Nüvələrin mövcudluğu faktından belə nəticə çıxır ki, nüvənin nuklonları arasında elektromaqnit qüvvələrinə azaldılmayan xüsusi nüvə qüvvələri hərəkət edir. Nüvə qüvvələri aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir.
1. Nüvə qüvvələri qısa mənzillidir. Onlar məsafə ilə eksponent şəkildə azalır Nuklonların qarşılıqlı təsir radiusu azdır sm və qarşılıqlı təsir daşıyıcı hissəciyin (pi-mezon) kütləsi ilə bağlıdır.
2. Nüvə qüvvələri cazibə qüvvələridir və 1 məsafədə fermi nüvədəki protonların Coulomb itələmə qüvvələrindən dəfələrlə böyükdür. Bu, nüvənin bağlanma enerjisinin müsbət dəyərindən və deytronun mövcudluğundan irəli gəlir. İki protonun Coulomb itələmə enerjisi
Helium nüvəsindəki bir nuklonun xüsusi bağlanma enerjisi təxminən 7-dir mev.
3. Nüvə qüvvələri qeyri-mərkəz (tenzor) xarakterə malikdir, yəni. nuklonların qarşılıqlı düzülüşündən asılıdır. Bu deytronda elektrik dördqütblü momentin olmasından irəli gəlir.
4. Nüvə qüvvələrinin potensialı qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklərin spinlərinin və onların spinlərinin qarşılıqlı oriyentasiyasından asılıdır. Bunu molekulyar hidrogenlə yavaş neytronların səpilməsi ilə bağlı təcrübələr göstərir.
5. Nüvə qüvvələri doyma xüsusiyyətinə malikdir. Hər bir nuklon yalnız ona ən yaxın olan məhdud sayda nuklonlarla qarşılıqlı əlaqədə olur. Bu, bağlanma enerjisinin nuklonların sayına mütənasib olmasından irəli gəlir AMMA. Əgər hər bir nuklon bütün digərləri ilə qarşılıqlı əlaqədə olsaydı, o zaman E st ~ olardı AMMA 2 .
6. Nüvə qüvvələrinin mülkiyyəti var müstəqillik yükləyin(izotop dəyişkənlik). İki protonun, iki neytronun, bir neytronun bir protonla eyni kvant fəza və spin vəziyyətlərində qarşılıqlı təsiri, Coulomb qarşılıqlı təsiri istisna olunarsa, eynidır. Bunu səpilmə təcrübələri sübut edir ( n,səh) və ( p,s), həmçinin son vəziyyətlərdə iki neytronun əmələ gəlməsi ilə reaksiyalar. güzgü nüvələrində (bütün protonlar neytronlarla əvəz olunduqda) bütün xüsusiyyətlər demək olar ki, eynidir.
7. Nüvə qüvvələri mübadilə xarakteri daşıyır. Nuklonların qarşılıqlı əlaqəsi mübadilə koordinatları, spinlər. və ittihamlar. π mezon aşağı enerjilərdə nüvə qarşılıqlı təsirinin kvantıdır.
8. Çox kiçik məsafələrdə nüvə qüvvələrinin yüksək intensivliyi və itələyici xarakteri () nuklonların daxilində kütləvi yüklü hissəciklərin (kvarkların) olmasından irəli gəlir.
9. Nüvə qüvvələrinin spin-orbitdən asılılığı eksperimental olaraq müşahidə edilir.
10. Nüvə qüvvələrinin izotop spininin qiymətindən əhəmiyyətli dərəcədə asılılığı müşahidə olunur T(1 və ya 0) nuklon enerjiləri 1-dən az olduqda gav, və 10-dan yuxarı enerjilərdə izospindən müstəqillik gav.
11. Ümumi xarakter ( n, s) və ( p,s) - 100-dən çox yüksək enerjilərdə səpilmə mev 0,5 10 -13-dən az məsafələrdə nuklonların çox güclü itələnməsinin olduğu qənaətinə gəlir. sm, nüvə qüvvələrinin mübadilə xarakteri və nüvə qüvvələrinin spin-orbital asılılığı (nüvə qüvvələrinin qeyri-mərkəz tenzor xarakteri faza təhlilindən irəli gəlir () p,s) - səpilmə).
Müəyyən sayda proton və neytrondan ibarət olan atom nüvəsi, nüvənin nuklonları arasında hərəkət edən xüsusi qüvvələrə görə vahid varlıqdır və buna deyilir. nüvə. Nüvə qüvvələrinin çox böyük olduğu, protonlar arasında elektrostatik itələmə qüvvələrindən qat-qat artıq olduğu eksperimental olaraq sübut edilmişdir. Bu, nüvədəki nuklonların xüsusi bağlanma enerjisinin Kulon itələmə qüvvələrinin işindən qat-qat böyük olmasında özünü göstərir. Nüvə qüvvələrinin əsas xüsusiyyətlərini nəzərdən keçirək.
1. Nüvə qüvvələri qısa mənzilli cazibə qüvvələri . Onlar yalnız 10-15 m nizamlı nüvədə nuklonlar arasında çox kiçik məsafələrdə görünür.Uzunluğu (1,5-2,2) 10-15 m adlanır. nüvə qüvvələrinin diapazonu nuklonlar arasındakı məsafənin artması ilə onlar sürətlə azalır. (2-3) m məsafədə nüvə qarşılıqlı əlaqəsi praktiki olaraq yoxdur.
2. Nüvə qüvvələrinin mülkiyyəti var doyma, olanlar. hər bir nuklon yalnız müəyyən sayda ən yaxın qonşu ilə qarşılıqlı əlaqədə olur. Nüvə qüvvələrinin bu xarakteri bir yük nömrəsində nuklonların xüsusi bağlanma enerjisinin təxmini sabitliyində özünü göstərir. AMMA>40. Həqiqətən, doyma olmasaydı, nüvədəki nuklonların sayının artması ilə xüsusi bağlanma enerjisi artardı.
