Atom yadrosining tarkibi va xususiyatlari
Atom- kimyoviy elementning mustaqil yashashga qodir bo'lgan va uning xususiyatlarining tashuvchisi bo'lgan eng kichik qismi. Atom musbat zaryadlangan yadro va manfiy zaryadlangan elektronlardan tashkil topgan elektr neytral sistemadir. Atomning diametri taxminan 10 -10 m, yadro diametri 10-15 - 10 -14 m. Atom yadrosi murakkab tuzilishga ega. 1932 yilda V. Geyzenberg va D. Ivanenko yadro tuzilishining nuklon modelini taklif qildilar, unga ko'ra atom yadrosi proton va neytronlardan iborat.
Proton[yunon tilidan protos– birinchi] (belgi) – barqaror elementar zarracha, vodorod atomining yadrosi. Protonning ishlash muddati > 10 31 yil. Massasi 1,6726∙10 -27 kg 938,3 MeV. Protonning elektr zaryadi musbat: 1,6∙10 -19 S. Protonning spini ½ ga teng, shuning uchun u Fermi-Dirak statistikasiga bo'ysunadi. Yadrodagi protonlar soni - zaryad raqami - yadroning umumiy zaryadini va davriy sistemadagi elementning atom raqamini aniqlaydi. Yadroning zaryadi atomdagi elektronlar soni, ularning elektron qobiqlarining konfiguratsiyasi, atom ichidagi elektr maydonining kattaligi va tabiati bilan belgilanadi. Neytral atomdagi elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng va ularning umumiy manfiy zaryadi .
| Proton, neytron, elektronning xarakteristikalari | |||
| Xarakterli | Proton | Neytron | Elektron |
| Massa, MeV | 938.28 | 939.57 | 0.511 |
| Elektr zaryadi (elektron zaryad birligida) | +1 | -1 | |
| Ichki burchak momentum (ћ birliklarida) | 1/2 | 1/2 | 1/2 |
| Paritet | +1 | +1 | +1 |
| Statistika | Fermi-Dirak | ||
| Magnit moment (yadro magnit birliklarida) | |||
| +2.79 | -1.91 | ||
| (Bohr magneton birliklarida) | 1.001 | ||
| Muddat | > 10 25 yil | 887+ 2 s | >4,3·10 23 yil |
| Chirish turi | pe - n e |
Neytron(ramz n) [lot. neytral– na biri, na boshqasi] – elektr zaryadi nolga teng, tinch massasi 1,6749∙10 -27 kg (939,565 MeV) bo‘lgan elementar zarracha. Umumiy nom ostida proton bilan birga nuklon atom yadrolarining bir qismidir. Spin ½ ga ega, Fermi-Dirak statistikasiga bo'ysunadi (fermion). 1932 yilda J.Chedvik tomonidan kashf etilgan. Erkin holatda neytron beqaror, o'z-o'zidan parchalanib, elektron va antineytrino chiqarish bilan protonga aylanadi: 
Neytronning ishlash muddati - 896 s.
Proton va neytron nuklonning ikkita holati hisoblanadi. Atomning massasi asosan uning yadrosining massasi bilan belgilanadi. Massa soni yadrodagi proton va neytronlarning umumiy soniga bog'liq: 
(yadroda proton va neytronlar mavjud). Atom yadrosining massasi atom massa birliklarida ifodalanadi. Atom massa birligi(amu) – uglerod izotopi massasining 1/12 qismiga teng massa birligi; atom va yadro fizikasida elementar zarralar, atomlar va molekulalarning massalarini ifodalash uchun ishlatiladi. 1 am = 1,6605655 · 10 -27 kg.
Atomlarning yadrolarini belgilash uchun qabul qilingan simvolizm
bu yerda kimyoviy elementning belgisi, zaryad raqami va massa soni.
Izotoplar bir xil zaryadga ega, ammo massa raqamlari har xil bo'lgan yadrolar deb ataladi (ya'ni, ular neytronlar sonida farqlanadi). Masalan,
Bir xil, ammo har xil bo'lgan yadrolar deyiladi izobarlar. Masalan,
Neytronlar soni bir xil, lekin protonlari har xil bo'lgan yadrolar deyiladi izotoonlar. Masalan,
Proton va neytronlar soni bir xil, ammo yarim yemirilish davri har xil bo'lgan yadrolar deyiladi izomerlar. Masalan, yarimparchalanish davri 4,4 soat 18 minut bo’lgan brom yadrolarining ikki turi mavjud.
Hozirgi vaqtda 2300 dan ortiq yadrolar ma'lum, ularning taxminan 300 tasi barqaror, qolganlari esa beqaror. Atom raqamlari 1 dan 92 gacha bo'lgan elementlar (texnetiy va prometiydan tashqari) tabiatda uchraydi. 93 bo'lgan elementlar sun'iy ravishda olinadi va transuran deb ataladi.
Rasmda atom yadrolarining N-Z diagrammasi ko'rsatilgan. Qora nuqtalar barqaror yadrolarni ko'rsatadi. Barqaror yadrolar joylashgan hudud odatda barqarorlik vodiysi deb ataladi. Barqaror yadrolarning chap tomonida protonlar bilan haddan tashqari yuklangan yadrolar (protonga boy yadrolar), o'ngda - neytronlar bilan ortiqcha yuklangan yadrolar (neytronga boy yadrolar) mavjud. Protonga boy yadrolar radioaktiv bo'lib, asosan b + yemirilishi natijasida barqaror yadrolarga aylanadi; Neytronga boy yadrolar ham radioaktiv bo'lib, yadro neytronining protonga aylanishi bilan b - yemirilish natijasida barqaror yadrolarga aylanadi.
