1. Атом ядросының құрамы, зарядтары, массасы
жүктеу/скачать 3,96 Mb.
|
Ядеркаааааааааааааааааа
| 40.Ядролық тіке реакциялар.
Егер ядролық реакция тез, ядролық әсерлесуге тән уақытқа (10-21-10-23с) жұық уақытта өтсе, ондай реакция тіке реакция деп аталады. Тікелей реакция кезінде тиетін бөлшектің энергиясы ядроны құрайтын бөлшектердің (нуклондардың, кластерлердің) біреуіне немесе ядроға тұтас беріледі. Соңғы жағдайда ядро тұтас айналмалы немесе тербелмелі қозғалысқа келеді. Тіке реакциялардың өздеріне тән сипаттық ерекшеліктері бар. Біз олардың, тиетін бөлшек ядродан тікелей басқа бөлшек ұшырып шығаратын, анығырақ, нуклон-нуклондық реакцияларға тән қасиеттерін қарастырамыз. Бұл реакцияларда, біріншіден, нуклонның импульсы, негізінен, бір нуклонға беріледі. Осыдан нуклондар ядродан осы импульс бағытында, яғни алға қарай ұшып шығуы тиіс. Екіншіден, тиетін нуклон ұшып шығатын жалғыз нуклонға барлық энергиясын дерлік береді. Сондықтан, ұшып шығатын нуклондардың энергиясы жоғары, оның ең үлкен мәніне, тиетін нуклонның энергиясына жақын болады. Мысалы, тіке реакцияларда ұшып шығатын нейтрондардың бұрыштық таралуы алға қарай созылған, ал энергиясы тиетін нейтронның энергиясына жақын болады. Жоғары энергиялы бөлшектер ұшып шығу кезінде кулондық тосқауылдың әсері шамалы. Осыдан, тіке реакцияның тағы бір ерекшелігі, оның барысында ядродан бірдей қарқынмен нейтрон да, протон да ұшып шыға алады. Ондаған МэВ энергиялар кезінде тіке реакциялар басқа механизмді (мысалы Бор механизмі) реакциялармен бәсекелесе өтеді. Мысалы, 5.7-суретте көрсетілген энергиясы 14,5МэВ нейтрондар тұғызатын реакциясында ұшып шығатын нейтрондардың 0,5МэВ пен 4МэВ арасындағы спектрі мен бұрыштық таралуы булану механизміне сәйкес келеді. Ал, 4-12 МэВ арасында оларды тіке реакция механизмімен түсіндіруге болады. Тіке әсерлесудің түрлері көп. Олар барлық ядроларда энергияның кезкелген мәнінде орын алады. Ядродан әртүрлі бөлшектер: жеке нуклондар, қосақ нуклондар, дейтрондар, ядролары, альфа-бөлшектер және т.б. күрделірек бөлшектер ұшып шығуы мүмкін. Ядродан ұшып шығатын күрделі бөлшектерді (мысалы ядролары) кесектер, ал реакцияны кесектелу немесе жаңқалану деп атайды. Әлбетте, ядродан элементар бөлшектер: пиондар, каондар, гиперондар және т.б. бөлініп шығатын соқтығысулар да тіке реакция механизмімен өтеді. Тіке реакциялардың көбірек зерттелген түрлері мыналар: Нуклон-нуклондық реакциялар. Бұл реакциялар тиетін бөлшектердің энергияларының ондаған МэВ мәндері үшін маңызды. Олардың бірі жоғарыда қаралған реакциясы. Жұлу және іліктіру реакциялары. Жұлу реакциясын толық енбеу реакциясы деп те атайды. Оның механизмі мынадай: дейтрон ядромен соқтығысу кезінде ол ядроға нуклондарының біреуімен “ілігеді”. Ол іліккен нуклонды ядро жұтады да, қалған нуклон өзінің ұшуын, бағытын өзгертпей дерлік, жалғастырады. Жұлу реакциясы негізінен дейтронның ядролармен әсерлесуінде байқалады. Оның себебі дейтрондағы нейтрон мен протон өзара осал байланысқан және олар уақытының көп бөлігін бір-бірінен ядролық әсерлесу радиусынан үлкен қашықтықта өткізеді. Іліктіру реакциясы жұлу реакциясына қарама-қарсы. Тиген нуклон (жалпы кез-келген бөлшек) ядромен жанасып, оның бір нуклонын іліктіріп әкетеді. Квазисерпімді ұшырып шығару . Егер түсетін нуклонның энергиясы Т100МэВ, яғни нуклонның ядроға байланыс энергиясынан көп үлкен болса, онда байланыс энергиясын елемей, тиетін нуклон еркін нуклонмен соқтығысады деп қарастыруға болады. Нәтижесінде екі нуклонда ядродан серпімді соқтығысқан еркін нуклондар сияқты ұшып кетеді. Осыны квазисерпімді ұшырып шығару реакциясы дейді. Күрделі бөлшектердің-тритондардың, -бөлшектердің және т.