2. ядролық физика негіздері
жүктеу/скачать 1,3 Mb.
|
ядерка часть2новый2018
- Бұл бет үшін навигация:
- 2.1.1. Қысқаша теориялық кіріспе
- Атомдық ядроның сипаттамалары
- Ядро спині I.
- Ядролық күштер. Ядроның массасы және байланыс энергиясы
- 2.1 сурет Ядроның массасы және байланыс энергиясы
- Меншікті байланыс энергиясы.
Атомдық және ядролық физика 2. ядролық физика негіздері 2.1. АТОМДЫҚ ЯДРОЛАРДЫҢ НЕГІЗГІ ҚАСИЕТТЕРІ 2.1.1. Қысқаша теориялық кіріспе Ядролардың құрамы және сипаттамалары. Ядро құрамы. Атомдық ядроның протондар мен нейтрондардан тұратындығы экспериментте тағайындалған. Осы бөлшектер нуклондар деп аталады. Протон (р), заряды е (оң) және массасы: mp = 1836,15me=1,00759 м.а.б. = 938,28 МэВ, мұндағы, me – электрон масссасы, м.а.б. – массаның атомдық бірлігі. 1 м.а.б. = 1,66·10-27 кг = 931,50 МэВ. Протонның меншікті импульс моменті – спині s = ½ және меншікті магниттік моменті бар: μр=2,793μя. (2.1.1) мұндағы,  – ядролық магнетон (нуклондардың магниттік моменттері өлшенетін бірлік). Ол Бор магнетонынан 1836 есе кіші, яғни протонның меншікті магниттік моменті электронның магниттік моментінен 660 есе кіші.
Нейтрон (n), оның электрлік заряды нөлге тең, ал массасы протон массасына жақын: mn = 1838,68me=1,00898 м.а.б. = 939,55 МэВ, протон массасынан 0,14% -ға немесе 2,5me-ге үлкен. Нейтрон спині s = ½, электр зарядының болмауына қарамастан, нейтронның магниттік моменті бар: μn=-1,91μя (2.1.2) Нейтрон еркін күйде орнықсыз. Ол электрон және нейтрино шығарып, протонға айналып, өздігінен ыдырайды. Жартылай ыдырау периоды ≈ 12 мин. Атомдық ядроның сипаттамалары. Атомдық ядроны сипаттайтын негізгі шамалар Z – зарядтық және A массалық сандар. Z саны ядродағы протон санына тең және ол ядроның zе электрлік зарядын анықтайды. Z-ті атомдықнөмір деп те атайды. А массалық сан ядродағы нуклон санын анықтайды. Ядродағы нейтрон саны: N= A – Z. (2.1.3) Ядроның осы сипаттамалары , болып белгіленеді. Мұндағы, Х – берілген ядро тиесілі элементтің химиялық белгісі. Бір элементтің Z саны бірдей, А саны әртүрлі атомдық ядролары (нуклидтері) изотоптар деп аталады. Мысалы,,,. Массалық саны А бірдей әр түрлі элементтердің атомдық ядролары (нуклидтері) изобарлар деп аталады. Мысалы,, . N – нейтрон саны бірдей ядроларды изотондар деп атайды. Мысалы,  және .
Зарядталған бөлшектердің ядролардан шашырауы бойынша эксперименттерден ядроны бірінші жуықтауда сфера деп санауға, ал оның радиусын мына формуламен өрнектеуге болатындығы тағайындалған: (2.1.4) мұндағы, А – берілген ядроның массалық саны, r0 = 1,2·10-15 м = 1,2 фм. 1 фм = 10-15 м. (2.1.5) Осы формуладан маңызды қорытынды шығады: А массалық санмен анықталатын ядро массасы оның v көлеміне пропорционал, өйткені. Демек, барлық ядролардағы зат тығыздығы шамамен бірдей болады, және ол мынаған тең: ρ ≈ 2,7·1017 кг/м3. (2.1.6) Ядро спині I. Ол нуклондардың спиндері және олардың орбиталық моменттері қосылуы нәтижесінде алынады. Протон мен нейтронның спиндіктен басқа орбиталық импульс моменті болады. Ядроның толық импульс моменті ядродағы барлық нуклондардың спиндік және орбиталық моменттерінің қосылуы нәтижесінде алынады. Ядроның толық импульс моменті (2.1.7) формуласымен анықталады. Мұндағы I – кванттық саны әдетте, ядро спині деп аталады. Нуклон спині s = ½, сондықтан, нуклон саны жұп немесе тақ болуына қарай, І ядро спині, бүтін (І = 0, 1, …) болуы да, бүтіннің жартысы (І = 1/2, 3/2, …) болуы да мүмкін. Ядролық күштер. Ядроның массасы және байланыс энергиясы Ядролық күштер. Ядролардағы нуклондардың орасан зор байланыс энергиясының