Семей 2014 Мазмұны



жүктеу 1.04 Mb.
бет5/8
Дата02.05.2016
өлшемі1.04 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8
: ebook -> umkd
umkd -> Семей мемлекеттік педагогикалық институты
umkd -> 5 в 020500 «Бастауыш оқытудың педагогикасы мен әдістемесі»
umkd -> «Баспа қызметіндегі компьютерлік технологиялар»
umkd -> Гуманитарлық-заң, аграрлық факультетінің мамандықтарына арналған
umkd -> 5B050400 «Журналистика» мамандығына арналған
umkd -> Әдебиет (араб тілінде «адаб» үлгілі сөз) тыңдарман, оқырманның ақылына, сезіміне, көңіліне бірдей әсер беретін дарынды сөз зергерлерінің жан қоштауынан туған көрнек өнері
umkd -> 5В020500 «Филология: қазақ тілі» мамандығына арналған ХІХ ғасырдағы қазақ әдебиеті пәнінің
umkd -> «Өлкетану тарихы және мәдениеті»
umkd -> Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі шәКӘрім атындағы семей мемлекеттік
umkd -> 5 в 011700 : -«Қазақ тілі мен әдебиеті» мамандығына арналған

8-дәріс. Атом ядросының физикасы. Ядро өзара әсерлеуші протон-нейтрон бөлшектерінің жүйесі.Массалық сан. Ядроның электр заряды. Изотоптар мен изобаралар. Ядроның құрылуы. Масс-спектрометр. Массаның ақауы. Ядроның байланыс энергиясы. Ядролық күштер. Ядролардың орнықтылығы. Атом ядросының модельдері.



    1. Атом ядросы және оны сипаттау

Ядро деп атомның барлық массасы және оның оң электрлік заряды шоғырланған атомның ортаңғы бөлігін айтады.

Металл фольга арқылы -бөлшектің өтуін зерттеген Резерфорд тәжіри-белерінде атом ядросының өлшемі шамамен 10 / 10 м болатынын байқаған. Ал атомның өзінің сызықтық өлшемі шамамен 10 м болады.

Атом ядросы элементар бөлшектерден – протоннан (р) және нейтроннан (n) тұрады, олар бір бөлшектің екі зарядттық күйі – нуклон деп есептеледі. Иротон абсолют шамасы бойынша электрон зарядына тең оң электр зарядына ие. Нейтронның электр заряды жоқ. Нуклондар массасы мынаған тең

m = 1,6726 * 10 кг 1836me
m = 1,6749*10 кг 1839me
Атом ядросындағы нуклондардың жалпы саны А-массалық сан деп аталады.

Ядроның заряды Ze шамасына тең, мұндағы е-электрон заряды, Z- ядродағы проондар санына тең ядроның зарядтық саны ( ол – элементтердің Периодттық жүйесіндегі химиялық элементтің реттік нөмірімен, яғни атомдық нөмірімен сәйкес келеді).

Атомдық нөмірі Z және массалық саны А химиялық элементтің ядросы Х былай белгіленеді:



Атом нейтрал болғандықтан, ядроның заряды атомдағы электрондар санын анықтайды.



Изотоптар деп Z атомдық нөмірі (заряды немесе протондар саны) бірдей, А массалық саны (яғни, нейтрондар саны N=A-Z) әр түрлі ядроларды айтады. Мысалы сутегінің изотоптары (Z=1): протий -  (Z =1, N=0), дейтерий  (Z=1,N=1),тритий  (Z =1, N=2).

Изобаралар деп A массалық саны бірдей, Z атомдық нөмірі әр түрлі ядроларды айтады. Мысалы, (қорғасын),  (висмут).

Изотондар деп N=A-Z нейтрондар саны бірдей ядроларды айтады. Мысалы,  (көміртегі),  (азот),  (оттегі).

Атом ядросы терминімен қатар нуклид термині жиі қолданылады.

Табиғаттағы элементтердің ең ауыры  уран изотопы, 92-ден жоғары атомдық нөмірі бар элементтерді трансурандық элементтер деп атайды. Олардың барлығы түрлі ядролық реакциялар нәтижесінде жасанды түрде алынған.
8.2. Массаның ақауы және ядроның байланыс энергиясы

Көптеген ядролар орнықты болғандықтан, нуклондар арасында


ядролық (күіиті) әсврлесу бар. Ядролық әсерлесу деғеніміз таңбасы бірдей
зарядталған протондардың тебілетініне карамастан, ядролардың
орныктылығын камтамасыз ететін тартылыс күші.

Ядролардың байланыс энергиясы Ебайл дегеніміз ядроны күраушы
нуклондарға кинетикалык энергия бермей-ак, ядроны нуклондарға
ажыратуға жасалатын жүмыска тең физикалык шама.

