Ядроның протонды-нейтрондық моделі

1932 жылы 28 мамырда кеңес физигі Д.Д.Иваненко «Nature»-да мақала жариялап, нейтрондар протондармен бірге ядроның құрылымдық элементтері болып табылады деген ойды айтты. Мұндай гипотеза азоттық апат мәселесін шешеді деп көрсетті ол. Негізінде, осы гипотеза бойынша ядро 7 протоннан және 7 нейтрондардан түрады. 1932 жылдың маусым айында В.Гейзенберг те үлкен мақаласын жариялады.

Алайда ядроның протондық-нейтрондық моделі көптеген физиктердің еңбектерінде скептикалық тұрғыдан кездеседі. Ол β-құлдырау кезінде ядролардың электрондар шығаруына қарама-қайшы келді. 1968 жылы Гейзенберг ядрода электрондар жоқ деген болжамды ең ірі физиктерді ңөзі де сынға алған болатын деп еске алады. Ол: «априорлы қабылданып тұрғандығы соншалықты айдан-анық болып тұрған заттан бас тарту қаншылықты қиын» екендігін көрмсетеді. Ядролардың құрылымы туралы идеяны физиктер оңай қабылдай қоймады. Ядроны ңішінде электрондар жоқ деген ойды Дирак 1930 жылы-а айтқан болатын, бірақ жылы жабылып қоя салынды. Нейтрондардың ашылуын көпшілігі елеусіз қабылдап, жәй ғана протон мен электрондардың күрделі құрылымы ашылды деп санады. Резерфорд та осылай ойлады. Әлемнің протон мен электроннан тұратын қарапайым бейнесін ешкім жаңа бөлшектер ендіріп қиындатқысы келмеді.

1933 жылы қыркүйекте Ленинград қаласында атомдық ядро жөніндегі конференция болып, оған шетел ғалымдары қатысты. Ф.Жолио екі баяндама жасады «Нейтрондар» және «Фотондарды материалдау мен ядроларды айналдыру кезіндегі позитрондардың пайда болуы», П.Дирак позитрондар теориясы туралы баяндама жасады, Ф.Перрон –ядро модельдері туралы баяндама жасады. Иваненко ядро моделі туралы баяндамасымен сөз алды. Ол ядроның протондық-нейтрондық моделін жақтап, ядрода тек ауыр бөлшектер бар деген тезисті қалыптастырды. Ол нефтрондар мен протондардың күрделі құрылымы туралы идеяларды жоққа шығарды. Оны ойынша нейтрон да, протон да электрон мен позитрон шыңара отырып, бір-біріне өте алады. Ары қарай протон мен нейтрон бір бөлшек –нуклонның екі күйі ретінде қарастырыла бастады, яғни Иваненконың идеясы жалпы қабылданды.

 

Арыштық сәуле. Позитронның ашылуы.

1932 жылы космостық сәуленің тағы бір элементар бөлшені позитрон ашылды. 1899 жылдың өзінде М. Складовская-Кюри радиоактивтіліктің пайда болуын түсіндіру барысында, әлемдік кеңістікті толтырып тұратын сәуленің болу гипотезасын ұсынған болатын. 1906 жылы Гейтель терең шахтадағы ионизацияны өлшеу тәжірибесінде “бізге ұдайы әсер ететін, өзіміз қашып құтыла алмайтын сәулелер бар” деп айтқан болатын. Алайда космостық сәуленің бар екендігін физик Виктор Гессом 7 тамызда 1912 жылы электроскоппен әуе шарына көтерілу арқылы анықтады. Өзінің тәжірибедегі нәтижесін “ Phyzikalische Zeitschrift ” еңбегінде жариялаған болатын. Осылайша космостық сәуле ашылды. Осы еңбегі үшін Геске 1936 жылы физикадан Нобель сыйлығы берілді.

Гестің космостық сәуле туралы теориясы американдық Милликеннің және совет физигі

Л.В. Мысовскидің жұмыс жүргізу барысында дұрыс екендігі тағы дәлелденді. 1929 жылы совет физигі Д.В.Скобельц космостық сәулені зерттеуде магнит өрісінде орналасқан Вильсон камерасын пайдаланды. Бұл әдісі маңызды ашылуға жол ашты. Ол космостық сәуле құрамында элоктрон барын дәлелдеді. Скобельц магнит өрісінде электронның әлсіз іздерін анықтады.