б.-қатысуымен өтетін реакциялар. Оларға және т.б. сияқты және бірнеше күрделі бөлшек ұшып шығатын реакциялар жатады. Ядроларды өте жоғары энергиялы (бірнеше 100МэВ және жоғары) бөлшектермен атқылағанда, ядрода қопарылыс болуы, оның бірнеше ұсақ жарқыншақтарға бөлінуі мүмкін. Мұндай реакцияларды жұлдыздар түзетін құбылыстар дейді. Ауыр иондар туғызатын тіке реакциялар. Ауыр иондардың қатысуымен жеңіл бөлшектердің қатысуымен өтетін реакциялардың кезкелгені өте алады. Ұшып шығатын бөлшектердің саны аз, олардың ішінде жаңадан туған элементар бөлшектер: пиондар, каондар, гиперондар және т.б. болатын реакциялар. Олар элементар бөлшектер физикасы бөлімінде қарастыралады. Тіке реакциялардың өте жоғары энергияларда өтетін басқа түрлері де кездеседі. Олар жоғары энергиялар (элементар бөлшектер) физикасына тән, сәйкес бөлімдерде қарастырылады. Тіке ядролық реакциялар көбіне ядроның сырт бетінде өтеді. Оларды, сондықтан, беттік реакциялар деп те жиі атайды. Оның себебі энергиясы онша жоғары ( 100МэВ) емес бөлшектердің ядроны онда жұтылмай тесіп өтуінің ықтималдылығы өте аз. Соқтығысулардың беттік сипаты шыққан бөлшектердің бұрыштық таралуында жақсы ажыратылған максимумдар береді. Альфа-бөлшектің (спині 0) тікелей серпімсіз шашыратылуы үшін ең айқын байқалатын бірінші максимумның орнын былайша анықтауға болады. Беттік соғысу кезінде бөлшек ядромен жанама бойымен дерлік соқтығысады. Сондықтан оның орбиталық импульс моментін түрінде жазуға болады. Ядроның қозу (айналу деңгейінің) энергиясы бөлшектің энергиясынан көп кіші болатындықтан, бөлшектің алғашқы және ақырғы импульстарының модулдары бірдей деуге болады: . Осыдан оның импульс моментінің өзгерісі; (5.71) мұндағы R- ядро мен альфа-бөлшектің центрлерінің ара қашықтығы R=Rяд+R, -бөлшектің шашырытылу бұрышы. Дәл осындай L мәніне ядроның орбиталық моменті өзгеруі керек. Және кезкелген момент сияқты оның өзгерісі нөлге немесе бүтін санға тең болуы және ол момент (спин) мен жұптылықтың сақталу заңдарына бағынуы тиіс. Спиннің сақталу заңынан (5.72) ш ығады. Ал жұптылық сақталуынан L –жұп болса, ақырғы және бастапқы күйлердің жұптылықтар бірдей, ал L тақ болса, олардың қарама-қарсы болуы керектігі шығады. Жұп-жұп ядролардың негізгі күйінің спині мен жұптылығы 0+, ал бірінші қозған күйлеріне 2+,4+ және т.б. сәйкес келеді. 5.8.-суретте ядросымен энергиясы Т=43МэВ -бөлшектердің шашыратылуының бұрыштық таралуы берілген. Одан L=2 сәйкес келетін бірінші максимумның (5.71)-мен есептелген 10 мәнімен үйлесетіні көрінеді. және т.б. жұлу және іліктіру реакциялары атом ядросының құрылымын анықтауға кең қолданылады. Тіке реакция кезінде тиетін бөлшек пен алғашқы ядро, шығатын бөлшек пен ақырғы ядро бір-бір-ақ реттен соқтығысады. Сондықтан, реакция өнімдерінің бұрыштық таралуы, жұлынатын бөлшек қонатын немесе іліктірілетін бөлшек алынатын деңгейлеріне күшті тәуелді. 41.Атом ядроларының бөлінуі. Өзіндік және жасанды бөліну.