Энергияның сакталу заңынан ядро түзілген кезде, ядроны оны күраушы


нуклондарға ажыраткан кезде жүмсалатындай энерғия бөлінуі кажет.
Ядроның байланыс энергиясы ядродағы барлык нуклондар энергиялары мен олардың еркін күйдеғі энергиялары арасындағы айырымы болып табылады.

Атом ядросындағы нуклондардың байланыс энергиясы:


E=mc2=[Zmp+(A-Z)mn-mя 2=[ZmH+(A-Z)m-M c2]
мұндағы тр, тп, тя - сэйкесіншепротонның, нейтронның жэне ядроның массалары; тн = трп-  сутегі атомының массасы; Ма-берілғен заттың атомдык массасы.

Байланыс энергиясына сәйкескелетін т массасы


Nm=  =Zmp+(A-Z)mn-mя
ядро массасының ақауы деп аталады. Барлык нуклондардың массасы
олардан ядро түзілғен кезде осы шамаға азаяды.

Меншікті байланыс энергиясы деп бір нуклонға келетін байланыс


энергиясын айтады:





Ол атомдық ядролар-дың орнықтылығын (мыктылығын) сипаттайды,
яғни байл көп болған
сайын, ядро орнықты
болады.

Суретте меншікті


байланыс энергиясының массалық санға тәуелділігі келтірілген. Көбіне Периодтык кестенің ортаңғы бөлігіндегі ядролар (28 < < 138) орнықты болып келеді. Бұл ядроларда 6айл ~ 8,7 МэВ құрайды (салыстыру үшін, атомдағы валенттік электронның байланыс энергиясы шамамен 10 эВ, яғни миллион есе аз екенін көруге болады). Ауыр ядроларға карай откен сайын меншікті байланыс энерғиясы азая береді, ядродағы протондар саны арткан сайын олардың кулондык тебілу энергиясы да арта береді (мысалы, уран  үшін ол 7,6 МэВ күрайды). Сондықтан нуклондар арасындағы байланыс күштіліғі азайып, ал ядроның орныктылығы да кемиді.

1) Ауыр ядроларды жеңілірек ядроларға бөлу; 2) жеңіл ядролардың бір бірімен ауырырак ядроға бірігуі энергетикалық тиімді. Екі проңесс кезінде де энергияның көп мөлшері болінеді; Бүл проңестер практикада жүзеге асырылған: ядроның бөліну реакңиялары жэне ядроның термоядролык синтез реакңиялары.


Ядролық күштердің қасиеттері

  1. Ядролык күштер тартылыс күштері болып табылады;

  2. Ядролық күштер қысқа қашықтықта ғана әсер етеді, шамамен

10-15м арақашықтыкта әсері білінеді.

  1. Ядролық күштерге зарядтардыц тәуелсіздік қасиеті тән: кез келген екі нуклонның арасындағы тартылыстың нуклондардың зарядтык күйіне (протондық немесе нейтрондық) тәуелсіздігі бірдей; ядролык күштердің табиғаты электрлік емес;

  2. Ядролық күштерге қанығу қасиеті тән: ядродағы эрбір нуклон оған жакын нуклонның тек шектелген санымен эсерлеседі;

  3. Ядролык күштер әсерлесетін нуклондар спинінің өзара бағытталуына тәуелді. Мысалы, протон мен нейтронның спиндері параллель бағытталған да ғана, олар  дейтерий изотопының ядросы дейтронды түзеді.

  4. Ядролык күштер ңентрлік емес, яғни әсерлесетін нуклондар ңентрін косатын сызык бойымен әсер етпейді.



9-дәріс. Табиғи және жасанды радиоактивтілік. Радиоактивтіліктің ыдырау заңы. Жартылай ыдырау периоды. Ығысу ережесі. Радиоактивтілік катары.

9.1. Радиоактивті сәулелену және оның түрлері

Радиоактивтілік 1896 жылы француз физигі Анри Беккерел уран түздарының люминесценциясын окып-зерттеген кезде ашылды. Уран тұздары сыртқы эсерсіз (өздігінен) табигаты белгісіз сэуле шығарған, ол жарықтан қорғавлған фотопластинаны жарықтандырып, ауаны иондап, жұка металл пластина арқылы өтіп, бір катар заттардың люминесценциясын тудырган. Құрамында полоний жэне  радийі бар заттарда осы касиеттерге ие болған.

Байкалған сэуле радиоактивті сәуле деп, ал радиоактивті сэулені шығару кұбылысы -радиоактивтілік деп аталды.

Радиоактивтілікті табиги жэне жасанды деп бөледі.

