Оқулық физика 9 проект башарұлы Р. т б

248
ПРОЕКТ
ядроларындағы нуклондар саны 1, 2 немесе 3 болып келеді. Осыған сәй-
кес  сутек  атомының  әртүрлі  ядроларын  былайша  белгілейді: 
1
1
H , 
1
2
H , 
1
3
H .  Ал  уранды  алатын  болсақ,  оның  ядроларындығы  нуклондар  саны 
көбінесе 238; 235; 233 болып кездеседі. Уран атомының әртүрлі ядрола-
рын 
92
238
U , 
92
235
U , 
92
233
U  таңбаларымен белгілейді.
3. 
А массалық санмен Z заряд санын біле отырып, ядродағы N ней-
трондар санын таба аламыз:
                                         N = А – Z.                                        (7.1)
Кез келген атомның ядросындағы нейтрондар саны әртүрлі болғаны-
мен протондар саны өзгермейді. Мысалы, сутек атомының әртүрлі ядро-
сында 1 немесе 2 нейтрон бар. Көбінесе сутек ядросы қасында нейтроны 
жоқ жалғыз протоннан ғана тұрады. Уран атомын алсақ, оның ядросын-
да  кестедегі  орнына  сәйкес  92  протон  бар.  Ал  оның  әртүрлі  ядросында 
238 – 92 = 146 немесе 235 – 92 = 143, ал кейде 233 – 92 = 141 нейтрон 
болады.
Бір-бірінен тек нейтрондар санына қарай ажыратылатын бір эле-
менттің әртүрлі ядроларын изотоптар деп атайды.
Мысалы,  сутектің  үш  түрлі  изотопы  бар.  Табиғатта  жеңіл  сутектің 
изотопы 
1
H
1
 өте көп, ал ауыр сутектің изотоптары дейтерий 
1
H
2
 сирек 
кездеседі және тритий 
1
H
3
 кездеспейді.
Менделеев кестесіндегі әр элементтің изотоптарының химиялық қа-
сиеттері  бірдей,  сондықтан  оларды  химиялық  тәсілмен  ажыратуға  бол-
майды.  Изотоптарды  тек  массалық  сандарына  қарай  ажыратып,  сезім- 
тал құралдардың жәрдемімен бөліп алады. Протон мен нейтронның мас- 
салары  бір-біріне  шамалас  болғандықтан,  олардың  массалық  сандарын 
«1» деп алады. Ал электронның массасы протонның немесе нейтронның 
массасынан 1840 еседей кем болғандықтан электронның массалық саны 
«нөлге тең» деп алынады.
4. Көп жағдайда сутек атомның ядросы бір ғана оң зарядталған бөл-
шектен  тұрады.  Ол  бөлшекті  Резерфорд 
протон  деп  атады.  Ядролық 
физикада  оны 
1
1
p   таңбасымен  белгілейді.  Расында  да,  протонның  мас-
салық  саны  да,  заряд  саны  да  сутектің 
1
1
H   изотопына  ұқсас  бірге  тең 
(
А = 1, Z = 1). Нейтронның массалық саны бірге, ал заряд саны нөлге тең 
болғандықтан,  оны 
0
1
n   таңбасымен  белгілейді.  Атом  құрамына  кіретін 
үшінші  бөлшек  –  электронның  массалық  саны  нөлге  тең,  ал  заряд 
саны, протон зарядының санындай, бірге тең, тек теріс таңбалы болады. 
Сондықтан оны 
−1
0
e  таңбасымен белгілейді. Атомның құрамындағы про-

249
ПРОЕКТ
тонды, нейтронды және электронды элементар бөлшектер деп атай-
ды.
5.  Кез  келген  химиялық  элемент  атомының  ядросы  протондардан 
және  нейтрондардан  тұратынын  білдік.  Көптеген  тәжірибе  бойынша 
атомның радиусы 
R
а
 
≈ 10
–10
 м, ал ядроның радиусы 
R
я
 
≈ 10
–14
 – 10
–15
 м 
шамасындай. Мысалы, алюминий атомының радиусы 
R
а
 
≈ 2,6 · 10
–10
 м, ал 
оның ядросының радиусы жуықтап алғанда 
R
я
 ≈ 4,5 · 10
–15
 м.
Бұдан ядроның радиусы атомның радиусымен салыстырғанда 10
4
 – 10
5
 