3. Nüvə qüvvələrinin xüsusiyyəti həm də onların müstəqillik yükləyin , yəni. onlar nuklonların yükündən asılı deyillər, ona görə də protonlar və neytronlar arasında nüvə qarşılıqlı təsirləri eynidir.Nüvə qüvvələrinin yük müstəqilliyini bağlama enerjilərinin müqayisəsindən görmək olar. güzgü nüvələri.Nüvələr nə adlanır?, burada nuklonların ümumi sayı eynidir, gecə birindəki protonların sayı digərindəki neytronların sayına bərabərdir. Məsələn, helium nüvələrinin və ağır hidrogen - tritiumun bağlanma enerjiləri müvafiq olaraq 7,72-dir. MeV və 8.49 MeV Bu nüvələrin bağlanma enerjiləri arasındakı fərq 0,77 MeV-ə bərabərdir, nüvədəki iki protonun Kulon itələmə enerjisinə uyğundur. Bu artımın bərabər olduğunu fərz etsək, orta məsafənin olduğunu tapmaq olar r nüvədəki protonlar arasında 1,9·10 -15 m-dir ki, bu da nüvə qüvvələrinin təsir radiusunun dəyərinə uyğundur.
4. Nüvə qüvvələri mərkəzi deyil və qarşılıqlı təsir göstərən nuklonların spinlərinin qarşılıqlı oriyentasiyasından asılıdır. Bu, orto- və para-hidrogen molekulları tərəfindən neytron səpilməsinin fərqli xarakteri ilə təsdiqlənir. Ortohidrogen molekulunda hər iki protonun spinləri bir-birinə paralel, parahidrogen molekulunda isə antiparaleldir. Təcrübələr göstərdi ki, neytronların parahidrogenlə səpilməsi ortohidrogenin səpilməsindən 30 dəfə çoxdur.
Nüvə qüvvələrinin mürəkkəb təbiəti çoxlu müxtəlif yanaşmalar təklif olunsa da, nüvə qarşılıqlı təsirinin vahid ardıcıl nəzəriyyəsinin inkişafına imkan vermir. Yapon fiziki H.Yukavanın (1907-1981) 1935-ci ildə təklif etdiyi fərziyyəyə görə, nüvə qüvvələri mübadilə hesabına - mezonlar, yəni. kütləsi nuklonların kütləsindən təxminən 7 dəfə az olan elementar hissəciklər. Bu modelə görə, zamanla bir nuklon m- mezon kütləsi) işıq sürətinə yaxın sürətlə hərəkət edərək bir məsafə qət edən bir mezon buraxır, bundan sonra ikinci nuklon tərəfindən udulur. Öz növbəsində, ikinci nuklon da birinci tərəfindən udulan mezon yayır. Buna görə də H.Yukavanın modelində nuklonların qarşılıqlı əlaqədə olduğu məsafə təqribən məsafəyə uyğun gələn mezon yolunun uzunluğu ilə müəyyən edilir. m və nüvə qüvvələrinin təsir radiusu ilə böyüklük sırasına görə üst-üstə düşür.
Sual 26. parçalanma reaksiyaları. 1938-ci ildə alman alimləri O.Han (1879-1968) və F.Ştrassman (1902-1980) aşkar etdilər ki, uranın neytronlarla bombalanması zamanı bəzən ilkin uran nüvəsinin təxminən yarısı qədər olan nüvələr meydana çıxır. Bu fenomen adlanır nüvə parçalanması.
Nüvə çevrilmələrinin eksperimental olaraq müşahidə edilən ilk reaksiyasını təmsil edir. Məsələn, uran-235-in mümkün nüvə parçalanma reaksiyalarından biri:
Nüvə parçalanması prosesi çox sürətlə gedir (~10-12 saniyə ərzində). (7.14) kimi reaksiya zamanı ayrılan enerji uran-235 nüvəsinin parçalanması aktı üçün təxminən 200 MeV təşkil edir.
Ümumi halda uran-235 nüvəsinin parçalanma reaksiyası belə yazıla bilər:
Neytronlar (7.15)
Parçalanma reaksiyasının mexanizmi nüvənin hidrodinamik modeli çərçivəsində izah edilə bilər. Bu modelə görə, neytron uran nüvəsi tərəfindən udulmuş zaman həyəcanlı vəziyyətə keçir (şək. 7.2).
Neytronun udulması nəticəsində nüvənin aldığı artıq enerji nuklonların daha intensiv hərəkətinə səbəb olur. Nəticədə nüvə deformasiyaya uğrayır ki, bu da qısa mənzilli nüvə qarşılıqlı təsirinin zəifləməsinə gətirib çıxarır. Əgər nüvənin həyəcan enerjisi bəzi enerjidən böyükdürsə aktivləşdirmə enerjisi , sonra protonların elektrostatik itməsinin təsiri altında nüvə emissiya ilə iki hissəyə parçalanır. parçalanma neytronları . Bir neytronun udulması zamanı həyəcan enerjisi aktivləşmə enerjisindən azdırsa, nüvə çatmaz.
parçalanmanın kritik mərhələsidir və -kvant buraxaraq əsasa qayıdır
vəziyyət.
Nüvə parçalanma reaksiyasının mühüm xüsusiyyəti onun əsasında özünü saxlayan nüvə zəncirvari reaksiyasını həyata keçirmək qabiliyyətidir. . Bu, hər bir parçalanma hadisəsi zamanı orta hesabla birdən çox neytronun ayrılması ilə bağlıdır. Parçaların kütləsi, yükü və kinetik enerjisi X və U,(7.15) tipli bir parçalanma reaksiyası zamanı əmələ gələnlər fərqlidir. Bu fraqmentlər mühit tərəfindən sürətlə yavaşlayır, ionlaşmaya, qızmağa və onun strukturunun pozulmasına səbəb olur. Parçalanma fraqmentlərinin kinetik enerjisindən mühitin qızdırılması hesabına istifadəsi nüvə enerjisinin istilik enerjisinə çevrilməsi üçün əsasdır. Nüvə parçalanmasının fraqmentləri reaksiyadan sonra həyəcanlı vəziyyətdə olur və emissiya edərək əsas vəziyyətə keçir. β - hissəciklər və -kvantlar.
