1. Атом ядросының құрамы, зарядтары, массасы
Бета – бөлшектердің энергиясының спектрі. Нейтрино
жүктеу/скачать 3,96 Mb.
|
Ядеркаааааааааааааааааа
| 28.Бета – бөлшектердің энергиясының спектрі. Нейтрино.
радиоактивтілік зерттелген алғашқы 20 жыл бойы, бета-бөлшектердің кәдімгі электрондар екені және олардың энергиялық спектрінің тұтастығы ғана белгілі болды. Ондай спектрдің, мысалы, (RaE- ядросының -спектрі) 3.9-суретте берілген. Ол кезде бета-спектрдің тұтастығын түсіндіру қиын еді. Шынында да энергияның сақталу заңы бойынша бета-ыдырау энергиясы (3.72) пайда болған бөлшектердің (ядро мен электронның) кинетикалық энергияларының қосындысына тең. Ал импульстің сақталу заңынан тыныштықтағы ядроның ыдырауы үшін (3.73) Осылардан электронның кинетикалық энергиясы (3.72)-ге сәйкес (3.74) (3.74)-тен электронның энергиясының бір мәнділігі, яғни спектр сызықтық болу керектігі шығады. Бета-ыдыраудың тұтас спектрін түсіндірудін бірнеше жолдары ұсынылды: 1. Бета-ыдырау ұрпақ ядроның әртүрлі қозған күйлеріне өтеді. Егер қозған күйлердің саны көп және олар тығыз орналасқан болса, онда бөлшектердің спектрі тұтас дерлік болады. 2. Ядроның ыдырауы кезінде шығарылатын Те моноэнергиялы бөлшектер өзінің атомының немесе көршілес атомдардың электрондық қабықтарымен әсерлесіп, соның нәтижесінде спектр тұтас түрге көшеді. 3. Бета-ыдырау кезінде энергия мен импульстің сақталу заңдары бірге орындалмайды. Егжей-тегжейлі зерттеулер бұл жорамалардың ешқайсысының да бета-ыдыраудың спектрін түсіндіруге жарамайтынын көрсетті.1931-жылы Паули бета-ыдыраудың тұтас спектрінің жаңа түсіндірмесін ұсынды. Ол бета-ыдырау кезінде электронмен қатар тағы бір жеңіл бөлшек шығарылады деп пайымдады. Ол бөлшекті тіркеудің өте қиындығынан ол бөлшектің электр бейтарап және массасының мардымсыз болуы керектігі шығады. Оның массасының өте кішкентай болуы керектігін электрондардың спектрінің 0-ден басталатыны да қостайды. Бұл бөлшек нейтрино деп аталды. Паулидың ұсынысын тексеруге арналған бірінші тәжрибені 1936-жылы совет ғалымы А.И. Лейпунский іске асырды. Ол ядросының ыдырау нәтижесінде пайда болатын ядроларының тебілу энергиясыныңспектрін зерттеді. Зерттеу нәтижелері тебілу ядроларының энергяилық спектрі, тек электрон шығарып ыдырауға сәйкес келетін (3.73) теңдігімен емес, электрон мен нейтрино шығаруға сәйкес келетін (3.75)теңдігімен үйлесетінін көрсетті. Совет ғалымдары А.И.Алиханов мен А.И.Алиханян Паули гипотезасын тексеру үшін ядросының К-қарпуын пайдалануды ұсынды. К-қарпу нәтижесінде ядроның А массалық саны өзгермейді, яғни, оның спині де өзгермеу керек. Екінші жағынан, спині электронды қарпиды, яғни оның спині өзгеру керек. Бұл қайшылық, қарпу барысында нейтрино шығарылса, жойылады. Сонда, К-қарпу нәтижесінде екі-ақ бөлшек пайда болады. Олардың энергиялық спектрлері сызықтық болуы керек. Жоғарыда айтқандай реакциясында бөлініп шығатын энергия .Бұл энергия нейтриноның энергиясы мен ядроның тебілу энергиясын құрайды. Оның басым бөлігі жеңіл бөлшек нейтриноның еншісіне тиеді . Ядроның тебілу энергиясы импульстың сақталу заңынан .Тәжірибеде осы ядроның Тя тебілу энергиясын өлшеу жобаланды. Басталып кеткен соғыс салдарынан бұл тәжірибе іске асырылмай қалды. Осыған ұқсас тәжірибені 1942-жылы америка ғалымы Аллен іске асырып, бірінші рет Тя 48эВ, ал кейінрек Тя 56,61.0эВ мәнін алды. Лейпунский мен Аллен тәжірибелері нейтриноның барлығының тікелей дәлелі бола алмайды. Олар тек бета-ыдыраудың нейтриноның қатысуымен өтуі мүмкін екендігін ғана көрсетеді. Нейтриноның зат пен әсерлесуіне тәжірибені 1953-жылы Коуэн мен Рейнес іске асырды. Олар нейтриноның затпен әсерлесуінің қимасы 10-43см2 шамасы екенін көрсетті. Сөйтіп, бета-ыдырауға нейтрино қатысатыны тәжірибелермен дәлелденді. Қазір тек қана -ыдыраудың емес, басқа да нәзік әсерлесулердің нейтриноның қатысуымен өтетініне ешкім күманданбайды. Керісінше, нейтрино мен антинейтриноның бірнеше түрі бар екені тағайындалған. Нейтрино мен антинейтрино электр бейтарап, массалары электронның массасынан көп кіші (кейбір теорияларға сәйкес дәл 0), спиндері бөлшек. Нейтрино мен антинейтрино бір-бірінен лептондық зарядтарымен айнытылады. Қазіргі көзқарас бойынша нейтриноның 3- түрі, антинейтриноның 3- түрі бар. Осы тұрғыдан бета-ыдырау қатарына нейтрино мен антинейтриноның қатынасуымен өтетін (3.76)кері бета-ыдырауды да жатқызуға болады. Бірақ бұл құбылыс-өте сирек, табиғатта кездеспейді деуге болады. Нейтриноның затпен әсерлесуінің көлденен қимасы 10-41см2. 