Бөліну деп ядроның өздігінен немесе сыртқы қоздырғыштың әсерінен екі (кейде үш, өте сирек төрт) массалары жақын, бірақ бірдей емес жарқыншақтарға жіктелуін ұғады. ядролардың бөлінуі деп, олардың нейтрондардың әсерінен екі жарқыншаққа жіктелуін түсінеді. Бұл, тұрғыдан ядролардың бөлінуі, нейтрондардың әсерінен өтетін реакциялардың шығыстық арналарының бірі. Оның ядролық реакцияларға арналған тарауда қаралмай жеке тарауға бөлінуінің екі себебі бар. Бірінші, бөліну кезінде ядролардың құрылымында терең өзгерістер болады және бөліну механизмі басқа ядролық реакциялардың механизмдерінен мүлдем өзгеше. Екінші, ядролық реакторлардың жұмысы, яғни ядролық энергетика мен басқа ядролық өнеркәсіптің салалары, осы ядролардың нейтрондардың әсерінен бөлінуіне негізделген. Ядролардың бөлінуі туралы мәліметтер Э.Ферми мен оның қызметкерлерінің нейтрондардың әсерінен туатын жасанды радиоактивті зерттеу жұмыстарынан басталады. 1934-жылы олар уранды нейтрондармен атқылау кезінде туатын өнімдерге бірнеше жартылай ыдырау периоды тән екенін байқады. Оларды дәлірек зерттеу кезінде біреуі-біреуіне түрленетін бірнеше радиоактивті элементтер тізбегі тағайындалды. 1938-жылы Ирэн Жолио-Кюри мен Савичтің зерттеулері уранды нейтрондармен атқылағанда пайда болатын элементтердің ішінде лантан, ал Ган мен Штрассман олардың қатарында барий бар екенін анықтады. Сөйтіп, уранды нейтрондармен атқылағанда, ураннан ауыр емес, одан екі еседей жеңіл элементтер пайда болатыны белгілі болды. Бұл нәтижелерді Мейтнер мен Ферми уран ядросының аралық массалы екі жарқыншаққа жіктелуі деп түсіндірді. Ядроның мұндай жіктелуін оның бөлінуі деп атады. Олар ядроның сығылмайтын сұйық тамшысына ұқсастығы негізінде бөлінудің бірінші механизмін ұсынды. Сұйықтың тамшысының қатты соққы кезінде бірнеше ұсақ тамшыға шашырайтыны сияқты, нейтронды қарпыған ядро да бірдей дерлік екі жарқыншаққа бөлінеді. Кейінгі зерттеулер баяу нейтрондардың әсерінен изотопының ғана бөлінетінін, ал баяу нейтронды жұтқан ядросының бөлінбейтінін көрсетті. Әр уран-235 ядросы бөлінген кезде орташа 195МэВ энергия бөлініп шығады. Осыдан, жарқыншақтар қарама-қарсы бағыттарда ұшады және олардың кинетикалық энергиясы жоғары. Жарқыншақтар бөліну кезінде пайда б (6.1)(6.1)-ден бөліну нәтижесінде пайда болатын жарқыншақтардың массалары бірдей болмайтыны көрінеді. 6.1-суретте ядросы бөлінген кезде пайда болатын жарқыншақтардың массалық сан бойынша таралуы көрсетілген. Таралудың шыңдарына сәйкес келетін жарқыншақтардың массаларының қатынасы 1,5. Шыңдардың ендері әжептәуір кең. Олардың биіктіктерінің жартысына сәйкес келетін ендерінің жұық мәні А 20. Бұл ядроның бөліну жолдарының әралуан екенін дәлелдейді. Бөліну кезінде пайда болған жарқыншақтар, әлбетте, радиоактивті, олардан бірінен кейін бірі өтетін тізбекті -активтілік басталады. Жарқыншақтар кейде нейтрондар шығарып та ыдырайды. Мұндай нейтрондар кешіккен нейтрондар деп аталады. Кешіккен нейтрондардың реакторлардың орнықты жұмыс істеуіндегі маңызы зор. Бөліну реакциясының қарқыны нейтрондардың энергиясы мен ядроның тегіне күшті тәуелді. Жеткілікті жоғары (мысалы, 100МэВ) нейтрондардың әсерінен кезкелген (жеңіл, орташа, ауыр) ядро бөлінеді. Энергиясы бірнеше МэВ нейтрондар ауыр, массалық сандары 210-нан жоғары, ядроларды ғана бөле алады. Кейбір ауыр ядролар кезкелген нейтрондардың (энергиясы нөлден бастап) әсерінен бөлінеді. Мұндай ядролардың қатарында уран изотоптары, плутоний изотоптары, америций изотоптары және басқа трансурандық элементтердің изотоптары бар. Кейбір ядролар өздігінен, сыртқы күштің әсерінсіз бөлінеді. Табиғатта ондай ядролардың үшеуі ғана: мен белгілі. жүктеу/скачать 3,96 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|