Nəzarət olunan nüvə reaksiyası-də həyata keçirilir nüvə reaktoru və enerjinin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur. İlk nüvə reaktoru 1942-ci ildə ABŞ-da (Çikaqo) fizik E.Ferminin (1901 - 1954) rəhbərliyi ilə tikilmişdir. SSRİ-də ilk nüvə reaktoru 1946-cı ildə İ.V.Kurçatovun rəhbərliyi ilə yaradılmışdır. Daha sonra nüvə reaksiyalarını idarə etmək təcrübəsi qazandıqdan sonra atom elektrik stansiyaları tikməyə başladılar.
Sual 27. nüvə sintezi proton və neytronların və ya ayrı-ayrı yüngül nüvələrin birləşmə reaksiyası adlanır, bunun nəticəsində daha ağır nüvə əmələ gəlir. Ən sadə nüvə birləşmə reaksiyaları:
, ΔQ = 17,59 MeV; (7.17)
Hesablamalar göstərir ki, nüvə sintezi reaksiyaları prosesində vahid kütləyə düşən enerji nüvə parçalanması reaksiyalarında ayrılan enerjini əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir. Uran-235 nüvəsinin parçalanma reaksiyası zamanı təxminən 200 MeV buraxılır, yəni. Bir nuklon üçün 200:235=0,85 MeV və birləşmə reaksiyası zamanı (7,17) təqribən 17,5 MeV enerji ayrılır, yəni hər nuklon üçün 3,5 MeV (17,5:5=3,5 MeV). Beləliklə, birləşmə prosesi uranın parçalanması prosesindən təxminən 4 dəfə daha səmərəlidir (parçalanma reaksiyasında iştirak edən nüvənin bir nuklonuna görə hesablanır).
Bu reaksiyaların yüksək sürəti və nisbətən yüksək enerji buraxılması deyterium və tritiumun bərabər komponentli qarışığını problemin həlli üçün ən perspektivli edir. idarə olunan termonüvə sintezi. Bəşəriyyətin enerji problemlərini həll etmək ümidləri idarə olunan termonüvə sintezi ilə bağlıdır. Vəziyyət belədir ki, atom elektrik stansiyaları üçün xammal kimi uranın ehtiyatları Yer kürəsində məhduddur. Lakin okeanların suyunun tərkibində olan deuterium ucuz nüvə yanacağının demək olar ki, tükənməz mənbəyidir. Tritium ilə vəziyyət bir qədər daha mürəkkəbdir. Tritium radioaktivdir (yarımparçalanma müddəti 12,5 ildir, parçalanma reaksiyası belə görünür:), təbiətdə baş vermir. Bu səbəbdən işi təmin etmək füzyon reaktoru tritiumdan nüvə yanacağı kimi istifadə edən, onun çoxalma imkanı təmin edilməlidir.
Bu məqsədlə reaktorun iş zonası reaksiyanın baş verəcəyi yüngül litium izotop təbəqəsi ilə əhatə olunmalıdır.
Bu reaksiya nəticəsində hidrogen izotopu tritium () əmələ gəlir.
Gələcəkdə deuterium və helium izotopunun qarışığı əsasında aşağı radioaktiv termonüvə reaktorunun yaradılması ehtimalı nəzərdən keçirilir, birləşmə reaksiyası aşağıdakı formada olur:
MeV.(7.20)
Bu reaksiya nəticəsində, birləşmə məhsullarında neytronların olmaması səbəbindən reaktorun bioloji təhlükəsi həm nüvə parçalanması reaktorları, həm də deyterium və termonüvə reaktorları ilə müqayisədə dörd-beş böyüklük dərəcəsinə endirilə bilər. tritium yanacağı, radioaktiv materialların sənaye emalına və onların daşınmasına ehtiyac yoxdur, radioaktiv tullantıların utilizasiyasını keyfiyyətcə asanlaşdırır. Bununla belə, gələcəkdə deuterium () ilə helium izotopu () qarışığına əsaslanan ekoloji cəhətdən təmiz termonüvə reaktorunun yaradılması perspektivləri xammal problemi ilə çətinləşir: Yerdəki helium izotopunun təbii ehtiyatları əhəmiyyətsizdir. . Om deuteriumun ekoloji cəhətdən təmiz termonüvənin gələcəyinə təsiri
Yer şəraitində füzyon reaksiyalarının həyata keçirilməsi yolunda, yüngül nüvələrin elektrostatik itələmə problemi nüvə cazibə qüvvələrinin hərəkət etməyə başladığı məsafələrə yaxınlaşdıqda yaranır, yəni. təxminən 10 -15 m, bundan sonra onların birləşmə prosesi səbəbindən baş verir tunel effekti. Potensial maneəni aradan qaldırmaq üçün toqquşan yüngül nüvələrə ≈10 enerji verilməlidir. keV temperatura uyğundur T ≈10 8 K və daha yüksək. Buna görə də təbii şəraitdə termonüvə reaksiyaları yalnız ulduzların daxili hissələrində baş verir. Onların yerüstü şəraitində həyata keçirilməsi üçün maddənin güclü istiləşməsi ya nüvə partlayışı, ya da güclü qaz boşalması, ya da nəhəng lazer şüalanması nəbzi və ya güclü hissəcik şüası ilə bombardmanla lazımdır. Termonüvə reaksiyaları indiyə qədər yalnız termonüvə (hidrogen) bombalarının sınaq partlayışlarında aparılmışdır.