29.Бета – ыдырау теориясының элементтері. Нәзік әсерлесу туралы ұғым. Біз өткен бапта бета ыдырауға 4 бөлшек қатысатынын анықтадық. Нағыз бета-ыдырау кезінде ядродан электрон мен антинейтрино бөлініп шығады. 2-тарауда біз ядроның құрамында электрон жоқ екенін анықтадық. Демек, электрон мен антинейтрино ядроның ыдырау кезінде ғана пайда болады және екеуі бір мезгілде шығарылады. Бұл жөнінен бета-ыдырау атомның немесе ядроның фотон шығаруына ұқсас. Онда да фотон атомның немесе ядроның қозған күйден одан төменірек күйге көшу кезінде пайда болады. Б ета-ыдырау теориясының негізін 1934-жылы Э.Ферми салды. Ол лептондардың нуклондармен нәзік әсерлесуі электрондардың нуклондармен электромагниттік әсерлесуіне ұқсас, бірақ нәзік әсерлесу, электромагниттік әсерлесу сияқты ұзын қашықтық емес, жанасулық (локалдық) деп қарастырды (3.10-сурет). Ферми бета-ыдырау қалай өтуі мүмкін екенін ғана түсіндіріп қойған жоқ, ол оның сандық теориясын жасап, бета-спектрдің түрін түсіндірді, ыдырау ықтималдылығының оның энергиясына тәуелділігін тағайындады. Ферми теориясын жалпы курста егжей-тегжейлі баяндау мүмкін емес. Және ол кейінгі кезде дәлдендірілді, нәзік әсерлесудің жанасулық емес, оның зарядталған және бейтарап Z0 бозондардың қатысуымен өтетіні анықталды. Біз бұл бапта бета-спектрдің түрін егжей-тегжейлі талдау жасамай-ақ түсіндіруге тырысамыз. Бета-ыдырау нәзік әсерлесудің нәтижесінде өтеді. Сондықтан оған ұйытқу теориясын қолдануға болады. Бұл теория бойынша жүйенің (мысалы, ядроның ) бір n күйден екінші m күйге өтуінің ықтималдылығы (3.77)түрінде беріледі. Мұндағы: операторының немесе түрленудің матрицалық элементі, алғашқы n және ақырғы m күйлердің толқындық, функциялары. -ақырғы күйлердің тығыздығы, -әсерлесу операторы. Алдымен -ақырғы күйлер тығыздығын есептейік. Бета- ыдырау нәтижесінде бөлінетін бөлшектердің екеуі (электрон мен антинейтрино) жеңіл. Олардың массалары ұрпақ ядроның массасынан көп кіші. Сондықтан ыдырау энергиясы толық дерлік солардың есесіне тиеді. (3.78) Осыдан, . dn- энергияның Е ден (Е+dE) – ге дейінгі аралығында жататын күйлер саны. Энергияның бұл мәндеріне импульстің модулінің р мен р+dр аралығында жататын мәндері сәйкес келеді. Ал импульстің бұл бөлігінде жататын күйлер саны (3.79) Бета-ыдырау кезінде шығарылатын бөлшектер үшін импульстің сақталу заңынан (3.80) немесе тыныш тұрған ядро ыдыраса (3.80) Бұлардың екеуінің импульстары өз еркінше және тәуелсіз өзгере алады. Ал үшіншісінің импульсы (3.80)-теңдеуінен табылады. Бета-ыдырау үшін тәуелсіз бөлшектер ретінде электрон мен антинейтриноны алған ыңғайлы. Сонда ақырғы жүйенің күйлерінің саны электронның күйлерінің саны мен нейтриноның күйлерінің санының көбейтіндісіне тең болады. Оладың әрқайсысы (3.79)-бен анықталады. Осыдан (3.81) Демек, деңгейлердің тығыздығы (3.82)Электрон үшін ,Антинейтрино үшін ; Осыларды (3.82) -ға қойып, одан шыққан -мәнін (3.77) қойсақ, ядроның, кинетикалық энергиясы Т мен Т+dT аралығында жататын электрон шығарып, ыдырауының ықтималдылығы (3.83) алынады. Бұл өрнек бета-ыдыраудағы энергиясы Т мен Т+dT арасында жататын электрондардың үлесін, ал оны барлық шығарылған электрондардың N0 санына көбейтсек осы электрондардың dN санын береді. (3.84) ықтималдылықтың тығыздығын немесе электрондардың энергия бойынша таралу функциясын, басқаша айтқанда, электрондардың спектрін анықтайды. Матрицалық элементтің модулінің шаршысы мен оның алдындағы тұрақты көбейткіштердің көбейтіндісін С2 деп белгілеп, таралу функциясын (3.85)түрінде жазуға болады. Құрамына матрицалық элемент кіретін С шаманың, нәзік әсерлесу тұрақтысы мен қатар Е ,Т энергияларына, спиндердің өзара бағдарлануына, электрон мен антинейтриноның импульстарының арасындағы бұрышқа тәуелді болуы мүмкін. жүктеу/скачать 3,96 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|