еседей кіші болатынын көреміз. Демек, атомның аз ғана көлемінде про- 
тондар  мен  нейтрондар  өте  тығыз  әрі  берік  орналасқан.  Сонда  бір-бірі- 
нен  тебілетін  оң  зарядталған  протондарды  ядрода  қандай  күш  ұстап 
тұрады? Бұл жұмбақ күштің тартылыс күші екені аян. Мүмкін, ол нук- 
лондар  арасындағы  бүкіләлемдік  тартылыс  күші  болар?  Алайда  нақты 
есептеулерге  жүгінсек,  оң  зарядталған 
q
1
 = 
q
2
 = 
e  екі  протонның 
арасындағы 
F
q q
R
k
=
1
4
0
1
2
2
πεε
·
·
  кулондық  тебіліс  күші,  олардың  ньютон- 
дық 
F
G
m m
R
=
1
2
2
·
  тартылыс  күшінен  1036  есе  үлкен  болатынын  көре-
міз.  Ендеше,  ядродағы  нуклондарды  шашыратпай  ұстап  тұрған  күш 
ньютондық  гравитациялық  күшке  жатпайды.  Олай  болса,  ядро  айма-
ғында нуклондарды ұстап тұратын табиғаты бөлек алапат зор күштің бар 
екендігі айқын.
6. Ядролық әрекеттесу күші электрлік және гравитациялық әрекет-
тесулердің заңдарына бағынбайтын табиғаты мүлдем өзгеше күш болып 
табылады.
Ядрода  нуклондарды  берік  байланыста  ұстап  тұратын  күшті 
ядролық күш
 деп атайды.
Ядролық күшті сипаттайтын аналитикалық өрнек әлі табылған жоқ. 
Алайда тәжірибелерден 
ядролық күштердің қасиеттері туралы мына-
дай деректер жинақталды:
1) 
Ядролық күштер қысқа әрекетті күштер. Өйткені ядролық күш-
тердің әрекет аймағының радиусы нуклонның мөлшерімен (10
–15
 м) ша-
малас. Осыншама қысқа аралықта ядролық тартылыс күштері кулондық 
тербеліс күштерінен жүздеген есе артық болады. Ал алыс аралықтарда 
ядролық күш әрекеттесулерге қатыспайды. 
2) 
Ядролық  күштер  зарядтарға  тәуелсіз.  Ядролық  күш  заряд- 
тардың бар-жоғына, олардың таңбаларына тәуелді емес. Сондықтан яд-
родағы протондарды да, нейтрондарды да ядролық күштер біріктіріп ұс-
тап тұрады.

250
ПРОЕКТ
3) 
Ядролық күштер қаныққыш күштер. Ядролық күштердің қаны-
ғу қасиеті олардың қысқа әрекеттігімен түсіндіріледі, яғни әрбір нуклон 
тек өз көршілерімен ғана әрекеттеседі.
1. Ядро қандай бөлшектерден тұрады? Ядроны қалай белгілейді және оның 
массалық саны нені білдіреді?
2. Ядроның заряд саны дегеніміз қандай сан? Оның физикалық мағынасы 
қандай?
3. Нуклондар, нуклидтер деп нені айтамыз?
4. Изотоптар дегеніміз не? Изотоптарды қалай ажыратады және қалай бел-
гілеп жазады?
5. Атомның құрамындағы бөлшектерді қандай бөлшектер деп атайды және 
оларды қалай белгілейді?
6. Ядролық күш дегеніміз қандай күш?
7. Ядролық күштердің қасиеттері қандай?
8. Төмендегі мысалдарда келтірілген есептердің шығару жолдарын түсінді-
ріңдер.
Есеп шығару мысалдары
1-есеп. Күміс және менделевий атомдары ядроларының құрамы қан-
дай?
Берілгені
47
107
101
258
Ag
Md
(
) (
)
;
 