Bir termonüvə reaktorunun idarə olunan termonüvə birləşməsi üçün bir cihaz kimi təmin etməli olduğu əsas tələblər aşağıdakılardır.
Birincisi, etibarlı isti plazma qapağı (≈10 8 K) reaksiya zonasında. Uzun illər bu problemin həlli yolunu müəyyən edən fundamental fikir 20-ci əsrin ortalarında SSRİ, ABŞ və Böyük Britaniyada demək olar ki, eyni vaxtda ifadə olundu. Bu fikir maqnit sahələrinin istifadəsi yüksək temperaturlu plazmanın saxlanması və istilik izolyasiyası üçün.
İkincisi, tritium (yüksək radioaktivliyə malik hidrogenin izotopu) olan yanacaqla işləyərkən birləşmə reaktoru kamerasının divarlarında radiasiya zədələnməsi baş verəcək. Mütəxəssislərin fikrincə, kameranın birinci divarının mexaniki müqaviməti 5-6 ildən çox olmayacaq. Bu, müstəsna yüksək qalıq radioaktivliyə görə qurğunun vaxtaşırı tam sökülməsinə və sonradan uzaqdan idarə olunan robotların köməyi ilə yenidən yığılmasına ehtiyac deməkdir.
Üçüncüsü, termonüvə birləşməsinin təmin etməli olduğu əsas tələb odur ki, termonüvə reaksiyaları nəticəsində ayrılan enerji reaksiyanın özünü saxlamaq üçün xarici mənbələrdən sərf olunan enerjini kompensasiya etməkdən daha çox olacaqdır. "Saf" termonüvə reaksiyaları böyük maraq doğurur,
neytronlar əmələ gətirməyən (bax (7.20) və aşağıdakı reaksiya:
Sual 28 α−, β−, γ− radiasiya.
Altında radioaktivlik bəzi qeyri-sabit atom nüvələrinin radioaktiv şüalanma ilə kortəbii olaraq digər atom nüvələrinə çevrilmə qabiliyyətini başa düşmək.
təbii radioaktivlik təbii olaraq yaranan qeyri-sabit izotoplarda müşahidə olunan radioaktivlik adlanır.
süni radioaktivlik sürətləndiricilərdə və nüvə reaktorlarında aparılan nüvə reaksiyaları nəticəsində alınan izotopların radioaktivliyi adlanır.
Radioaktiv çevrilmələr atomların nüvələrinin strukturunda, tərkibində və enerji vəziyyətində dəyişikliklə baş verir və yüklü və ya neytral hissəciklərin buraxılması və ya tutulması və elektromaqnit təbiətli qısa dalğalı şüaların (qamma şüalanma kvantları) yayılması ilə müşayiət olunur. ). Bu buraxılan hissəciklər və kvantlar birlikdə adlanır radioaktiv (və ya ionlaşdırıcı ) şüalanma və nüvələri bu və ya digər səbəbdən (təbii və ya süni) kortəbii olaraq parçalana bilən elementlər radioaktiv və ya radionuklidlər . Radioaktiv parçalanmanın səbəbləri müsbət yüklü protonların nüvə (qısa mənzilli) cazibə qüvvələri ilə elektromaqnit (uzun mənzilli) itələmə qüvvələri arasında balanssızlıqdır.
ionlaşdırıcı şüalanma– yüklü və ya neytral hissəciklərin və elektromaqnit şüalarının kvantlarının axını, onların bir maddədən keçməsi mühitin atomlarının və ya molekullarının ionlaşmasına və həyəcanlanmasına səbəb olur. Təbiətinə görə foton (qamma şüalanması, bremsstrahlung, rentgen şüalanması) və korpuskulyar (alfa şüalanması, elektron, proton, neytron, mezon) bölünür.
Hal-hazırda məlum olan 2500 nukliddən yalnız 271-i sabitdir, qalanları (90%!) qeyri-sabitdir; radioaktiv; hissəciklərin və ya γ-kvantların emissiyası ilə müşayiət olunan bir və ya bir neçə ardıcıl parçalanma ilə sabit nuklidlərə çevrilirlər.
Radioaktiv şüalanmanın tərkibinin öyrənilməsi onu üç müxtəlif komponentə bölməyə imkan verdi: α-radiasiya müsbət yüklü hissəciklərin axınıdır - helium nüvələri (), β-radiasiya elektronların və ya pozitronların axınıdır, γ radiasiya – qısa dalğalı elektromaqnit şüalanma axını.
Adətən, radioaktivliyin bütün növləri qamma şüalarının - sərt, qısa dalğalı elektromaqnit şüalarının emissiyası ilə müşayiət olunur. Qamma şüaları radioaktiv çevrilmələrin həyəcanlanmış məhsullarının enerjisinin azaldılmasının əsas formasıdır. Radioaktiv parçalanmaya məruz qalan nüvə adlanır ana; ortaya çıxan uşaq nüvə, bir qayda olaraq, həyəcanlı olur və onun əsas vəziyyətə keçməsi kvant emissiyası ilə müşayiət olunur.
Qoruma qanunları. Radioaktiv parçalanma zamanı aşağıdakı parametrlər qorunur:
1. Şarj edin . Elektrik yükü yaradıla və ya məhv edilə bilməz. Müxtəlif nüvələr və hissəciklər arasında fərqli şəkildə paylana bilsə də, reaksiyadan əvvəl və sonra ümumi yük saxlanılmalıdır.
2. Kütləvi sayı yaxud reaksiyadan sonrakı nuklonların sayı reaksiyadan əvvəlki nuklonların sayına bərabər olmalıdır.
3. Ümumi Enerji . Bütün reaksiyalarda və parçalanmalarda Kulon enerjisi və ekvivalent kütlələrin enerjisi qorunmalıdır.
