Ядроның байланыс энергиясы. Масса ақауы.

Ядролардың массаларын масса – спектографтар көмегімен жүргізілген дәл өлшеулер кез кенлген ядроның массасы оны құрайтын нуклондар массаларының қосындысынан кем екекнін көрсетеді:

Ядроның – байланыс энергиясы деп оны құрамдас нуклондарға бөлу үшін қажетті энергияның ең аз мөлшерін айтады. Энергияның сақталу заңына сәйкес нуклондардан ядро түзілгенде ядроның байланыс энергиясына тең энергия бөлініп шығуы тиіс. Ядроның байланыс энергиясы еркін протондар мен нейтрондардың толық энергиясы мен ядроның толық энергиясының айырымына тең:

мұндағы масса ақауы деп аталады.

Ядроның байланыс энергиясының ядродағы нуклондар санына қатынасымен анықталатын шаманы ядроның меншікті байланыс энергиясы деп атайды:

Ядроның меншікті байланыс энергиясы барлық ядролар үшін бірдей емес.

Атом ядросындағы протондар мен нейтрондарды байланыстыратын тартылас күштерін ядролық күштер деп атайды. Ядролық тартылыс протондардың электростатикалық тебілісінен анағұрлым күшті болады да, үлкен ядроның байланыс энергиясын туғызады және оның орнықтылығын қамтамасыз етеді. Ядролық күштер – гравитациялық күштер. Нуклондар арасындағы өзара әсерлесу элементар бөлшектер арасындағы күшті әсерлесулердің мысалы болып табылады.

6.4 Үлестірмелі материал: электрондық кітаптар, тесттер, карточкалар

6.5 Пайдаланған әдебиеттер:

1. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық/ Б.Кронгарт, В.Кем, Н.Қойшыбаев.-Өңд., толықт. 2-бас. Алматы: Мектеп, 2010-384 б., сур.

2. Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық/ С.Тұяқбаев, Ш.Насохова, Б.Кронгарт, т.б.- Алматы: “Мектеп” баспасы. -384 б., сур.

3. Савельев И.В. Жалпы физика курсы. – Алматы, Мектеп, 1,2,3 том, 2000

4. Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы. – М., Наука, 2000

5. Иродов И.Е. Жалпы физика курсының есептер жинағы. М: Наука, 2006

Бақылау сұрақтар

1. Радиоактивтік ыдырау заңы дегеніміз не?

2. Масса ақауы жайында не білесіңдер?

6.1 Тақырып №34. Термоядролық синтез және оның жүруінің шарттары. Термоядролық энергетиканың проблемалары. Материалдық әлемнің қайтымсыздығы.

6.2 Сабақ міндеті:

1. Термоядролық синтез және оның жүруінің шарттары, термоядролық энергетиканың проблемалары жайында ұғындыру.

2. Білімгерлердің білімін арттыру, тереңдету.

3. Білімгерлерді ұқыптылыққа тәрбиелеу.

6.3 Дәріс тезисі:

Термоядролық реакциялар деп жеңіл ядролардың ауырлау ядроларға синтезделуінің ядролық реакцияларын айтады. Термоядролық реакциялар шамасындағы өте жоғары температураларда жүреді. Бұл реакциялар кезінде ауыр ядролардың бөлінуі кезіндегіден де көп энергия бөлінеді. Іc жүзінде көптеген себептерге байланысты термоядролық реакцялардың жүруіне қажетті температура 10⁷К шамасын құрайды. Осындай температура Күннің орта бөлігінде болады. Күн заты~ 80% сутегіден және 20% гелийден тұрады және ~ 1% көміртегі, азот және оттегінің үлесіне тиеді.