(
Z + N) — ?
Есеп мазмұнын талдау
Кез  келген  химиялық  элемент  атомының  ядро-
сындағы  протондар  саны  сол  элементтің  Менделеев 
кестесіндегі реттік санымен (
Z) анықталады. Ендеше, 
күміс атомының ядросында 
Z
1
 = 47 протон (47р) бар, 
ал менделевий атомының ядросында 
Z
2
 = 101 протон (101р) бар.
Ядролардағы нейтрондар санын мына өрнектен анықтаймыз: 
N = А – 
– 
Z,  мұндағы  А  –  ядролардағы  нуклондар  саны.  Күміс  үшін  А
1
  =  107, 
менделевий үшін 
А
2
 = 258. Күміс үшін 
N
1
 = 107 – 47 = 60 нейтрон (60
n), 
менделевий үшін 
N
2
 = 258 – 101 = 157 (157
n). Күміс ядросының құрамы 
(
Z
1
 + 
N
1
) = 47
p + 60n; Менделевий ядросының құрамы (Z
2
 + 
N
2
) = 101 
p + 
+ 157
n.
Жауабы: (47p + 60n); (101 p + 157n).
2-есеп. Құрамы 79
р + 118n болатын ядроны анықтаңдар.
Сұрақтар
?

251
ПРОЕКТ
Берілгені
79
р + 118n 
Z
X
A
 – ?
Есеп мазмұнын талдау
Ядроның құрамы 
А = Z + N өрнегі бойынша анықта-
лады. Ендеше, (79
р + 118п) ядросы үшін Z = 79, N = 118, 
А = 79 + 118 = 197.
Шешуі: 
Z
X
A
 = 
79
Au
197
. Бұл – алтын атомының ядросы.
Жауабы: алтын.
1.  Химиялық  элементтердің  Менделеев  кестесін  пайдалана  отырып,  тө-
мендегі ядролардың қандай элементтерге жататынын анықтаңдар:
2
4
1
79
197
2
26
56
3
X
X
X
;
;
.
2. Мына белгілеулерде қандай бөлшектер және қай атомдардың ядролары 
көрсетілген?
1
1
2
4
0
1
1
0
1
2
p
n
e
;
;
;
;
He
He
−
  Олардың зарядтарын, массалық және заряд сандарын анықтаңдар.
3.  Ядро  гамма-квантын  шығарса,  онда  химиялық  элементтің  массалық 
саны, массасы және заряд саны өзгере ме? Егер -бөлшегі шықса қалай 
болады? Мысалдармен түсіндіріңдер.
4. Гелий ядросындағы екі протонның арасындағы тебілу күші қандай?
5. Сутек атомы ядросының радиусы 5 · 10
–16
 м. Ядроның тығыздығы қан-
дай? Ядроның тығыздығы темірдің тығыздығынан қанша есе көп?
6.  Сутек  атомының  радиусы  0,5  ·  10
–8
  см,  ал  оның  ядросының  радиусы 
5 · 10
–14
 см шамасындай. Егер ядроның мөлшерін шие жемісінің өлше-
міне (
r
1
 = 1 см) дейін үлкейтсек, онда атомының радиусы қандай болар еді?
Жаттығу 7.1
Протондар мен нейтрондарды өте қысқа аралықта ұстап 
тұратын ядролық күштер табиғаттың іргелі күштері қатарынан 
орын алады. 1932 жылы нейтрон ашылғаннан кейін атом ядро-
сының,  Резерфорд  болжағандай,  оң  зарядты  протондар  мен 
«заряды  жоқ»  нейтрондардан  тұратыны  толық  дәлелденді. 
Протондар мен нейтрондарды аядай ғана ядрода қандай күш- 
тер және қалай ұстап тұрады? деген сұрақтар туындады. Бұн-
дай сұрақтардың жауабын 1935 жылы 28 жасар Жапонияның 
жас түлегі Хидэки Юкава тапты.
Ол  р  протон  мен  n  нейтронның  арасындағы  өзара  бай-
ланыс олардың бір-бірімен  мезон деп аталған кішігірім бөл-
шектермен  ядролық  өрісте  алма-кезек  алмасулары  арқылы 
Ғылым мен техниканың даму тарихынан
Хидэки Юкава
(1907-1981)

252
ПРОЕКТ
§45.
 