4.impuls və bucaq momentumu . Xətti impulsun qorunması Coulomb enerjisinin nüvələr, hissəciklər və/və ya elektromaqnit şüalanması arasında paylanmasından məsuldur. Bucaq impulsu hissəciklərin spininə aiddir.
α - çürümə atom nüvəsindən emissiya adlanır α− hissəciklər. At α− çürümə, həmişə olduğu kimi, enerjinin saxlanması qanunu yerinə yetirilməlidir. Eyni zamanda, sistemin enerjisindəki hər hansı dəyişiklik onun kütləsindəki mütənasib dəyişikliklərə uyğun gəlir. Buna görə də, radioaktiv parçalanma zamanı ana nüvənin kütləsi parçalanma məhsullarının kütləsindən parçalanmadan sonra sistemin kinetik enerjisinə uyğun olan miqdarda çox olmalıdır (əgər ana nüvə parçalanmadan əvvəl istirahətdə idisə). Beləliklə, halda α− çürümə şərti təmin etməlidir
kütlə nömrəsi olan ana nüvənin kütləsi haradadır AMMA və seriya nömrəsi Z, 
qız nüvəsinin kütləsidir və kütləsidir α−
hissəciklər. Bu kütlələrin hər biri, öz növbəsində, kütlə sayının və kütlə qüsurunun cəmi kimi təqdim edilə bilər:
Bu ifadələri kütlələr üçün bərabərsizliklə (8.2) əvəz edərək, üçün aşağıdakı şərti alırıq α− çürümə:, (8.3)
olanlar. ana və qız nüvələrinin kütləvi qüsurlarının fərqi kütləvi qüsurdan daha çox olmalıdır. α− hissəciklər. Beləliklə, at α− parçalanma zamanı ana və qız nüvələrinin kütləvi sayları bir-birindən dörd fərqli olmalıdır. Kütləvi ədədlər fərqi dördə bərabərdirsə, onda təbii izotopların kütlə qüsurları həmişə artdıqca azalır. AMMA. Beləliklə, üçün (8.3) bərabərsizliyi təmin edilmir, çünki ana nüvə olmalı olan daha ağır nüvənin kütlə qüsuru daha yüngül nüvənin kütlə qüsurundan kiçikdir. Buna görə də, nə vaxt α− nüvə parçalanması baş vermir. Eyni şey əksər süni izotoplara aiddir. İstisnalar bir neçə yüngül süni izotopdur, onlar üçün bağlanma enerjisində sıçrayışlar və buna görə də kütləvi qüsurlarda qonşu izotoplarla müqayisədə xüsusilə böyükdür (məsələn, iki yerə parçalanan berillium izotopu). α− hissəciklər).
Enerji α− nüvələrin parçalanması zamanı əmələ gələn hissəciklər 2 ilə 11 MeV arasında nisbətən dar diapazonda yerləşir.Bu halda enerjinin artması ilə yarımparçalanma dövrünün azalması tendensiyası var. α− hissəciklər. Bu tendensiya xüsusilə eyni radioaktiv ailə daxilində ardıcıl radioaktiv transformasiyalarda özünü göstərir (Geiger-Nattall qanunu). Məsələn, enerji α− uranın parçalanması zamanı hissəciklər (T \u003d 7.1. 10 8 illər) 4.58-dir mev, protaktiniumun çürüməsi ilə (T \u003d 3.4. 10 4 illər) - 5.04 Mevy poloniumun parçalanması zamanı (T \u003d 1.83. 10 -3 ilə)- 7,36mev.
Ümumiyyətlə, eyni izotopun nüvələri buraxa bilər α− bir neçə ciddi şəkildə müəyyən edilmiş enerji dəyəri olan hissəciklər (əvvəlki nümunədə ən yüksək enerji göstərilir). Başqa sözlə, α− hissəciklər diskret enerji spektrinə malikdir. Bu aşağıdakı kimi izah olunur. Yaranan parçalanma nüvəsi, kvant mexanikasının qanunlarına görə, hər birində müəyyən enerjiyə malik olan bir neçə fərqli vəziyyətdə ola bilər. Mümkün olan ən az enerjiyə malik vəziyyət sabitdir və deyilir əsas . Qalan ştatlar adlanır həyəcanlı . Nüvə onlarda çox qısa müddət qala bilər (10 -8 - 10 -12 saniyə) və sonra emissiya ilə daha aşağı enerji ilə (mütləq əsas olana deyil) bir vəziyyətə keçir. γ− kvant.
ərzində α− Çürümənin iki mərhələsi var: formalaşma α− nüvənin nuklonlarından olan hissəciklər və emissiya α− əsas hissəciklər.
Beta parçalanması (radiasiya).Çürümə konsepsiyası üç növ kortəbii nüvədaxili çevrilmələri birləşdirir: elektron - parçalanma, pozitron - parçalanma və elektron tutma ( E- tutmaq).
Alfa-aktiv izotoplardan daha çox beta-radioaktiv izotoplar var. Onlar nüvələrin kütləvi saylarının dəyişməsinin bütün bölgəsində (yüngül nüvələrdən ən ağırlarına qədər) mövcuddur.
Atom nüvələrinin beta parçalanması buna bağlıdır zəif qarşılıqlı əlaqə elementar hissəciklərdir və çürümə kimi müəyyən qanunlara tabe olur. Çürümə zamanı nüvənin neytronlarından biri elektron və elektron antineytrino yayarkən protona çevrilir. Bu proses sxem üzrə baş verir: . (8.8)
Çürümə zamanı nüvənin protonlarından biri pozitron və elektron neytrino emissiyası ilə neytrona çevrilir:
Nüvəyə daxil olmayan sərbəst neytron (8.8) reaksiyaya əsasən kortəbii parçalanır, yarımparçalanma müddəti təqribən 12 dəqiqədir.Bu, ona görə mümkündür ki, neytronun kütləsi a.m.u. proton kütləsindən daha böyük a.m.u. a.m.u dəyəri ilə, bu elektronun istirahət kütləsindən a.m.u. (neytrinoların qalan kütləsi sıfırdır). Sərbəst protonun parçalanması enerjinin saxlanması qanunu ilə qadağandır, çünki nəticədə yaranan hissəciklərin - neytron və pozitronun istirahət kütlələrinin cəmi protonun kütləsindən böyükdür. Beləliklə, protonun parçalanması (8.9) yalnız nüvədə mümkündür, o halda ki, ana nüvənin kütləsi ana nüvənin kütləsindən pozitronun istirahət kütləsindən (qalan kütlələri) artıq bir dəyərlə azdır. pozitron və elektron bərabərdir). Digər tərəfdən, nüvənin bir hissəsi olan neytronun parçalanması halında da oxşar şərt təmin edilməlidir.