 Atom yadrolarining N-Z diagrammasi |
Eng ogʻir barqaror izotoplar qoʻrgʻoshin (Z=82) va vismut (Z=83) izotoplaridir. Og'ir yadrolar b + va b - yemirilish jarayonlari bilan bir qatorda -parchalanish va o'z-o'zidan bo'linishga ham duchor bo'lib, ularning asosiy parchalanish kanallariga aylanadi. Nuqtali chiziq atom yadrolarining mumkin bo'lgan hududini belgilaydi. B p = 0 chizig'i (B p - proton ajralish energiyasi) chap tomonda atom yadrolarining mavjudligi hududini cheklaydi (proton tomizish chizig'i). B chizig'i n = 0 (B n - neytronlarni ajratish energiyasi) - o'ng tomonda (neytron tomchilari chizig'i). Ushbu chegaralardan tashqarida atom yadrolari mavjud bo'lishi mumkin emas, chunki ular xarakterli yadro vaqtida (~ 10 -23 s) bir yoki ikkita nuklonning chiqishi bilan parchalanadi.
Yadro moddasining zichligi 10 17 kg/m3 ni tashkil qiladi.
Nuklonlarning spinlari momentlarni qo'shishning kvant qonunlariga ko'ra xulosa qilib, yadroning hosil bo'lgan spinini hosil qiladi. Toq sonli nuklonlar uchun yadro spini yarim butun son bo'ladi, u nol yoki butun son bo'ladi; Yadrodagi aksariyat nuklonlarning spinlari antiparallel bo'lib, bir-birini bekor qiladi. Shuning uchun yadro spinlari bir necha birlikdan oshmaydi. Juft sonli proton va juft sonli neytronli yadrolar (juft-juft yadrolar) spini nolga teng.
Atom yadrosi bo'linadimi? Va agar shunday bo'lsa, u qanday zarralardan iborat? Ko'pgina fiziklar bu savolga javob berishga harakat qilishdi.
1909 yilda ingliz fizigi Ernest Rezerford nemis fizigi Hans Geyger va Yangi Zelandiya fizigi Ernst Marsden bilan birgalikda alfa zarrachalarining tarqalishi bo'yicha o'zining mashhur tajribasini o'tkazdi, buning natijasida atom bo'linmas zarracha emas degan xulosaga keldi. U musbat zaryadlangan yadro va uning atrofida aylanadigan elektronlardan iborat. Bundan tashqari, yadro hajmi atomning o'zidan taxminan 10 000 marta kichik bo'lishiga qaramay, atom massasining 99,9% unda to'plangan.
Ammo atomning yadrosi nima? Uning tarkibiga qanday zarralar kiradi? Endi biz bilamizki, har qanday elementning yadrosi quyidagilardan iborat protonlar Va neytronlar, uning umumiy nomi nuklonlar. Yigirmanchi asrning boshlarida, atomning sayyoraviy yoki yadroviy modeli paydo bo'lgandan so'ng, bu ko'plab olimlar uchun sir edi. Turli gipotezalar ilgari surilgan va turli modellar taklif qilingan. Ammo bu savolga to'g'ri javobni yana Ruterford berdi.
Protonning kashfiyoti
Ruterford tajribasi
Vodorod atomining yadrosi vodorod atomi bo'lib, uning yagona elektroni chiqarilgan.
1913 yilga kelib, vodorod atomi yadrosining massasi va zaryadi hisoblab chiqilgan. Bundan tashqari, har qanday kimyoviy element atomining massasi har doim vodorod atomining massasiga qoldiqsiz bo'linishi ma'lum bo'ldi. Bu fakt Rezerfordni har qanday yadroda vodorod atomlari yadrolari bor degan fikrga olib keldi. Va u buni 1919 yilda eksperimental tarzda isbotlashga muvaffaq bo'ldi.
Rezerford o'z tajribasida alfa zarrachalar manbasini vakuum yaratilgan kameraga joylashtirdi. Kamera oynasini qoplagan folga qalinligi shunday ediki, alfa zarralari qochib qutula olmadi. Kamera oynasining orqasida sink sulfid qoplamasi qo'llaniladigan ekran bor edi.
Kamera azot bilan to'ldirila boshlaganida, ekranda yorug'lik miltillashi qayd etilgan. Bu a-zarralar ta'sirida ba'zi yangi zarralar azotdan chiqib ketishni anglatardi, a-zarrachalar uchun o'tib bo'lmaydigan folga orqali osonlikcha kirib boradi. Ma'lum bo'lishicha, noma'lum zarralar musbat zaryadga ega bo'lib, kattaligi elektronning zaryadiga teng, ularning massasi esa vodorod atomi yadrosining massasiga teng. Rezerford bu zarralarni chaqirdi protonlar.
Ammo tez orada ma'lum bo'ldiki, atomlarning yadrolari shunchaki protonlardan iborat emas. Axir, agar shunday bo'lganida, atomning massasi yadrodagi protonlar massalari yig'indisiga teng bo'ladi va yadro zaryadining massaga nisbati doimiy qiymat bo'ladi. Aslida, bu faqat eng oddiy vodorod atomiga tegishli. Boshqa elementlarning atomlarida hamma narsa boshqacha. Masalan, berilliy atomining yadrosida proton massalarining yig'indisi 4 birlikka, yadroning o'zi esa 9 birlikka teng. Bu shuni anglatadiki, bu yadroda massasi 5 birlik bo'lgan, lekin zaryadsiz boshqa zarralar mavjud.