МАССА АҚАуЫ. АтОМ ядрОСЫНЫң
БАйЛАНЫС ЭНЕргИяСЫ
1. Ядролық физика элементар бөлшектер нуклондардың қасиеттерін 
зерттейтін ғылым болғандықтан, микроәлем үшін физикалық шамалар-
дың  ертеректе  қалыптасқан  бірліктерін  пайдалану  көптеген  қолайсыз-
дықтар  тудырады.  Мысалы,  ядроның  және  ондағы  нуклондардың  мөл-
шері  мен  массасы  туралы  айтқанда,  олардың  радиустарын  метрмен, 
ал  массаларын  килограммен  анықтау  ұтымды  болмайды.  Сол  сияқты 
нуклондардың  да  өзара  әрекеттесу  күшін  ньютонмен,  ал  энергияларын 
джоульмен анықтау тым қолайсыз. Сондықтан ядролық физикада, бір-
ліктердің  халықаралық  жүйесімен  қоса,  арнайы  бірліктер  де  қолданы-
лады. Оларға төменде көрсетілген 
ұзындық, масса және энергия бірлік-
тері жатады.
Ядролық  физикада 
ұзындық  бірлігі  ретінде  фемтометр  (фм)  алы-
нады: 1 фм = 10
–15
 м. Бұл бірлік Италия физигі Э. Фермидің құрметіне 
ферми деп те аталады.
Атомдар,  ядролар  және  элементар  бөлшектер  үшін 
массаның  бірлі-
гі ретінде массаның атомдық бірлігі (м.а.б.) қолданылады. Массаның 
атомдық  бірлігі  (м.а.б.)  деп  көміртек-12  изотопы  атомы  массасының 
1/12 бөлігін айтады: 
1 м.а.б. =  1,6605406 · 10
–27
 кг.  
Атом  физикасында 
энергияның  бірлігі  ретінде  электрон-вольт (эВ) 
алынады.
Бір электрон-вольт заряды е = 1,6 · 10
–19
 Кл болатын 
электронның 
потенциалдар  айырымы  бір  вольт  (∆  =  U  =  1B)  аралықтан  өткенде 
өрістің істейтін (А = еU) жұмысына тең.
1 электрон-вольт (1 эВ) = 1,6 · 10
–19
 Кл · 1В = 1,6 · 10
–19
 Дж.
жүзеге  асатынын  теория  жүзінде  дәлелдеді:  р  ←    →  n.  Мұндай  байланыс  екі 
шебер футболшының бір-біріне доп беріп, өзара берік байланыс жасағандарына 
ұқсайды. Юкава, сонымен қатар мезонның массасының электрон массасынан 200 
еседей үлкен болатынын да болжады. Ол болжаған   мезон 1947 жылы ғарыштан 
келетін  сәулелер  арасынан  табылды.  1949  жылы  Юкаваға  ядролық  күштерге 
арналған теориялық зерттеулері мен белгісіз мезон бөлшектерінің бар екендігін 
болжағаны үшін Нобель сыйлығы берілді.

253
ПРОЕКТ
2.  Атомдық  физикада  элементар  бөлшектердің  массаларының  бір-
ліктерін  көбіне  энергия  бірлігімен  атай  береді.  Оған  масса  мен  энер-
гия  арасындағы  пропорционалдық  байланыстың  ашылуы  себеп  болды. 
1905  жылы  А.  Эйнштейн  массасы 
m  бөлшектің  (жүйенің)  және  оның 
Е
0
 тыныштық энергиясының арасында тура пропорционалдық байланыс 
барын ашты. Бұл байланыс мына формуламен өрнектеледі:
                                              Е
0
 = 
mс
2
,                                      (7.2)
мұндағы 
с = 2,9979 · 10
8
 
≈ 3 · 10
8
 м/с – вакуумдегі жарық жылдамды-
ғы. 
Эйнштейн қатынасы деп аталатын бұл өрнектен мынадай қорытын-
ды  туады: 
егер  белгілі  бір  жүйенің  тыныштық  энергиясы  ∆Е  шамасы-
на өзгерсе, онда оның массасы да ∆m = ∆Е
0
/
с
2
 
