – кюри (Ки) қолданылады: 1 Ки=3, 7 ·1010 Бк. Радиоактивті ыдырау берілген аналық ядроның ыдырауы нәтижесінде қандай ядро пайда болатынын анықтайтын ығысу ережесіне сәйкес өтеді. Ығысу ережелері: α-ыдырау үшін β-ыдырау үшін
α-ыдыраудың заңдылықтары Қазіргі кезде екі жүзден астам α-белсенді ядролар белгілі (A>200, Z>82). α-белсенді ядролардың аз ғана бөлігі A=140÷ 160 аралығында жатады. α-ыдыраудың мысалы: Ыдырау кезінде ұшып шығатын α-бөлшектердің жылдамдықтары өте үлкен және әр түрлі ядролар үшін 1, 4·107 ÷ 2·107 м/с аралығында болады, сәйкес энергиялары 4÷ 8, 8 Мэ. В. β—- ыдырау. Нейтрино Паули гипотезасы бойынша, β—- ыдырау кезінде электронмен бірге тағы бір нейтрал бөлшек – нейтрино шығарылады. Нейтриноның заряды нольге тең, спині ½ және массасы нольге тең (шындығында <10 -4 me); белгіленуі –. Кейіннен β—ыдырау кезінде нейтрино емес, антинейтриноның шығарылатыны анықталды (нейтриноның антибөлшегі ).
β- электронның пайда болу процесі: γ-сәуле және оның қасиеттері γ-сәуленің шығарылуы кезінде ядроның зарядтық және массалық сандары өзгермейді, сондықтан ешқандай ығысу ережесімен сипатталмайды. Ядролардың көпшілігінің γсәулелері қысқатолқынды болғандықтан оның толқындық қасиеттері әлсіз байқалады. Мұнда бірінші орынға корпускулалық қасиеттері шығады, сондықтан γ-сәулені бөлшектердің – γ-кванттардың ағыны ретінде қарастырылады. γ -кванттардың энергиясы 10 кэ. В-тан 5 Мэ. В-қа дейін болады.
Радиоактивті сәулелер мен бөлшектерді бақылау және тіркеу әдістері 1. Сцинтелляциялық есептегіш (счетчик) 2. Черенков есептегіші 3. Импульстік иондаушы камера 4. Газдық разрядтық есептегіш 5. Жартылай өткізгіштік есептегіш 6. Вильсон камерасы 7. Диффузиялық камера 8. Көпіршікті камера 9. Ядролық фотоэмульсия
Скачать презентацию АТОМ ЯДРОСЫНЫҢ ҚҰРЫЛЫСЫ МЕН ҚАСИЕТТЕРІ 1 Атом ядросының
24 атом ядросы.pptx