Neytronning kashf etilishi
1930 yilda nemis fizigi Valter Bothe Bothe va Hans Becker tajriba davomida berilliy atomlari alfa zarrachalari bilan bombardimon qilinganda hosil bo'ladigan nurlanish juda katta kirib boruvchi kuchga ega ekanligini aniqladilar. 2 yil o'tgach, ingliz fizigi Jeyms Chadvik, Rezerfordning shogirdi, bu noma'lum nurlanish yo'liga qo'yilgan qalinligi 20 sm qalinlikdagi qo'rg'oshin plastinkasi ham uni zaiflashtirmaydi yoki kuchaytirmaydi. Ma'lum bo'lishicha, elektromagnit maydon chiqariladigan zarrachalarga hech qanday ta'sir ko'rsatmaydi. Bu ularning hech qanday to'lovi yo'qligini anglatardi. Shunday qilib, yadroning bir qismi bo'lgan yana bir zarracha topildi. Unga ism berildi neytron. Neytronning massasi protonning massasiga teng bo'lib chiqdi.
Yadroning proton-neytron nazariyasi
Neytronning eksperimental kashfiyotidan soʻng rus olimi D. D. Ivanenko va nemis fizigi V. Geyzenberglar bir-biridan mustaqil ravishda yadroning proton-neytron nazariyasini taklif qildilar va bu nazariya yadro tarkibini ilmiy asoslab berdi. Ushbu nazariyaga ko'ra, har qanday kimyoviy elementning yadrosi proton va neytronlardan iborat. Ularning umumiy nomi nuklonlar.
Yadrodagi nuklonlarning umumiy soni harf bilan belgilanadi A. Agar yadrodagi protonlar soni harf bilan belgilansa Z, va neytronlar soni harfdir N, keyin biz ifodani olamiz:
A=Z+N
Bu tenglama deyiladi Ivanenko-Gayzenberg tenglamasi.
Chunki atom yadrosining zaryadi undagi protonlar soniga teng Z ham chaqiriladi zaryad raqami. Zaryad raqami yoki atom raqami uning Mendeleyev davriy elementlar tizimidagi atom raqamiga to'g'ri keladi.
Tabiatda kimyoviy xossalari mutlaqo bir xil, ammo massa raqamlari har xil bo'lgan elementlar mavjud. Bunday elementlar deyiladi izotoplar. Izotoplarda protonlar soni bir xil va neytronlar soni har xil.
Masalan, vodorod uchta izotopga ega. Ularning barchasi seriya raqami 1 ga ega va ularning yadrosidagi neytronlar soni har xil. Shunday qilib, vodorodning eng oddiy izotopi protiyning massa soni 1 ga teng, yadroda bitta proton emas, balki 1 ta proton mavjud. Bu eng oddiy kimyoviy element.
20-asrning 20-yillarida fiziklar 1911 yilda Ruterford tomonidan kashf etilgan atom yadrolari tuzilishining murakkabligiga shubha qilmadilar. Bu haqiqatni o'sha paytda o'tkazilgan ko'plab turli xil tajribalar ko'rsatdi, masalan:
- radioaktivlik hodisasini kashf qilish,
- atomning yadro modelining eksperimental isboti,
- elektron, a zarracha va vodorod atomining yadrosi bo'lgan H zarrasi uchun e m nisbatini o'lchash;
- sun'iy radioaktivlik va yadroviy reaktsiyalarni kashf qilish;
- atom yadrolarining zaryadlarini o'lchash va boshqalar.
Atomlarning yadrolari qanday zarralardan iborat? Hozirgi vaqtda turli elementlar atomlarining yadrolari ikki xil zarrachalardan, ya'ni neytron va protonlardan iborat ekanligi haqiqatdir. Bu zarralarning ikkinchisi yagona elektronini yo'qotgan vodorod atomidir. Bunday zarracha 1907 yilda J. Tomsonning tajribalarida allaqachon sezilgan. Olim uning e m nisbatini o'lchashga muvaffaq bo'ldi.
Ta'rif 1
E. Rezerford 1919 yilda juda ko'p sonli elementlarning atom yadrolarining bo'linishi mahsulotida vodorod atom yadrolarini topdi. Fizik topilgan zarrachaga nom berdi proton. U har qanday atom yadrosida protonlar bo'lishini taklif qildi.
Rezerford tajribalarining sxemasi 6-rasmda tasvirlangan. 5. 1.
6-rasm. 5. 1. Yadro parchalanish mahsulotlarida protonlarni aniqlash bo'yicha Rezerford tajribalarining sxemasi. K - a-zarrachalarning radioaktiv manbai bo'lgan qo'rg'oshin idishi, F - metall plyonka, E - rux sulfid bilan qoplangan ekran, M - mikroskop.
Ruterfordning qurilmasi evakuatsiya qilingan kameradan iborat bo'lib, unda konteyner joylashgan TO, manba joylashgan joy α -zarralar Shaklda ko'rsatilgan metall folga F, kamera oynasini blokladi. Folga qalinligi u orqali kirib ketmasligi uchun tanlangan α -zarralar Deraza orqasida 6-rasmda ko'rsatilgan rux sulfid bilan qoplangan ekran bor edi. 5. 1 belgilangan E. Mikroskop yordamida M, yorug'lik chaqnashlarini yoki ular ham deyilganidek, og'ir zaryadlangan zarralar urilgan nuqtalarda, ekranning nuqtalarida sintilatsiyalarni kuzatish mumkin edi.