шамасына пропорционал 
өзгереді. Бұдан:
∆Е
0
 = ∆
mс
2
.
Мысалы,  жүйе  массасы  ∆
m  =  1  м.а.б.  шамасына  өзгергенде,  оның 
ішкі энергиясы жуықтап алғанда ∆
Е = 931,5 МэВ шамасына өзгеретінін 
көреміз:
1 м.а.б. = 931,5 МэВ.
Масса мен энергия арасындағы осындай байланысқа сүйеніп, микро-
әлемдегі  бөлшектердің  массаларын  энергия  бірліктерімен  (электрон-
вольт, килоэлектронвольт, мегаэлектронвольт деп) атай береді. Мысалы, 
электронның  массасын  9,1  ·  10
–31
  кг  демей  0,511  МэВ  деп,  протонның 
массасын 1,6724 · 10
–27
 кг демей 938,27 МэВ деп жиі атайды.
3.  Ядролар  түрленгенде  нуклондар  жүйесіндегі  ∆
Е  энергия  өзгерісі 
үлкен  шамаға  жетеді.  Сондықтан  олардың  ∆
m  массасының  өзгерісі  де 
үлкен болады. Ондай масса өзгерісін есептеп қана қоймай, аса сезімтал 
құралдармен өлшеу де мүмкін болып отыр.
Ядроны  құрайтын  жекелеген  нуклондардың  массаларының  қосын-
дысы олардың ядроға біріккендегі массасынан артық болатынын экспе-
римент нәтижесі көрсетті:
М
я
 < (
Zm
p
 + 
Nm
n
).
Жеке  бөлшектердің  массаларының  қосындысынан  сол  бөлшектер-
ден құралған ядро массасын алып тастасақ, қалған ∆m қалдық масса 
ақауы деп аталады:
                                 ∆
m = (Z · m
p
 + N · m
n
)
 – M
я
,                        (7.3)
мұндағы 
M
я
  –  ядроның  массасы, 
m
p
  мен 
m
n
  –  протон  мен  нейтронның 
массалары, 
Z – протондар саны, N – нейтрондар саны.
Ядро  массасының  өзгерісін  мына  өрнекпен  де  анықтауға  болады: 

254
ПРОЕКТ
∆m = (ZM
H
 + 
Nm
n
) – 
M
a
, мұндағы 
M
H
 – сутек атомының тыныштық мас-
сасы, 
M
a
 – зерттейтін атомның тыныштық массасы.
Атомдардың  ядролары  түзілгенде  пайда  болатын  масса  ақауларын 
табу  үшін  кітап  соңындағы  қосымшаларда  берілген  кейбір  бөлшектер 
мен  элементтердің  бейтарап  атомда-рының  тыныштық  массалары  мен 
энергияларын пайдаланады.
Масса  ақауының  пайда  болуы  былайша  түсіндіріледі.  Ядроға  бірігу 
барысында  бөлшектер  жоғары  энергетикалық  күйден  төменгі  энергети-
калық  күйге  ауысады  да,  біраз  энергия  босап  шығады.  Энергетикалық 
күйлердің айырымы ретінде босап шыққан (
Е
1
 – 
Е
2
 = ∆
Е = hν) сәулелік 
энергия  сыртқы  ортаға  тарайды.  Кванттық  сәулеленуге  шығындалған 
∆Е  энергия  (∆Е =  ∆mc
2
  өрнегіне  сәйкес)  ядрода  ∆
m  массаның  ақауын 
туғызады.
4.  Ядроның  беріктігін  ∆
m  массаның  ақауына  сәйкес  келетін  энер-
гия  шамасымен  сипаттайды.  Оны  ядроның  байланыс  энергиясы  дейді. 
Ядроның байланыс энергиясы деп жеке бөлшектер бірігіп, ядроны құ-
рағанда пайда болатын массаның ақауы есебінен бөлініп шығатын энер-
гияны айтады:
Е
байл.
 = ∆
Е =  ∆mc
2
.
Ядроның байланыс энергиясын анықтау үшін массаның ∆
m ақауын 
жоғарыда көрсетілген (7.3) өрнегін пайдаланады: 
Е
байл.
 = ∆
mc
2
 = [(
Z · m
р
 + 
N · m
n
) – 
M
я
]
с
2
 немесе
[(
Z · M
H
 + 
N · m
n
) – 
M
а
]
с
2
.
Ядроның байланыс энергиясын табу үшін мына қарапайым формула 
жиі қолданылады:
                                  е
байл.
 = ∆
m · 931,5 МэВ,                               (7.4)
мұндағы ∆
m – ядро массасының ақауы.
5.  Ядролардың  орнықтылығын  сипаттау  үшін  меншікті  байланыс 
энергиясы деген шама енгізіледі. 
Бір нуклонға келетін байланыс энер-
гиясының шамасын ядроның меншікті байланыс энергиясы деп атайды:
                                        Е
менш.
 = 
E
A
áàéë.
,                                      (7.5)
мұндағы 
А – ядродағы нуклондардың саны.
Табиғатта  кездесетін  химиялық  элементтердің  меншікті  байланыс 
энергияларын  график  түрінде  бейнелеуге  болады  (сурет  7.1).  Суреттегі 
абсциссалар  өсінде  элементтердің  массалық  сандары,  ал  ординаталар 
өсінде  бір  нуклонға  келетін  меншікті  байланыс  энергиялары  мегаэлек-
трон-вольт-пен (МэВ) көрсетілген.