болуы (атомдағы электрондардың байланыс энергиясымен салыстырғанда) нуклондар арасында қуатты ядролық тартылыс күштерінің әрекет ететіндігін білдіреді, бұлармен салыстырғанда электромагниттік тебіліс күштері жүздеген есе әлсіз. Осы күштердің ерекше өзгешеліктерін атап өтейік. (Х. Юкава, 1935): Ядролық күштер жақыннан әрекет етуші күштер, бұлардың әрекет ету радиусы r ~ 10-15 м. Ядролық күштер зарядтық тәуелсіздік байқатады; екі протон арасындағы, екі нейтрон арасындағы, нейтрон – протон арасындағы өзара әрекет ету күштері бірдей болады. Ядролық күштер қанығу қасиеттеріне ие (әрбір нуклон оған ең жақын көрші нуклондардың шектеулі санымен өзара әрекеттеседі). Ядролық күштердің шамасы нуклондардың спиндерінің бағытына тәуелді болады (дейтрон – дейтерий ядросы, егер нуклондарының спиндері параллель болса орнықты болады). 2.1 сурет Ядроның массасы және байланыс энергиясы. Ядро массасы ядроны құраушы нуклондардың массалары қосындысына тең болуы тиіс еді. Бірақ масс – спектрометриялық өлшеулер ядроның шын массасы осы қосындыдан кіші болатындығын көрсетеді. Аталған массалардың ∆m айырымын массаның ақауы деп атайды. Массаның ақауын масса мен энергияның сақталу заңын бейнелейтін 
(2.1.8) формуласы негізінде түсіндіруге болады. Z протон мен N нейтрон ядроға біріккен кезде бұлардың массасының бөлігі жойылады да оның орнына оған пара – пар энергия бөлінеді (әдетте γ-кванттар энергиясы түрінде). Осы энергияны берілген ядроның Еб байланыс энергиясы деп атайды. Орнықты атомдық ядроны оны құраушы протондар мен нейтрондарға бөлшектеу үшін кем дегенде Еббайланыс энергиясына тең энергия жұмсау керек. Сонымен, ядроның байланыс энергиясы мына формуламен өрнектеледі: (2.1.9) (2.1.9) формуланы мына түрде жазуға болады (2.1.10) көбінесе байланыс энергиясын энергия бірліктерінде емес, массаның атомдық бірлігінде (м.а.б.) өрнектеу ыңғайлырақ болады екен. Сонда (2.1.10) формуладағыс2 көбейтіндісі болмайды: (2.1.11) Есептеулерді бұдан әрі жеңілдету үшін ядроның немесе нуклонның m массасы (м.а.б.) мен А массалық санының айырымы ретінде массаның Δ ақауы ұғымын енгізеді:Δ=m-A. Сонда: (2.1.12) Ал осы жағдайда (2.1.11) формула: (2.1.13) түріне келеді. Мұндағы,N=A–Z. Осыған сәйкес кестелерде нуклидтердің массалары емес, бұлардың массаларының ақаулары келтіріледі. Меншікті байланыс энергиясы. Орташа алғанда бір нуклонға келетін байланыс энергиясы осылай аталады, яғни: (2.1.12) Бұл шама ядроның беріктік өлшемі: неғұрлым үлкен болса, соғұрлым ядроның беріктігі жоғары болады. меншікті байланыс энергиясының шамасы А массалық санға тәуелді. Осы тәуелділіктің графигі 2.2-суретте көрсетілген. Осы графикті талдау ядроның қасиеттері жайында және нуклондар арасындағы ядролық күштердің ерекшелігі жайында дамаңызды мәлімет береді. Массалық сандарыA~50÷60 ядролар, яғни Cr-нан Zn-ке дейінгі элементтердің ядролары ең берік ядролар болып табылады. Осы ядролардың бір нуклонға келетін меншікті байланыс энергиясы 8,7 МэВ-ке жетеді. А өскенде де, кемігенде де меншікті байланыс энергиясы кішірейеді. Сонда ауыр ядролардың жеңіл ядроларға бөлінуі энергетикалық тиімді. Ал жеңіл ядроларға, керісінше, ауырырақ ядро құрап, бір-бірімен бірігу тиімді. Екі жағдайда да энергия бөлінеді. Мысалы,235U ядросы бөлінген кезде ~200МэВ. Ал дейтрон тритонмен біріккенде, 17,6 МэВ энергия бөлініп, α – бөлшектер 4He нуклиді ядроларының синтезі іске асады. Бірінші жағдайда бөлінген энергия атомдық, екінші жағдайда бөлінген энергия – термоядролық энергия деп аталады. 
жүктеу/скачать 1,3 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|