1932 жылы Скобельцтің тәжірибесін американдық физик К.Андерсон жетілдіре түсті. Ол 10 есе күшті магнит өрісін пайдаланды. Ол бастапқыда пайда болған іздер оң және теріс бөлшектердің, яғни электрон мен протондікі деді. Осыған нақтырақ көз жеткізу үшін ол камераны 2 бөлікке бөліп, арасына свинец пластинасын орнатты. Бөлшек свинец пластинасынан өткенде, баяулап, оның жолы магнит өрісінде қисая түседі. Бұл бөлшек электрон массасындай массаға тең болады, тек оң таңбада. Осы бөлшекті Андерсон позитрон деп атады.

1928 жылы Дирак электронның релятивистік өлшемін алды. Бұл өлшем электрон спинінің бар екендігін көрсетті, әрі сутектің энергетикалық деңгейінің мағынасын ашып берді.

 

Деткіштер

1932 жылы ядродық физика өзінің өте ауқымды жайттарымен қоса сол аумақтағы басқа да маңызды жетістіктермен толықты. Басты жетістік жасанды үдеумен қозғалатын протонның литий ядросының ыдырауы болды. 1922 жылдың өзінде Резерфорд ядроны жақсы қорғалған қамалмен салыстыра отырып, «α- бөлшек қана осы жақсы қорғалған қамалды бұза алатын энергия көзі шоғырланған бөлшек» деді.Серпухов үдеткіші үдемелі қозғалатын бөлшектер Резерфорд армандағандай мың есе үлкен энергияға ие болады. Жоғары энергиялы бөлшектерді алу дәуірі 30-шы жылдарда басталды. Нақты сол уақытта зарядталған бөлшектің үдеткіштерін алу жақсы жолға қойылған. 1928 жылы ғана тізбектей жалғанған трансформатор орағыш көмегімен 750 кВ кернеу алуға мүмкіндік туды. 1931жылы Ван-де-Грааф иондарды бірнеше миллион электрон-вольтқа үдетуге мүмкіндік беретін электростатикалық үдеткіш құрастырады. 1930 жылы Кембриджде Кокрофт және Уолтон кернеуді жоғарлататын каскадты әдісті қолдану арқылы бірнеше жүз киловольтқа үдетілген сутегі тектес иондарды алды. 1932 жылы литийлік нысанаға осындай жолмен күшнйтілген ионды бағыттай отырып, литий ядросын екі гелий ядросына шашыратты. Гелий ядросы шамамен 8.5 МэВ энергиямен шашырады. Бұл ең алғашқы үдеткіш көмегімен жасалған ядролық реакция болды. Бұл ядролық реакцияның авторы Дж. Кокрофт және И.Уолтон 1951жылы Нобель сыйлығына ие болды.

1931 жылы Слоан және Лоренц иондар ұзындықты үлкейтетін цилиндр қатарынан өте отырып, кернеумен үдейтін сызықты үдеткіш ионын құрастырды. Бірақ ядролық физиканың дамуына циклдік үдеткіш – циклотронның құрылуы маңызды болды. Циклотрон принцпін 1930 жылы Лоренц және Эдлефсен ұсынды. 1932 жылы Лоренцтің ұсынуымен диаметрі 28 см, протонды 1,2 МэВ-қа дейін үдететін циклотрон тұрғызылды. 1939 жылы Лоренц осы еңбегі үшін Нобель сыйлығына ие болды. 1933 жылдың қазан айында VII Сольвеев конгресінде ядроның мәселесі қаралды. Сол конгресске Ланжевен төрағалық етті. Конгресс жұмысына Э.Резерфорд, Н.Бор, М.Склодовская - Кюри, Дж.Чедвик, П.Блэккет, Дж.Кокрофт, В.Боте, В.Гейзенберг, Э.Шредингер, В.Паули, Э.Ферми, Луи де Бройль, П.Дирак қатысты. Кеңес ғалымының ішінен конгреске Иоффе қатысты. Конгресте Резерфорд басқарған Кавендиш лабораториясының қызметкерлерінің жасаған баяндамасы үлкен орын алды. Кокфорд литий ядросының протон үдеткіштерінің көмегімен шашырау тәжірибесіне көз жеткізді. Чедвик ядроның ашылуын баяндады, сонымен қатар нейтронның ашылуын Жолио мен Кюриге айтты. Блэккет позитронның ашылуын, Лоренц циклотронның тәжірибесін баяндады. Гейзенберг ядроның протон-нейтрон моделін баяндады.

Протон-электрон моделінің дәуірі өтіп, ядролық физиканың жемісті дамуына ядроның протон-нейтрон моделінің дәуірі келді.

 

??Тақырыпты бекітуге арналған сұрақтар:

1. Изотоптардың ашылуы

2. Ядроның ыдырауы

3.Нейтронның ашылу тарихы

4.Позитронның ашылуы

5. Үдеткіштер және олардың түрлері

Дәріс