255
ПРОЕКТ
H
2
Hе
3
Li
6
Li
7
H
3
H
1
Hе
4
C
12
O
16
Fe
56
U
235
U
238
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0     30     60      90    120   150    180    210   240   270
Cурет 7.1. Ядролардың меншікті байланыс энергиялары
E, МэВ/нуклон
А
Графиктегі қисықтың бастапқы, ортанғы, соңғы бөліктеріне көңіл ау-
дарайық. Оның бастапқы бөлігінде массалық санның (
А = Z + N) өсуіне 
қарай ядролардың меншікті байланыс энергиясы нөлден бастап күрт ар-
тады. Мысалы, массалық саны 
А = Z + N = 1 + 0 = 1 болатын ең жеңіл 
сутек ядросының  меншікті байланыс энергиясы нөлге тең. Шынында да, 
бұл ядро тек бір ғана протоннан тұрады, сондықтан энергия шығындап 
айырып алатындай онымен байланысып тұрған басқа нуклондар жоқ.
Ал сутектің дейтерий деп аталатын изотопының 
1
2
H
( )
 меншікті бай-
ланыс энергиясы 1 МэВ/нуклон шамасындай екенін көреміз. Дейтерий 
ядросы екі бөлшектен (протон мен нейтроннан) тұрады: 
А = Z + N = 1 + 
+ 1 = 2.
Енді массалық саны 
А = Z + N = 2 + 2 = 4 болатын гелий ядросын 
2
4
He
( )
 алайық. Оның меншікті байланыс энергиясы бірден үлкен шамаға 
(7,1  МэВ/нуклон)  көтеріледі.  Қисықтың  ортасына  қарай  меншікті  бай-
ланыс  энергиялары  баяу  өсіп,  массалық  саны 
А  =  56  болатын  темір 
ядросының 
26
56
Fe
( )
 тұсында максимум шамаға (8,7 МэВ/нуклон) жетеді. 
Ядролардың массалық сандары одан әрі өскенде нуклондардың меншік-
ті байланыс энергияларының жайлап кемитіні суреттен көрініп тұр. Эле-
менттердің периодтық жүйесінің соңында тұрған уран ядросының 
92
238
U  
меншікті байланыс энергиясы 7,6 МэВ/нуклон шамасына дейін азаяды.
Темірге 
26
56
Fe   дейінгі  элементтер  массалық  сандарына  қарай  салыс-
тырмалы түрде «жеңіл» элементтер, ал темірден кейінгілері «ауыр» эле-
менттер  қатарына  жатады.  Ауыр  элементтердің  соңында  тұрған  уран 
ядросының байланыс энергиясы ең аз шаманы құрайды. Сондықтан оның 
ядросы өз бетімен ыдырауға бейім тұрады.