Kamera past bosimli azot bilan to'ldirilayotganda ekranda yorug'lik chaqnashlari aniqlandi. Bu hodisa eksperimental sharoitda deyarli butunlay blokirovka qiluvchi oqim orqali kirib borish qobiliyatiga ega bo'lgan noma'lum zarralar oqimi mavjudligini ko'rsatdi. α - folga zarralari F. Ekranni qayta-qayta kamera oynasidan uzoqlashtirish orqali E.Rezerford havoda kuzatilgan zarrachalarning oʻrtacha erkin yoʻlini oʻlchashga muvaffaq boʻldi. Olingan qiymat taxminan 28 sm ga teng bo'lib chiqdi, bu J. Tomson tomonidan ilgari kuzatilgan H zarralarining yo'l uzunligini baholashga to'g'ri keldi.
Azot yadrolaridan chiqib ketgan zarrachalarga elektr va magnit maydonlarining ta'sirini o'rganish orqali ularning elementar zaryadining musbatligi to'g'risida ma'lumotlar olindi. Bunday zarrachalarning massasi vodorod atomlari yadrolarining massasiga teng ekanligi ham isbotlangan.
Keyinchalik, tajriba bir qator boshqa gazsimon moddalar bilan o'tkazildi. O'tkazilgan barcha shunga o'xshash tajribalarda ularning yadrolaridan ekanligi aniqlandi α -zarralar H-zarralarni yoki protonlarni urib tushiradi.
Zamonaviy o'lchovlarga ko'ra, protonning musbat zaryadi elementar zaryadga mutlaqo ekvivalentdir e = 1,60217733 · 10 – 19 K l. Boshqacha qilib aytganda, modulda u elektronning manfiy zaryadiga teng. Hozirgi vaqtda proton va elektron zaryadlarining tengligi 10-22 aniqlik bilan tasdiqlangan. Bir-biridan sezilarli darajada farq qiluvchi ikkita zarracha zaryadlarining bunday tasodifi samimiy hayratga soladi va hozirgi kungacha zamonaviy fizikaning asosiy sirlaridan biri bo'lib qolmoqda.
Ta'rif 2
Zamonaviy o'lchovlarga asoslanib, proton massasi m p = 1,67262 10 - 27 kg ekanligini aytishimiz mumkin, yadro fizikasida zarrachalarga tegishli massa ko'pincha atom massa birliklarida (a.m.u.), uglerod atomining massasiga teng. massa raqami 12:
1 a. e.m = 1,66057 · 10 - 27 kg.
Shunga ko'ra, m p = 1,007276 a. e.m.
Ko'pincha zarrachaning massasini ifodalash quyidagi formula bo'yicha ekvivalent energiya qiymatlaridan foydalanganda eng qulaydir: E = m c 2. 1 e V = 1,60218 · 10 – 19 J bo`lganligi sababli energiya birliklarida proton massasi 938,272331 Me V ga teng.
Binobarin, tez a zarrachalar ta'sirida azot yadrolari va davriy sistemaning boshqa elementlarining bo'linish hodisasini kashf etgan Rezerford tajribasi atom yadrolariga protonlar ham kirishini ko'rsatdi.
Protonlarning kashf etilishi natijasida ba'zi fiziklar yangi zarralar atomlar yadrolarining bir qismi emas, balki uning yagona mumkin bo'lgan elementlari deb taxmin qila boshladilar. Biroq, yadro zaryadining uning massasiga nisbati turli yadrolar uchun o'zgarmasligi sababli, agar yadrolarda faqat protonlar bo'lsa, bu taxmin asossiz deb topildi. Og'irroq yadrolar uchun bu nisbat engil bo'lganlarga qaraganda kichikroq bo'lib chiqadi, shundan kelib chiqadiki, og'irroq yadrolarga o'tishda yadro massasi zaryaddan tezroq ortadi.
1920-yilda E.Rezerford yadrolarda elektron va protondan tashkil topgan maʼlum bir ixcham qattiq bogʻlangan juftlikning mavjudligi haqidagi farazni ilgari surdi. Olimning fikriga ko'ra, bu to'plam massasi proton massasiga deyarli ekvivalent bo'lgan zarracha sifatida elektr neytral shakllanish edi. U, shuningdek, bu faraziy zarrachaning nomini o'ylab topdi, uni neytron deb atamoqchi edi; Afsuski, berilgan g'oya, go'zalligiga qaramay, noto'g'ri edi. Elektron yadroning bir qismi bo'la olmasligi aniqlandi. Noaniqlik munosabatiga asoslangan kvant mexanik hisob-kitoblari shuni ko'rsatadiki, yadroda lokalizatsiya qilingan elektron, ya'ni R ≈ 10-13 sm o'lchamdagi hudud aql bovar qilmaydigan kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak, bu yadrolarning bog'lanish energiyasidan ko'p marta kattaroqdir. zarracha.
Yadroda og'ir neytral zaryadlangan zarrachalar mavjudligi haqidagi g'oya Ruterford uchun juda jozibali edi. Olim darhol J.Chedvik boshchiligidagi bir guruh shogirdlariga uni qidirish taklifi bilan murojaat qildi. 12 yildan so'ng, 1932 yilda Chadwick berilliyni alfa zarralari bilan nurlanganda hosil bo'lgan nurlanishni eksperimental tadqiqot o'tkazdi. Bu jarayonda u bu nurlanish massasi deyarli proton massasiga teng neytral zarrachalar oqimi ekanligini aniqladi. Shunday qilib, neytron kashf qilindi. 6-rasmda. 5. 2-rasmda neytronlarni aniqlash uchun sozlashning soddalashtirilgan diagrammasi ko'rsatilgan.