(8.9) reaksiyasına görə baş verən prosesə əlavə olaraq, protonun neytrona çevrilməsi elektron neytrinonun eyni vaxtda emissiyası ilə bir elektronu proton tərəfindən tutmaqla da baş verə bilər.
Proses (8.9) kimi, (8.10) da sərbəst protonla baş vermir. Lakin, əgər proton nüvənin içərisindədirsə, o zaman öz atomunun orbital elektronlarından birini tuta bilər, bu şərtlə ki, ana nüvənin və elektronun kütlələrinin cəmi ana nüvənin kütləsindən böyük olsun. Nüvə daxilindəki protonların atomun orbital elektronları ilə görüşməsinin mümkünlüyü onunla bağlıdır ki, kvant mexanikasına görə atomda elektronların hərəkəti Borun nəzəriyyəsində qəbul edildiyi kimi ciddi şəkildə müəyyən edilmiş orbitlər üzrə baş vermir. nəzəriyyə, lakin atomun daxilindəki məkanın hər hansı bir bölgəsində, xüsusən də nüvənin tutduğu bölgədə bir elektronla görüşmək ehtimalı var.
Orbital elektronun tutulması nəticəsində nüvənin çevrilməsinə deyilir E- tutmaq. Çox vaxt nüvəyə ən yaxın olan K-qabağına aid bir elektronun tutulması (K-tutma) baş verir. Növbəti L-qabıq (L-tutma) hissəsi olan elektronun tutulması təxminən 100 dəfə daha az baş verir.
Qamma şüalanması. Qamma şüalanması son dərəcə qısa dalğa uzunluğuna malik olan və nəticədə açıq korpuskulyar xüsusiyyətlərə malik qısa dalğalı elektromaqnit şüalanmasıdır, yəni. enerji ilə kvant axınıdır ( ν − şüalanma tezliyi), impuls və spin J(vahidlərlə ħ ).
Qamma şüalanma nüvələrin parçalanmasını müşayiət edir, hissəciklərin və antihissəciklərin məhvi zamanı, mühitdə sürətli yüklü hissəciklərin ləngiməsi zamanı, mezonların parçalanması zamanı baş verir, kosmik şüalanmada, nüvə reaksiyalarında və s.aralıq, az həyəcanlı dövlətlər. Buna görə də eyni radioaktiv izotopun şüalanması enerji qiymətlərinə görə bir-birindən fərqlənən bir neçə növ kvant ehtiva edə bilər. Nüvələrin həyəcanlanmış hallarının ömrü adətən onların enerjisi azaldıqca və nüvənin başlanğıc və son vəziyyətlərində spinləri arasındakı fərq artdıqca kəskin şəkildə artır.
Kvant emissiyası atom nüvəsinin enerji ilə həyəcanlanmış vəziyyətdən radiasiyaya keçidi zamanı da baş verir. E i enerji ilə yerə və ya daha az həyəcanlanmış vəziyyətə E k (Ei >Ek). Enerjinin saxlanma qanununa (nüvənin geri çəkilmə enerjisinə qədər) uyğun olaraq kvant enerjisi aşağıdakı ifadə ilə təyin olunur: . (8.11)
Şüalanma zamanı impulsun və bucaq momentinin saxlanma qanunları da təmin edilir.
Nüvənin enerji səviyyələrinin diskretliyinə görə radiasiya enerji və tezliklərin xətti spektrinə malikdir. Əslində, nüvənin enerji spektri diskret və davamlı bölgələrə bölünür. Diskret spektrin bölgəsində nüvənin enerji səviyyələri arasındakı məsafələr enerji enindən çox böyükdür. G Bu vəziyyətdə nüvənin ömrü ilə müəyyən edilən səviyyə:
Zaman həyəcanlanmış nüvənin parçalanma sürətini təyin edir:
ilkin zamanda nüvələrin sayı haradadır (); bir anda çürüməmiş nüvələrin sayı t.
Sual 29. Yerdəyişmə qanunları. Bir hissəcik buraxarkən nüvə iki proton və iki neytron itirir. Buna görə də yaranan (qız) nüvədə ilkin (ana) nüvə ilə müqayisədə kütlə sayı dörd, seriya nömrəsi isə iki azdır.
Beləliklə, çürümə zamanı dövri cədvəldə orijinal ilə müqayisədə solda iki hüceyrə yer tutan bir element əldə edilir: (8.14)
Çürümə zamanı nüvənin neytronlarından biri elektron və antineytrino (-parçalanma) emissiyası ilə protona çevrilir. Çürümə nəticəsində nüvədəki nuklonların sayı dəyişməz olaraq qalır. Buna görə də kütlə sayı dəyişmir, başqa sözlə, bir izobarın digərinə çevrilməsi baş verir. Bununla belə, qız nüvəsinin yükü və onun sıra nömrəsi dəyişir. -Çürümə zamanı neytron protona çevrildikdə seriya nömrəsi bir artır, yəni. bu halda, dövri cədvəldə orijinal ilə müqayisədə bir-bir sağa sürüşən bir element görünür:
Çürümə zamanı proton neytrona çevrildikdə seriya nömrəsi bir azalır və yeni əldə edilən element dövri cədvəldə bir hüceyrə ilə sola sürüşür:
(8.14) − (8.16) ifadələrində X- ana nüvənin simvolu, Y qız nüvəsinin simvoludur, helium nüvəsidir; A= 0 və Z= –1 və pozitron, bunun üçün A= 0 və Z=+1.