256
ПРОЕКТ
1.  Ядролық физикада ұзындықтың, массаның және энергияның бірліктері 
ретінде не алынады?
2. Бөлшектер жүйесінің ішкі энергиясы мен массасы өзгерісінің арасында 
қандай байланыс бар? Атом бөлшегінің массасын неге энергия бірлік-
терімен береді?
3.  Масса ақауы дегеніміз не және оны қалай есептеуге болады?
4. Байланыс энергиясы дегеніміз қандай энергия?
5. Байланыс энергиясы мен массаның ақауы арасында қандай тәуелділік 
бар?
6. Меншікті байланыс энергиясы деп қандай энергияны айта-мыз?
7. Меншікті байланыс энергиясының массалық санға тәуелділік графигі-
нің ерекшелігі қандай?
8. Уран элементінен де ауыр элементтер Жер шарында неге кездеспейді?
9. Төмендегі мысалдарда келтірілген есептердің шығару жолдарын түсінді-
ріңдер.
Есеп шығару мысалдары
1-есеп.  Гелий-4  және  гелий-3  атомдарының  тыныштық  массалары 
тиісінше 4,002603 м.а.б. және 3,016042 м.а.б. Олардың массалар айыры-
мын мегаэлектронвольт (МэВ) бо-йынша анықтаңдар. Гелий изотоптары 
атомдарының массалар айырымы неге туындап отырғанын түсіндіріңдер.
Сұрақтар
?
Есеп мазмұнын талдау
Массалар  айырымын  МэВ-пен  көрсету  үшін 
мына өрнекті пайдаланамыз:
E = ∆m · 931 МэВ,
мұндағы ∆
m = m
1 
– 
m
2
 = (4,002603 – 3,010642) м.а.б. = 
= 0,986561 м.а.б.
Берілгені
m
1
 = 4,002603 м.а.б.
m
2
 = 3,010642 м.а.б.
∆m – ?
Шешуі: E = ∆m · 931 МэВ = 0,986561 · 931 МэВ 
≈ 918,5 МэВ.
Жауабы: E = 918,5 МэВ.
Гелий изотоптарының арасындағы массалар айырымының пайда бо-
луы былайша түсіндіріледі.
 Гелий-4 атомының ядросында екі протон, екі 
нейтрон бар. Оның массалық саны 
А
1
 = 2 + 2 = 4, ал заряд саны 
Z = 2. 
Гелий-3 атомының ядросында екі протон, бір нейтрон бар. Оның масса- 
лық саны 
А
2
 = 2 + 1 =3, ал заряд саны 
Z = 2. Көріп отырғанымыздай, 
гелий-3  ядросындағы  нуклондар  саны  гелий-4  ядросына  қарағанда  бір 
нейтронға кем. Міне, сондықтан гелий изотоптары атомдарының масса-
лары әртүрлі болып келеді.

257
ПРОЕКТ
2-есеп. Көміртек-13 атомы ядросын протондар мен нейтрондарға ыды-
рату  үшін  қандай  ең  аз  энергия  шығындау  керек?  Ядроның  меншікті 
байланыс энергиясы қандай?
Есеп мазмұнын талдау
Көміртектің  Менделеев  кестесіндегі  реттік  саны  6. 
Демек, оның атомының ядросында 
Z = 6 протон бар. Ал 
нейтрондар саны:
N = A – Z = 13 – 6 = 7.
Көміртек-13 атомының ядросын толық ыдыратуға жұм-
салатын ең аз энергия зарядтың байланыс энергиясына тең:
Берілгені
6
13
C ; А = 13 
Е
байл
 – ?
Е
менш
 – ?
Е
байл
 = ∆
m · 931 МэВ = [(6m
p
 + 7
m
n
) – 
М
я
] · 931 МэВ 
немесе
Е
байл
 = ∆
m · 931 МэВ = [(6M
H
 + 7
m
n
) – 
М
a
] · 931 МэВ, 
мұндағы 
m
p
, 
m
n
 – протон мен нейтронның массалары, 
М
я
 – көміртек-13 
атомы ядросының массасы, 
M
H
 – сутек-1 атомының, ал 
M
a
 көміртек-13 
атомының массасы, ∆
m – көміртек-13 атомы ядросы массасының ақауы.
Шешуі:  Екінші  формуладағы  бөлшектер  үшін  массалардың  оқулық 
қосымшасындағы 7-кестеде көрсетілген мәндерін пайдаланамыз:
Е
байл.
 =  [(6 · 1,007825 + 7 · 1,008665) – 13,003354] · 931 МэВ 
≈ 97,06 МэВ.
Е
менш
 = 
Е
байл  
/
A  = 97,06 МэВ/13 
≈ 7,47 МэВ бір нуклонға.
Жауабы: Е
байл
 
≈ 97,06 МэВ.
 