6-rasm. 5. 2. Neytronlarni aniqlash uchun o'rnatish sxemasi.
Beriliyni radioaktiv poloniy chiqaradigan alfa zarralari bilan bombardimon qilish jarayonida 10-20 santimetr qo'rg'oshin qatlami ko'rinishidagi to'siqdan o'tishga qodir kuchli penetratsion nurlanish paydo bo'ladi. Ushbu radiatsiya Chadvik bilan deyarli bir vaqtda Mari va Per Kyurilarning qizi Iren va Frederik Joliot-Kyuri tomonidan kashf etilgan, ammo ular bu yuqori energiyali g-nurlari ekanligini taxmin qilishdi. Ular agar berilliy nurlanish yo'liga kerosin plitasi o'rnatilsa, bu nurlanishning ionlashtiruvchi qobiliyati keskin oshib borishini payqashdi. Er-xotin berilliy nurlanishi kerosindan berilgan vodorod o'z ichiga olgan moddada mavjud bo'lgan ko'p miqdordagi protonlarni yo'q qilishini isbotladi. Protonlarning havodagi o'rtacha erkin yo'lidan foydalanib, olimlar to'qnashuv sharoitida protonlarga kerakli tezlikni berish qobiliyatiga ega bo'lgan g kvantlarning energiyasini hisobladilar. Baholash natijasida olingan energiya qiymati juda katta bo'lib chiqdi - taxminan 50 MeV.
1932 yilda J.Chedvik berilliyni a zarrachalar bilan nurlantirilganda yuzaga keladigan nurlanish xususiyatlarini har tomonlama o'rganishga qaratilgan butun bir qator tajribalar o'tkazdi. Chadvik o'z tajribalarida ionlashtiruvchi nurlanishni o'rganish uchun turli usullardan foydalangan.
Ta'rif 3
6-rasmda. 5. 2 tasvirlangan Geiger hisoblagichi, zaryadlangan zarralarni aniqlash uchun ishlatiladigan qurilma.
Ushbu qurilma ichki tomondan metall qatlam (katod) bilan qoplangan shisha trubkadan va trubaning (anod) o'qi bo'ylab harakatlanadigan ingichka ipdan iborat. Quvur past bosimda inert gaz, odatda argon bilan to'ldiriladi. Zaryadlangan zarracha gaz orqali harakat qilganda molekulalarning ionlanishiga olib keladi.
Ta'rif 4
Ionlanish natijasida hosil bo'lgan erkin elektronlar anod va katod o'rtasidagi elektr maydoni ta'sirida zarba ionlashuvi hodisasi boshlanadigan energiyalarga tezlashadi. Ionlarning ko'chkisi paydo bo'ladi va hisoblagich orqali qisqa oqim pulsi o'tadi.
Ta'rif 5
Zarrachalarni o'rganish uchun juda muhim bo'lgan yana bir vosita bulutli kamera, unda tez zaryadlangan zarracha iz qoldiradi yoki u ham deyilganidek, iz qoldiradi.
Zarrachaning traektoriyasini suratga olish yoki bevosita kuzatish mumkin. 1912 yilda yaratilgan Uilson kamerasining ta'sirining asosini zaryadlangan zarrachaning traektoriyasi bo'ylab kameraning ish hajmida hosil bo'lgan ionlarda o'ta to'yingan bug'ning kondensatsiyasi hodisasi tashkil etadi. Bulutli kameradan foydalanib, elektr va magnit maydonlarda zaryadlangan zarrachaning traektoriyasining egriligini kuzatish mumkin bo'ladi.
Dalil 1
J.Chedvik oʻz tajribalarida bulutli kamerada berilliy nurlanishi bilan toʻqnashgan azot yadrolarining izlarini kuzatdi. Ushbu tajribalar asosida olim azot yadrolariga tajribada kuzatilgan tezlikni berishga qodir g-kvant energiyasini hisobladi. Olingan qiymat 100 – 150 Me V edi. Beriliy chiqaradigan g kvantlar bunday ulkan energiyaga ega bo'la olmaydi. Bu faktga asoslanib, Chedvik berilliyga a zarrachalar ta'sir qilganda massasiz g kvantlar emas, balki og'ir zarralar chiqadi, degan xulosaga keldi. Bu zarralar sezilarli penetratsion kuchga ega edi va shunga ko'ra Geiger hisoblagichidagi gazni to'g'ridan-to'g'ri ionlashtirmadi, ular elektr neytral edi; Shunday qilib, neytronning mavjudligi isbotlandi, bu zarracha Rezerford Chadvik tajribalaridan 10 yil oldin bashorat qilgan.
Ta'rif 6
Neytron elementar zarrachani ifodalaydi. Ruterford dastlab taxmin qilganidek, uni ixcham proton-elektron juftligi sifatida ko'rsatish noto'g'ri bo'lar edi.
Zamonaviy o'lchovlar natijalariga ko'ra, neytron massasi m n = 1,67493 · 10 - 27 k g = 1,008665 a ni aytishimiz mumkin. e.m.
Energiya birliklarida neytronning massasi 939,56563 MeV ga teng neytronning massasi protonning massasidan taxminan ikki elektron massasi katta.