Təbii olaraq radioaktiv nüvələr əmələ gəlir üç radioaktiv ailə çağırdı uran ailəsi (), torium ailəsi () və aktiniya ailəsi (). Ən uzun yarı ömrü olan uzunömürlü izotoplar üçün adlarını aldılar. α- və β-parçalanma zəncirindən sonra bütün ailələr qurğuşun izotoplarının sabit nüvələrində bitir - , və. Transuran elementi neptuniumdan başlayan neptun ailəsi süni yolla alınmış və vismut izotopu ilə bitir.
Nüvə qarşılıqlı təsiri nüvələrdə xüsusi var olduğunu göstərir nüvə qüvvələri , klassik fizikada məlum olan güc növlərinin heç birinə (qravitasiya və elektromaqnit) azalda bilməz.
nüvə qüvvələri qısa mənzillidir qüvvələr. Onlar yalnız 10-15 m nizamlı nüvədə nuklonlar arasında çox kiçik məsafələrdə görünür.Uzunluğu (1,5-2,2) 10-15 m adlanır. nüvə qüvvələrinin diapazonu.
Nüvə qüvvələri kəşf edir müstəqillik yükləyin : iki nuklon arasındakı cazibə nuklonların yük vəziyyətindən asılı olmayaraq eynidir - proton və ya neytron. Nüvə qüvvələrinin yük müstəqilliyi bağlayıcı enerjilərin müqayisəsindən görünür güzgü nüvələri . Nüvələr nə adlanır?,burada nuklonların ümumi sayı eynidir,lakin birindəki protonların sayı digərindəki neytronların sayına bərabərdir. Məsələn, helium və ağır hidrogen nüvələri - tritium. Bu nüvələrin bağlanma enerjiləri 7,72 MeV və 8,49 MeV-dir.
Nüvələrin bağlanma enerjilərindəki fərq 0,77 MeV-ə bərabərdir, nüvədəki iki protonun Kulon itələmə enerjisinə uyğundur. Bu dəyərin -ə bərabər olduğunu fərz etsək, orta məsafəni tapa bilərik r nüvədəki protonlar arasında 1,9·10 -15 m təşkil edir ki, bu da nüvə qüvvələrinin radiusunun dəyərinə uyğundur.
Nüvə qüvvələri var doyma xüsusiyyəti , olanda özünü büruzə verir, nüvədəki bir nuklon yalnız ona ən yaxın olan məhdud sayda qonşu nuklonlarla qarşılıqlı təsir göstərir.. Məhz buna görə də nüvələrin bağlanma enerjilərinin onların kütlə saylarından xətti asılılığı vardır. A. Nüvə qüvvələrinin demək olar ki, tam doyması α-hissəcikdə əldə edilir ki, bu da çox sabit formalaşmadır.
Nüvə qüvvələrindən asılıdır spin istiqamətləri qarşılıqlı təsir edən nuklonlar. Bu, orto- və para-hidrogen molekulları tərəfindən neytron səpilməsinin fərqli xarakteri ilə təsdiqlənir. Ortohidrogen molekulunda hər iki protonun spinləri bir-birinə paralel, parahidrogen molekulunda isə antiparaleldir. Təcrübələr göstərdi ki, neytronların parahidrogenlə səpilməsi ortohidrogenin səpilməsindən 30 dəfə çoxdur. Nüvə qüvvələri mərkəzi deyil.
Beləliklə, siyahıya salaq nüvə qüvvələrinin ümumi xassələri :
qısa məsafəli nüvə qüvvələri ( R~ 1 fm);
böyük nüvə potensialı U~ 50 MeV;
· nüvə qüvvələrinin qarşılıqlı təsir göstərən hissəciklərin spinlərindən asılılığı;
· nuklonların qarşılıqlı təsirinin tenzor xarakteri;
· nüvə qüvvələri nuklonun spin və orbital momentlərinin qarşılıqlı oriyentasiyasından asılıdır (spin-orbit qüvvələri);
nüvə qarşılıqlı əlaqəsi doyma xüsusiyyətinə malikdir;
nüvə qüvvələrinin müstəqilliyi;
nüvə qarşılıqlı təsirinin mübadilə xarakteri;
böyük məsafələrdə nuklonlar arasında cazibə ( r> 1 fm), kiçikdə itələmə ilə əvəz olunur ( r < 0,5 Фм).
in nuklonlar arasında qarşılıqlı təsir nüvə sahəsinin kvantlarının emissiyası və udulması nəticəsində yaranır. – π- mezonlar . Onlar nüvə sahəsini fotonların mübadiləsi nəticəsində yaranan elektromaqnit sahəsinə bənzətməklə müəyyən edirlər. Kütləvi kvantların mübadiləsi nəticəsində yaranan nuklonlar arasında qarşılıqlı təsir m, potensialın meydana çıxmasına gətirib çıxarır U mən ( r):
.
Demolara baxmaq üçün müvafiq hiperlinkə klikləyin:
nüvə qüvvələri(ing. Nüvə qüvvələri) atom nüvəsindəki nuklonların qarşılıqlı təsir qüvvələridir. Nuklonlar arasındakı məsafənin artması ilə onlar sürətlə azalır və 10 -12 sm-dən yuxarı məsafələrdə demək olar ki, görünməz olurlar.