                                           Е
менш
 
≈ 7,47 МэВ/нуклон
1. Электронның массасы 9,11 · 10
–31
 кг, протонның массасы 1,67 · 10
–27
 кг. 
Бұл шамаларды массаның атомдық бірлігінде және мегаэлектрон-вольт 
бойынша анықтаңдар.
2. Дейтерий мен тритий атомдары массасының ақауын табыңдар.
3. Массасы 1 г дененің тыныштық энергиясы қандай?
4.  Сутек-3  (тритий)  атомы  ядросының  байланыс  энергиясы,  меншікті 
байланыс энергиясы қандай?
5. 
93
239
Np  нептуний изотопының атомдық ядросының байланыс энергиясы 
қандай?
6. 
94
239
Pu   плутоний  изотопы  ядросының  меншікті  байланыс  энергиясы 
қандай?
Жаттығу 7.2

258
ПРОЕКТ
1.  Ядролық  реакциялар 
деп  атом  ядросының  құрамы  мен  құры-
лымын  өзгертетін  реакцияларды  айтады.  Атом  ядросының  құрамы 
мен құрылымы өзгеретін болса, онда оның 
А массалық саны мен Z заряд 
саны  да  өзгереді.  Олай  болса,  ядролық  реакциялар  кезінде  бір  химия- 
лық элемент екінші химиялық элементке түрленеді. Ядролық реакция-
лар арқылы химиялық элементтерді түрлендірудің екі жолы бар: бірін-
шісі – ауыр ядроны (мысалы, уран ядросын) екі-үш жарықшаққа бөліп, 
екі  немесе  үш  жеңілірек  элементтердің  ядроларын  алу;  екіншісі  –  өте 
жеңіл элементтердің (мысалы, сутек пен гелий және литий) ядроларын 
біріктіру  арқылы  ауырырақ  элементтердің  ядроларын  алу.  Ядролық 
реакциялардың бірінші түрін бөлу реакциясы, ал екінші түрін біріктіру 
(синтез) реакциясы деп атайды.
2. 
Бөлу ядролық реакцияларының мағынасын тереңірек түсіну үшін 
уран  атомының  ядросына  байланысты  мынадай  маңызды  қорытынды 
шығаруға болады.
Біріншіден,  уран  ядросындағы  нуклондардың  меншікті  байланыс 
энергиясы аз болғандықтан, оның ядросын аз энергия шығындап бірнеше 
бөліктерге ыдырату жеңілдеу.
Екіншіден, уран ядросындағы оң зарядты протондардың саны басқа 
элементтердікінен көп. Ендеше, олардың кулондық тебілу күштері үлкен 
шамаға жетіп, бөлінуді жеңілдетеді.
Үшіншіден, жоғарыда көрсетілген екі жағдай біріге келіп, уран ядро-
сының ыдырауына себепкер болады.
Төртіншіден, уран ядросы бірнеше бөліктерге бөліне қалса, олардың 
массаларының қосындысы бөлінген ядроның массасынан едәуір кіші бо-
лады да, ∆
m массалар ақауы туындайды. Оның есебінен аса мол ядролық 
энергия босап шығады:
∆Е = ∆m · 931 МэВ.
Қазіргі кезде ауыр ядролардың (уран, торий изотоптары) бөлінуі ар- 
қылы  өндірілетін  энергия  атомдық  реакторлар  мен  атом  электрстан-
сыларында  (АЭС)  алынады.  Ал  атомдық  бомбада  ядролық  энергия  бас-
қарусыз қопарылыс түрінде босайды. АЭС-тар үшін жер қойнауындағы 
ядролық  отынның  (уранның)  қоры  2–3  мың  жылға  жетеді  деп  болжам 
жасалған. 
3. Байланыс энергиясының массалық санға тәуелділік графигі ядро- 

жүктеу/скачать 5,74 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: