Атом ядросы. Атом ядросының құрылысы жəне сипаттамалары. Резерфорд тəжірибесі.

Атом ядросы - протондар мен нейтрондардан (нуклондардан) құралатын атомның ең ауыр, орталық бөлігі. Атом ядросының негізгі сипаттамаларының бірі оның электр заряды болып табылады. Атом ядросының зарядын алғаш рет 1913 жылы Г.Мозли өлшеген. Ал ядроның зарядын тікелей өлшеуді ағылшын физигі Дж.Чедвик 1920 жылы жүзеге асырды. Атом ядросының заряды элементар электр зарядының Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің реттік нөміріне көбейтіндісіне тең болады: Сонымен, Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің реттік нөмірі кез келген элемент атомының ядросындағы оң зарядтардың санымен анықталады. Сондықтан элементтің реттік нөмірін зарядтық caн деп атайды. Атом ядросының физикалық қасиеттері оның зарядымен қатар массасымен де анықталады. Ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі — масса. Ядролық физика иондар мен атом ядросының массасын көбінесе масс-спектрографтың көмегімен анықтайды. Ядро да нейтрал атомның символымен белгіленеді:

мұндағы - химиялық элементтің символы; -атомдық нөмір (ядродағы протондар саны); - массалық (ядродағы нуклондар саны)); - ядродағы нейтрондар саны айырымына тең болады.

Өлшем бірліктерінің Халықаралык жүйесіндегі қолданылатын ұзындықтың, массаның және т.б. өздеріңе таныс өлшем бірліктерімен қатар, ядролық физикада арнайы бірліктер қолданылады. Бұл қажет-тілік ядролық процестердің субатомдық әлемде өтетінінен туындайды.

Мысалы, ядролық физикадағы ең үлкен қашықтық атом радиусының өзі 10^-10 м-ге тең. Ұзындық бірлігі ретінде ферми алынады: 1фм = 10^-15 м. Массаның бірлігі ретінде көміртегі атомы массасының бөлігі алынады, ол массаның атомдық бірлігі болып табылады:

1 м.а.б.=1,660546 · 10^-27 кг, 1 кг=6,023091 · 10²⁶ м.а.б.

Салыстырмалы атомдық масса атомның абсолюттік массасында неше массаның атомдық бірлігі бар екенін көрсетеді. Мысалы, сутегі үшін A_r= 1,00783, көміртегі үшін A_r = 12,0, оттегі үшін A_r = 15,99482.

Ядролық физикада энергияны электронвольтпен өлшейді,1 эВ = 1,6 · 10^-19 Дж.

Еселік мәндер де қолданылады:

1 кэВ =10³ эВ; 1 МэВ =10⁶ эВ;1 ГэВ =10⁹ эВ.

Көбінесе элементар бөлшектердің массаларын массаның атомдық бірлігімен қатар энергияның өлшем бірлігі МэВ немесе ГэВ-пен де өлшейді. Сондықтан массаның атомдық бірлігіне сәйкес болатын энергияның эквивалентін анықтайық. Масса мен энергияның өзара байланыста болатыны Эйнштейннің формуласынан белгілі.

Атомдағы электрондар массасы ядроның массасымен салыстырғанда өте аз, оны ескермеуге болады. Сондықтан массаның атомдық бірлігімен алынған және атом массасына ең жақын бүтін санды массалық сан деп атайды. Оны әрпімен белгілейді. Ол жоғары дәлдікті қажет етпейтін есептеулерде, әсіресе массалардың қатынасы кіретін өрнектерде ядро массасының шамасы ретінде қолданылады. Мысалы, гелий атомының массасы M_He = 4,0026 м.а.б. болса, массалық саны A = 4 болады.

Ядроның массасының ахауы:

мүндағы - зарядтық сан (ядродағы протондар саны); - массалық сан (ядродағы нуклондар саны); - ядродағы нейтрондар саны; - нейтронның массасы; - протонның массасы; ядроның массасы.

• Ядроның байланыс энергиясы:

мұндағы - ядроның массасының ахауы; - вакуумдегі жарық жылдамдығы.

Жүйеден тыс бірліктерде ядроның байланыс энергиясы болады, мұндағы - массаның ахауы, м.а.б.-мен (1м.а.б. 931 МэВ).