Атом ядросының құрылымы

V тарау. Атом ядросының физикасы

Өздеріңе белгілі атом құрылымы жөнінде ХІХ ғасырдың аяғында екі түрлі болжамдар болды. Ол Томсон және Резерфорд модельдері. 1896 ж. радиоактивті құбылыс анықталғаннан кейін, Резерфорд α-бөлшегімен атомдарды атқылау арқылы тәжірибе жасап, атом-электрон мен ядродан тұратындығын, оның центрінде оң зарядты - ядро орналасқан екендігін дәлелдеді.

Осындай ядро құрылымын, оның түрленуін, басқа ядролармен немесе бөлшектермен әсерлесуін ядролық физика қарастырады.

Сол атом ядросын қарастыратын болсақ, оның өзі де ұсақ бөлшектерге, яғни протон мен нейтронға бөлінетіндігі, оларды ядролық күш біріктіріп тұратындығын алғаш Совет физигі Иваненко ұсынған болатын.

Бұл болжам көптеген тәжірибелер бойынша қарастырылып, атом ядросын құрайтын бөлшектер протон мен нейтрон екендігі дәлелденді. Оларды жалпы нуклондар деп атайды.

Нуклон атомдық сан (А) арқылы сипатталады. Яғни, атомдық сан (А) ядродағы нуклондар санын көрсетеді.

Мысалы:

₁Н¹, ₂Не⁴, ₃Li⁶, ₆С¹², ₇N¹⁴, ₈О¹⁶ т.б. (_ZХ^А)

 

Ал, реттік нөмірі (Z) ядродағы протон санын көрсетеді, ол атомдағы электрон санына тең заряды оң бөлшек. Нейтронның заряды жоқ (бейтарап бөлшек). Атом ядросындағы нуклондар саны мынандай түрде сипатталады:

 

А_нук= Z_пр+ N_ней

 

N_ней = А_нук - Z_пр(5.1.1)

 

Атом ядросындағы протондар саны бірдей, ал нейтрондар саны әртүрлі болып келсе, ондай ядролар изотоптар деп аталады. Мысалы:

₁Н¹, ₁Н², ₁Н³, ₂Не³, ₂Не⁴

 

₃Li⁶, ₃Li⁷₈О¹⁶, ₈О¹⁷, ₈О¹⁸

 

₉₂U²³⁵, ₉₂U²³⁶, ₉₂U²³⁸, ₉₂U²³⁹, т.б.

 

Белгілі бір химиялық элементтің барлық изотоптарының электрондық қабаттарының құрылымы бірдей болады. Олай болса химиялық және физикалық қасиеттері электрондық қабаттар арқылы алынады.

Жоғарыда айтылған протон мен нейтронға тоқталайық.

1) Протон. Протонның заряды шама жағынан электрон зарядына тең, бірақ таңбасы оң таңбалы (+р) болады, ал массасы m_p= 1,6722*10^-27кг (немесе m_p= 1,00728 а,б,м). Ядролық физикада масса, энергия бірлігімен өрнектеледі, ол үшін бірлік масса с² көбейтіледі, сонда m_р= 938,28Мэв тең болады.

Ал, электрон массасы m_е= 0,511Мэв (m_е=9,11∙10^-31кг), протон массасынан 1836 есе кіші

m_p=1836∙m_е (5.1.2)

 

Электрон массасын осы теңдікке қою арқылы протон массасы анықталады.

Протонның спині бар ол S=± тең, онда оның меншікті магнит моменті болады, ол

 

(5.1.3)

 

Ядроның магниттік моментінің бірлігі, ядро магнетоны деп аталады да, ол Бор магнетонынан 1836 есе кіші болады. Жоғарыда айтылғандай, Бор магнетоны

 

(5.1.4)

 

Олай болса протонның меншікті магнит моменті, электронның меншікті магниттік моментінен 660 есе аз болады. .

2. Нейтрон. Нейтронды ағылшын физигі Д.Чадвик (1932ж.) ашқан болатын. Оның заряды жоқ. Массасы m_n=93,57 Мэв, протон массасына жақын бөлшек (m_n-m_p=,3Мэв) яғни 2,5m_e- тең. Заряды жоқ болғанымен спині S=± тең, онда оның меншікті магнит моменті бар, ол

 

(5.1.5)

 

таңбасының (-) теріс болу себебі, оның меншікті механикалық моментімен меншікті магниттік моменті қарама-қарсы бағытталған болады. Протон мен нейтронның меншікті магнит моментінің қатынасы

 

тең екендігі, эксперимент бойынша өте үлкен дәлдікпен алынған. Нейтрон еркін күйде орнықты емес (радиоактивті), ол өздігінше протонға, электронға ыдырайды және тағы да басқа бір бөлшек бөліп шығарады, ол бөлшек электронды - антинейтрин деп аталады.

 

(5.1.6)

 

Нейтронның жартылай ыдырау аралығы 12 минут. Антинейтриннің массасы нөлге тең (нейтрон массасымен салыстырғанда өте аз болғандықтан есепке алынбайды). Соңғы формула бойынша нейтрон массасы, оң жағындағы бөлшектер массасының жиынтығынан 1,5m_e кем болады, ол 0,77 Мэв энергияға сәйкес келеді. Бұл энергия бөлінген бөлшектердің кинетикалық энергиясына айналады.