Neytron kashf etilgandan so'ng darhol rus olimi D. D. Ivanenko nemis fizigi V. Geyzenberg bilan birgalikda atom yadrolarining proton-neytron tuzilishi haqidagi gipotezani ilgari surdi va bu keyingi tadqiqotlar bilan to'liq tasdiqlandi.
Ta'rif 7
Protonlar va neytronlar odatda deyiladi nuklonlar.
Atom yadrolarini xarakterlash uchun bir qancha belgilar kiritiladi.
Ta'rif 8
Atom yadrosini tashkil etuvchi protonlar soni Z belgisi bilan belgilanadi va deyiladi zaryad raqami yoki atom raqami(bu Mendeleyev davriy sistemasidagi tartib raqami).
Yadro zaryadi Z e ga teng, bu yerda e elementar zaryad. Neytronlar soni N belgisi bilan belgilanadi.
Ta'rif 9
Nuklonlarning umumiy soni (proton va neytronlar) A yadrosining massa soni deb ataladi:
Izotopning ta'rifi
Kimyoviy elementlarning yadrolari X Z A belgisi bilan belgilanadi, bu erda X elementning kimyoviy belgisidir. Masalan,
H 1 1 – vodorod, He 2 4 – geliy, C 6 12 – uglerod, O 8 16 – kislorod, U 92 238 – uran.
Ta'rif 10
Xuddi shu kimyoviy element yadrolaridagi neytronlar soni har xil bo'lishi mumkin. Bunday yadrolar deyiladi izotoplar.
Ko'pgina kimyoviy elementlarning bir nechta izotoplari mavjud. Masalan, vodorodda ulardan uchtasi bor: H 1 1 - oddiy vodorod, H 1 2 - deyteriy va H 1 3 - tritiy. Uglerodda 6 ta, kislorodda 3 ta izotop mavjud.
Tabiiy sharoitda kimyoviy elementlar ko'pincha izotoplar aralashmasini ifodalaydi. Izotoplarning mavjudligi Mendeleyev davriy sistemasidagi tabiiy elementning atom massasining qiymatini aniqlaydi. Masalan, tabiiy uglerodning nisbiy atom massasi 12,011 ga teng.
Agar siz matnda xatolikni sezsangiz, uni belgilang va Ctrl+Enter tugmalarini bosing
Proton - bu vodorod atomi bo'lib, undan bitta elektron chiqarilgan. Bu zarracha J. Tomson (1907) tajribalarida allaqachon kuzatilgan bo'lib, uning nisbatini o'lchashga muvaffaq bo'lgan. e/m. 1919-yilda E.Rezerford koʻpgina elementlar atomlari yadrolarining boʻlinish mahsulotida vodorod atomining yadrolarini topdi. Rezerford bu zarrachani proton deb atadi. U protonlar barcha atom yadrolarining bir qismi ekanligini taklif qildi.
Rezerford tajribalarining sxemasi keltirilgan.
Neytronni ro'yxatdan o'tkazish mumkin bo'lgan o'rnatish tavsifini topish mumkin.
Elektronlardan farqli o'laroq, proton va neytronlar o'ziga xos yadro kuchlariga bo'ysunadilar. Yadro kuchlari tabiatdagi eng kuchli kuchli o'zaro ta'sirlarning alohida holatidir. Yadro kuchlari tufayli proton va neytronlar bir-biri bilan birlashib, turli atom yadrolarini hosil qilishi mumkin.
Proton va neytronning kuchli o'zaro ta'sirga nisbatan xossalari aynan bir xil, bu ularning massalarining yaqinligini tushuntiradi. Shuning uchun yadro fizikasida nuklon atamasi ko'pincha yadroning bir qismi bo'lgan har qanday zarrachani - proton va neytronni bildirish uchun ishlatiladi. Aytishimiz mumkinki, proton va neytron bir xil zarracha - nuklonning ikkita holatidir.
Atom elektr jihatdan neytraldir. Shuning uchun atom yadrosidagi protonlar soni atom qobig'idagi elektronlar soniga teng bo'lishi kerak, ya'ni. atom raqami Z. Yadrodagi nuklonlarning umumiy soni (ya'ni proton va neytronlar) quyidagicha belgilanadi. A va massa soni deyiladi. Raqamlar Z Va A yadro tarkibini to'liq tavsiflaydi. Ta'rifi bo'yicha:
| A = Z + N. |
Turli yadrolarni belgilash uchun odatda Z shaklidagi yozuv ishlatiladi X A, qayerda X- berilgan bilan elementga mos keladigan kimyoviy belgi Z. Masalan, 4 Be 9 ifodasi berilliy atomining yadrosini bildiradi Z = 4, A= 9, 4 proton va 5 neytronga ega. Chap subscript kerak emas, chunki atom raqami Z element nomi bilan yagona aniqlanadi. Shuning uchun qisqartirilgan belgi Be 9 ( "berilliy to'qqiz" deb o'qiladi).
Xuddi shunday yadrolar Z va har xil A izotoplar deyiladi. Masalan, uran ( Z= 92) 92 U 236, 92 U 238 izotoplari mavjud. Ba'zida izobar atamalari qo'llaniladi (xuddi shunday yadrolar uchun A va har xil Z) va izotonlar (bir xil bo'lgan yadrolar uchun N va har xil Z). Nuklid atamasi ma'lum bir izotopning atomlarini belgilash uchun ishlatiladi.