Жеңіл ядролар энергия бөле отырып бірігу мүмкін. Тыныштықтағы уран ядросының массасы, ядро бөлінетін жарықшақтардың тыныштықтағы массалары қосындысынан артық. Жеңіл ядролар үшін жағдай керісінше. Мысалы, гелий ядросының тыныштықтағы массасы гелий ядросының құрамды бөлігі екі ауыр сутегі ядросының тыныштық массаларының қосындысынан аз. Бұл- екі жеңіл ядро біріккенде тыныштық массасы азаяды, ендеше, көп мөлшерде энергия бөліп шығарады деген сөз. Жеңіл ядролардың бірігуіндегі мұндай реакциялар термоядролық реакциялар деп аталадыб себебі олар өте жоғары температурада жүре алады. Термоядролық реакцияалар- бұл жеңіл ядролардың өте жоғары температурада бірігу реакциясы. Ядролардың бірігуі ушін олардың 10 -12см шамасына жақындауы, яғни олардың ядролық күш әсерінің сферасына түсуі қажет. Мұндай жақындауға ядролардың кулондық тебілуі кедергі жасайды, оны тек ядроның жылулық қозғалысының өте зор кинетикалық энергиясының есебінен ғана жеңуге болады. Термоядролық реакцияаларда бөлініп шығатын бір нуклонға есептелген энергия, ядролардың тізбекті реакциясы кезінде бөлініп шығатын меншікті энергиядан артып кетеді. Мысалы, ауыр сутегі -дейтерий сутегінің аса ауыр изотопы -тритиймен біріккенде бір нуклонға 3,5 МэВ-қа жуық энергия бөлінеді. Уранның бөлінуі кезінде бір нуклонға шамамен 1 МэВ энергия бөлінеді. Термоядролық реакциялар әлемнің эволюциясында шешуші рөл атқарады. Күн мен жұлдыздардың сәуле шығару энергиясының термоядролық тегі болар. Қазіргі болжамдар бойынша, алғашқы даму кезінде жұлдыздар негізі сутегінен құралған. Жұлдыздардың ішінде температура жоғары болатыны сонша, оның ішінде протондардың бірігуінің реакциясы гелий түзумен қатар жүреді. Бұдан кейін гелий ядроларының бірігу кезінде неғұрлым ауыр элементтерде түзіледі. Осы реакцияалардың бәрі энергия бөліп шығарумен қабаттаса өтеді, ол миллиардтаған жылдарға жулдыздардың жарық шығаруын қамтамассыз етеді. Жерден басқарылатын термоядролық реакцияаны пайдалану мәселесін шешу адамзаттқа іс жүзінде таусылмайтын энергия көзін береді. Бұл бағытта ең перспективті болып есептелетін реакция – дейтрийдің тритиймен бірігуі реакциясы: 12Н + 31Н -> 42He + 01n Бұл реакцияда 17,6 МэВ энергия бөлінеді. Тритий табиғатта жоқ болғандықтан, ол термоядролық реактордың өзінде литийден өндірілуі тиіс. Есептеулер көрсеткендей, экономикалық жағынан тиімді реакция, реакцияға түсіетінзаттарды жүз миллиондаған градус шамасында дейін қыздырғанда ғана заттың үлкен тығыздығында жүре алады. Мұндай температураларды плазмада қуатты электр разрядын туғызу арқылы аламыз. Бұл бағыттағы негізгі қиыншылық – осынлай жоғарғы температурадағы плазманы қондырғының ішінде 0,1-1с бойы ұстап тұру. Бұған ешбір заттан жасалған қабырғалар жарамайды, себебі соншалықты жоғары температурада олар буға айналып кетеді. Жоғарғы температурадағы плазманы шектеген көлемде ұстап тұрудың бірден-бір мүмкін болатын әдісі өте күшті магнит өрістерінің әсерін пайдалану болып табылады. Бірақ әлі күнге дейн бұл мәселені толық шешу плазманның тұрақсыздығынан мүмкін болмай келеді.Бұл тұрақсыздық зарядталған бөлшектердің бір бөлігін магниттік қабырғалардан өтетін диффузияға әкеліп соғады. Басқарылатын термоядрлық реакцияларды жүзеге асыру адамзаттың энергетикалық проблемасын шешуге қабілетті.

Жер бетіндегі жағдайларда термоядролық реакцияларды жүзеге асыру энергияны алудың үлкен мүмкіндіктерін тудырады. Мысалы, қарапайым судың бір метіріндегі дейтерийді пайдаланса, термоядролық синтез реакцясында бөлінетін энергия 350л бензин жанғанда бөлінетін энергияға тең болады.