Elementar hissəciklərin sahə nəzəriyyəsi nöqteyi-nəzərindən nüvə qüvvələri əsasən yaxın zonada nuklonların maqnit sahələrinin qarşılıqlı təsir qüvvələridir. Böyük məsafələrdə belə qarşılıqlı təsirin potensial enerjisi 1/r 3 qanununa uyğun olaraq azalır - bu, onların qısa məsafəli təbiətini izah edir. Məsafədə (3 ∙10 -13 sm) nüvə qüvvələri dominant olur, (9,1 ∙10 -14 sm) az məsafədə isə daha güclü itələyici qüvvələrə çevrilir. Nüvə qüvvələrinin mövcudluğunu nümayiş etdirən iki protonun elektrik və maqnit sahələrinin qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisinin qrafiki şəkildə göstərilmişdir.
Proton - proton, proton - neytron və neytron - neytron qarşılıqlı təsirləri bir qədər fərqli olacaq, çünki proton və neytronun maqnit sahələrinin quruluşu fərqlidir.
Nüvə qüvvələrinin bir neçə əsas xassələri var.
1. Nüvə qüvvələri cazibə qüvvələridir.
2. Nüvə qüvvələri qısa fəaliyyət göstərir. Onların hərəkəti yalnız təxminən 10-15 m məsafədə özünü göstərir.
i nuklonları arasındakı məsafənin artması ilə nüvə qüvvələri sürətlə sıfıra enir və onların təsir radiusundan ((1,5 2,2) 1 0 ~ 15 m) kiçik məsafələrdə, nüvə qüvvələrinin nüvə qüvvələrindən təxminən 100 dəfə böyük olduğu ortaya çıxır. Eyni məsafədə protonlar arasında hərəkət edən Coulomb qüvvələri.
3. Nüvə qüvvələri yük müstəqilliyini nümayiş etdirir: iki nuklon arasındakı cazibə sabitdir və nuklonların (proton və ya neytron) yük vəziyyətindən asılı deyildir. Bu o deməkdir ki, nüvə qüvvələri qeyri-elektron xarakter daşıyır.
Nüvə qüvvələrinin yük müstəqilliyi güzgü nüvələrindəki bağlama enerjilərinin müqayisəsindən görünür. Nuklonların ümumi sayı eyni olan nüvələr adlanır, birindəki bu protonların sayı digərindəki neytronların sayına bərabərdir.
4. Nüvə qüvvələri doyma xassəsinə malikdir, yəni nüvədəki hər bir nuklon yalnız ona ən yaxın olan məhdud sayda nuklonlarla qarşılıqlı əlaqədə olur. Doyma özünü onda göstərir ki, nüvədəki nuklonların xüsusi bağlanma enerjisi nuklonların sayının artması ilə sabit qalır. Nüvə qüvvələrinin demək olar ki, tam doyması çox sabit olan a-hissəciklə əldə edilir.
5. Nüvə qüvvələri qarşılıqlı təsir göstərən nuklonların spinlərinin qarşılıqlı oriyentasiyasından asılıdır.
6. Nüvə qüvvələri mərkəzi deyil, yəni qarşılıqlı təsir göstərən nuklonların mərkəzlərini birləşdirən xətt üzrə hərəkət etmir.
Nüvə qüvvələrinin mürəkkəbliyi və qeyri-müəyyən təbiəti, eləcə də nüvənin bütün nuklonlarının hərəkət tənliklərinin dəqiq həllinin çətinliyi (kütləvi nömrə A olan nüvə A cisimləri sistemidir, vahid nüvəni inkişaf etdirməyə imkan vermədi. Bu günə qədər atom nüvəsinin əlaqəli nəzəriyyəsi.
35. Radioaktiv parçalanma. Radioaktiv çevrilmə qanunu.
radioaktiv parçalanma(latdan. radius"şüa" və aktiv"effektiv") - elementar hissəciklər və ya nüvə parçaları yaymaqla qeyri-sabit atom nüvələrinin tərkibində kortəbii dəyişiklik (yük Z, kütlə sayı A). Radioaktiv parçalanma prosesi də adlanır radioaktivlik, və müvafiq elementlər radioaktivdir. Tərkibində radioaktiv nüvələr olan maddələrə də radioaktiv deyilir.
Müəyyən edilmişdir ki, atom nömrəsi 82-dən çox olan bütün kimyəvi elementlər (yəni vismutdan başlayaraq) və bir çox yüngül elementlər (prometium və texnetiumun sabit izotopları yoxdur və indium, kalium və ya kalsium kimi bəzi elementlər, təbii izotopların bir hissəsi sabit, digərləri isə radioaktivdir).
təbii radioaktivlik- təbiətdə olan elementlərin nüvələrinin kortəbii parçalanması.
süni radioaktivlik- müvafiq nüvə reaksiyaları vasitəsilə süni şəkildə alınan elementlərin nüvələrinin kortəbii parçalanması.
radioaktiv parçalanma acon- radioaktiv parçalanmanın intensivliyinin zamandan və nümunədəki radioaktiv atomların sayından asılılığını təsvir edən fiziki qanun. Frederik Soddi və Ernest Ruterford tərəfindən kəşf edilmişdir
Qanun ilk olaraq belə formalaşdırıldı :
Radioaktiv məhsullardan birinin ayrıldığı və aktivliyinin öyrənildiyi bütün hallarda, onun əmələ gəldiyi maddənin radioaktivliyindən asılı olmayaraq müəyyən edilmişdir ki, bütün tədqiqatlarda həndəsi proqressiya qanununa uyğun olaraq zaman keçdikcə aktivlik azalır.
nə ilə Bernoulli teoremləri alimlər yekunlaşdırdı [ mənbə dəqiqləşdirilməmiş 321 gün ] :
Transformasiya sürəti həmişə transformasiyaya məruz qalmamış sistemlərin sayına mütənasibdir.
Qanunun bir neçə formulası var, məsələn, diferensial tənlik şəklində:
bu o deməkdir ki, qısa zaman intervalında baş verən çürümələrin sayı nümunədəki atomların sayı ilə mütənasibdir.