Tabiatda uchraydigan eng ogʻir element uran izotopi 92U238 hisoblanadi. Atom raqamlari 92 dan katta bo'lgan elementlar transuran deb ataladi. Ularning barchasi turli xil yadroviy reaktsiyalar natijasida sun'iy ravishda olinadi.
Sof yadroviy xossalari nuqtai nazaridan, har xil izotoplar, qoida tariqasida, kam umumiylikka ega. Ammo aksariyat hollarda turli izotoplarning atomlari bir xil kimyoviy va deyarli bir xil fizik xususiyatlarga ega, chunki atomning elektron qobig'ining tuzilishiga yadro deyarli faqat uning elektr zaryadi ta'sir qiladi. Shuning uchun izotopni, masalan, U 235 ni 92 U 238 bilan o'z aralashmasidan ajratib olish murakkab texnologik muammo bo'lib, uni hal qilishda bug'lanish, diffuziya va boshqa jarayonlar tufayli yuzaga keladigan kichik farqlardan foydalaniladi. izotoplar massalaridagi farqlar.
Atom raqami Z elektron zaryadining mutlaq qiymatining birliklarida yadroning elektr zaryadiga teng. Elektr zaryadi har qanday (shu jumladan elektromagnit bo'lmagan) o'zaro ta'sirlar ostida qat'iy saqlanib qoladigan butun sondir. Atom yadrolari va elementar zarrachalarning o'zaro o'zgarishiga oid mavjud eksperimental ma'lumotlarning yig'indisi elektr zaryadining saqlanish qonuniga qo'shimcha ravishda barion zaryadining saqlanish qonuniga o'xshash, qat'iy qonun mavjudligini ko'rsatadi. Ya'ni, har bir zarrachaga barion zaryadining ma'lum bir qiymati berilishi mumkin va barcha zarrachalarning barion zaryadlarining algebraik yig'indisi har qanday jarayonda o'zgarmasdir.
Barcha zarrachalarning barion zaryadlari butun sondir. Elektron va g-kvantning barion zaryadi nolga, proton va neytronning barion zaryadi esa birga teng. Shuning uchun massa soni A yadroning barion zaryadidir. Barion zaryadining saqlanish qonuni atom yadrolarining barqarorligini ta'minlaydi. Masalan, bu qonun yadroning ikkita neytronini g-kvantaning eng yengil zarralari juftiga aylantirishni energiya jihatidan foydali va boshqa barcha saqlanish qonunlari tomonidan ruxsat etilgan taqiqlaydi.
Atom yadrolari faqat cheklangan qiymatlar oralig'ida mavjud bo'lishi mumkin A, Z. Bu hududdan tashqarida, agar tegishli yadro paydo bo'lsa, u bir zumda (ya'ni, xarakterli yadro vaqti t ≤ 10 -21 s ichida) kichikroq yadrolarga parchalanadi yoki proton yoki neytron chiqaradi. Mumkin bo'lgan hududda barcha yadrolar barqaror emas.
 2.1-rasm. Atom yadrolarining proton-neytron diagrammasi. |
Hozirgacha ma'lum bo'lgan yadrolar oqim-neytron diagrammasi bo'yicha chizilgan (2.1-rasm). Unda silliq tekis chiziqlar yadrolarning mumkin bo'lgan mavjudligi mintaqasining nazariy chegarasini ko'rsatadi. Ushbu chegaraning eksperimental o'rnatilishi, unga yaqinlashganda (ichkaridan) yadrolarning yashash muddati xarakteristikasidan sezilarli darajada yuqori bo'lishi bilan murakkablashadi (~10 -21). Bilan), lekin zamonaviy eksperimental texnologiya uchun juda kichik. Barqaror yadrolar proton-neytron diagrammasida barqarorlik izini hosil qiladi. Quyidagi empirik faktlar va naqshlar A Va Z barqaror yadrolar uchun:
|
Atom yadrosi
Atom yadrosi
Atom yadrosi
- atomning deyarli barcha massasi va barcha musbat elektr zaryadlari jamlangan markaziy va juda ixcham qismi. Kulon kuchlari ta'sirida elektronlarni o'ziga musbat zaryadini qoplaydigan miqdorda ushlab turgan yadro neytral atomni hosil qiladi. Ko'pgina yadrolarning shakli sharsimonga yaqin va diametri ≈ 10 -12 sm, bu atom diametridan (10 -8 sm) to'rt marta kichikroqdir. Moddaning yadrodagi zichligi taxminan 230 million tonna/sm 3 ni tashkil qiladi.
Atom yadrosi 1911-yilda Kembrijda (Angliya) E.Rezerford rahbarligida oʻtkazilgan yupqa oltin va platina folga yordamida alfa zarrachalarini sochish boʻyicha bir qator tajribalar natijasida kashf etilgan.
1932-yilda J.Chedvik u yerda neytronni kashf qilgandan so‘ng, yadro proton va neytronlardan iborat ekanligi ma’lum bo‘ldi.
(V. Heisenberg, D.D. Ivanenko, E. Majorana).
Yadro - bu 10 9 -10 10 sm / sek tezlikda harakatlanadigan va kuchli va qisqa masofali o'zaro tortishish kuchlari tomonidan ushlab turiladigan zich joylashgan proton va neytronlar tizimi (ularning ta'sir doirasi ≈ masofalar bilan cheklangan) 10-13 sm).
Protonlar va neytronlar taxminan 10-13 sm kattalikda bo'lib, nuklon deb ataladigan bitta zarrachaning ikki xil holati hisoblanadi. Yadro radiusini R ≈ (1,0-1,1)·10 -13 A 1/3 sm formulasi bo'yicha taxminan hisoblash mumkin, bu erda A - yadrodagi nuklonlar soni (proton va neytronlarning umumiy soni). Shaklda. 1-rasmda 28 proton va 30 neytrondan tashkil topgan nikel yadrosi ichidagi moddaning zichligi r (10 -13 sm birliklarda) markazgacha bo'lgan masofaga qarab qanday o'zgarishi (10 14 g/sm 3) ko'rsatilgan. yadrodan.
Yadroviy oʻzaro taʼsir (yadrodagi nuklonlar orasidagi oʻzaro taʼsir) nuklonlarning mezon almashishi tufayli yuzaga keladi. Bu o'zaro ta'sir nuklonlar va mezonlarni tashkil etuvchi kvarklar o'rtasidagi yanada fundamental kuchli o'zaro ta'sirning ko'rinishidir (xuddi molekulalardagi kimyoviy bog'lanish kuchlari asosiy elektromagnit kuchlarning namoyon bo'lishi kabi).
Yadrolar dunyosi juda xilma-xildir. 3000 ga yaqin yadrolar ma'lum bo'lib, ular bir-biridan protonlar soni yoki neytronlar soni yoki ikkalasi bilan farq qiladi.
Ularning aksariyati sun'iy ravishda olinadi.
Proton Z va neytronlar sonining turli birikmalari turli atom yadrolariga mos keladi. Atom yadrolari mavjud (ya'ni, ularning umri t > 10 -23 s) Z va N sonlaridagi o'zgarishlarning ancha tor diapazonida. Bundan tashqari, barcha atom yadrolari ikkita katta guruhga bo'linadi - barqaror va radioaktiv (beqaror). Barqaror yadrolar tenglama bilan aniqlanadigan barqarorlik chizig'i yaqinida guruhlangan
|
Guruch. 2. Atom yadrolarining NZ diagrammasi. |
Shaklda. 2-rasmda atom yadrolarining NZ diagrammasi ko'rsatilgan. Qora nuqtalar barqaror yadrolarni ko'rsatadi. Barqaror yadrolar joylashgan hudud odatda barqarorlik vodiysi deb ataladi. Barqaror yadrolarning chap tomonida protonlar bilan haddan tashqari yuklangan yadrolar (protonga boy yadrolar), o'ngda - neytronlar bilan ortiqcha yuklangan yadrolar (neytronga boy yadrolar) mavjud. Hozirda kashf etilgan atom yadrolari rang bilan ajratilgan. Ularning 3,5 mingga yaqini bor. Hammasi bo'lib 7 - 7,5 ming bo'lishi kerak deb ishoniladi. Protonga boy yadrolar (malina rangi) radioaktiv bo'lib, asosan yadro tarkibiga kirgan protonning neytronga aylanishi natijasida barqaror bo'lganlarga aylanadi; Neytronga boy yadrolar (ko'k rang) ham radioaktiv bo'lib, - - parchalanish natijasida yadro neytronining protonga aylanishi bilan barqaror bo'ladi.
Eng ogʻir barqaror izotoplar qoʻrgʻoshin (Z=82) va vismut (Z=83) izotoplaridir. Og'ir yadrolar b + va b - yemirilish jarayonlari bilan bir qatorda a-emirilish (sariq) va o'z-o'zidan bo'linishga ham duchor bo'lib, ularning asosiy parchalanish kanallariga aylanadi. Rasmdagi nuqta chiziq. 2-rasmda atom yadrolarining mumkin bo'lgan hududi ko'rsatilgan. B p = 0 chizig'i (B p - proton ajralish energiyasi) chap tomonda atom yadrolarining mavjudligi hududini cheklaydi (proton tomizish chizig'i). B chizig'i n = 0 (B n - neytronlarni ajratish energiyasi) - o'ng tomonda (neytron tomchilari chizig'i). Bu chegaralardan tashqarida atom yadrolari mavjud bo'lishi mumkin emas, chunki ular yadroviy vaqt davomida (~10 -23 - 10 -22 s) nuklonlarning chiqishi bilan parchalanadi.
Ikki engil yadro birlashganda (sintez) va og'ir yadroni ikkita engilroq bo'lakka bo'lganda, katta miqdorda energiya ajralib chiqadi. Energiya olishning bu ikki usuli ma'lum bo'lganlarning eng samaralisidir. Demak, 1 gramm yadro yoqilg‘isi 10 tonna kimyoviy yoqilg‘iga teng. Yadro sintezi (termoyadro reaksiyalari) yulduzlar uchun energiya manbai hisoblanadi. Nazoratsiz (portlovchi) termoyadroviy (yoki "vodorod" deb ataladigan) bomba portlaganda sodir bo'ladi. Boshqariladigan (sekin) sintez ishlab chiqilayotgan istiqbolli energiya manbai - termoyadroviy reaktor asosida yotadi.
Atom bombasi portlaganda nazoratsiz (portlovchi) bo'linish sodir bo'ladi. Boshqariladigan bo'linish atom elektr stantsiyalarida energiya manbalari bo'lgan yadro reaktorlarida amalga oshiriladi.
Atom yadrolarini nazariy tavsiflash uchun kvant mexanikasi va turli modellardan foydalaniladi.
Yadro gaz (kvant gazi) va suyuqlik (kvant suyuqligi) sifatida ham harakat qilishi mumkin. Sovuq yadro suyuqligi o'ta suyuqlik xususiyatiga ega.