Табиги радиоактивтілік деп табиғаттағы орнықты емес изотоптарда байқалатын радиоактивтілікті айтады. Жасанды радиоактивтілік деп ядролық реакциялар нәтижесінде алынған изотоптардың радиоактивтілігін айтады.

Радиоактивті сэулеленудің үш түрі бар: -, -, -сәулелену. -, -, - сәулелердің құрамы олардың магнит өрісінде ауытқуы бойынша тағайындалған.



-сәулелену электр жэне магнит өрістерінде ауытқиды, иондау кабілетке жоғары жэне өту кабілеті аз (-сәулелер калыңдығы 0,05 мм алюминий кабатында жұтылады). әулеленү гелий ядроларының ағыны болып табылады, а-бөлшектің заряды +2е-ға тең, ал массасы  гелий изотопының массасына сәйкес келеді.

-сәулеленү де электр жэне магнит өрістерінде ауытқиды, оның иондау кабілеті а-сәуленің иондау кабілетінен екі есе аз, ал өту қабілеті керісінше коп (калыңдығы 2 - 3 мм алюминий кабатында жұтылады).  –сәулелену шапшаң электрондардың ( -ыдырау) немесе позитрондардың ( + -ыдырау) ағыны болып табылады.

-сәулелену электр жэне магнит өрістерінде ауытқымайды, иондау кабілеті салыстырмалы түрде төмен, ал өту қабілеті өте үлкен (мысалы, калыңдығы 5 см корғасын кабатынан өтеді), кристалл аркылы өткен кезде дифракция байкалады. γ-сәулелену толкын үзындығы өте аз  < 10-10м қыска толкынды электромагниттік сәулелену болып табылады, соның нәтижесінде корпускулалык қасиеті айқын өрнектелген, яғни у-кванттар бөлшектерінің (фотондардың) ағыны болып табылады.


9.2. Радиоактивтіліктің ыдырау заңы

Радиоактивті ыдырау деп ядролардың өздігінен табиғи радиоактивті айналуы. Радиоактивті ыдырауға үшырайтын ядро аналык, ал туындаған ядро

Сонымен гамма-сәулелену - радиоактивті айналулар кезінде коздырылган өнімдер энергияларының азаюының негізгі формасы.

Атомдык ядролардың өздігінен ыдырауы радиоактивтіліктің ыдырау заңына бағынады
N
мұндағы N0 - алғашқы t = 0 уақыт мезетіндегі заттың берілген көлеміндегі

ядролардың саны, N - t уақыт мезетіндегі сол көлеміндегі ядролардың саны,  - ыдыраудың түрақтысы - 1 с ішінде ядроның ыдырау ықтималдылығы деген мағынаға ие жэне бірлік уақыт ішінде ыдыраған ядролардың үлесіне тең.

Радиоактивті ыдыраудың теориясы екі үйғарымға негізделеді: 1) ыдырау тұрақгысы сыртқы жағдайларға тэуелсіз; 2) dt уақыт ішінде ыдыраған ядролардың саны нақты ядролар санына пропорционал (ядролар санының кемуі: - dN = λNdt, олай болса, ыдырау заңын айнымалыларды бөліп және dN/N = -λdt өрнегш интегралдап аламыз).

Радиоактивті ыдырау процесінің каркындылығын екі шама сипаттайды: 1) Т1/2 жартылай ыдырау периоды және 2) радиоактивті ядролардың  орmаша өмір сүру уақыты.



Жартылай ыдырау периоды Т1/2 - бастапкы радиоактивті ядролардың саны екі есеге азаятын уакыт:


dN ядролардың қорытқы өмір сүру уақыты мынаған тең: t|dN|= tλNdt. Барлық алғашқы ядролардың  орташа өмір сүру уақыты мынаған тең:



dt

Радиоактивті сәуле көзіндегі А нуклидтің активтілігі деп 1 с ішіндегі ядро үлгілерінде өтетін ыдыраулардың санын айтады:


Активтіліктің өлшем бірлігі - беккерель (Бк): 1 Бк - 1 с ішінде бір ыдырау өтетін нуклидтің активтілігі. Радиоактивті сәуле көзіндегі нуклидтің активтілігінің жүйеден тыс өлиіем бірлігі - кюри (Ки).




9.3. Ығысу ережесі. Радиоактивтілік қатары

Радиоактивті ыдырау кезінде электр зарядтарының ссщталу заңы



және массалық сандардың сақталу заңдары

орындалады, мұндағы Zяе жэне Ая -сэйкесінше аналык ядроның заряды мен массалық саны; Ziе жэне Ai-радиоактивті ыдыраудың нэтижесінде алынған бөлшектің заряды мен массалык саны.

Берілген аналык ядродан эр түрлі типті радиоактивті ыдыраудың нэтижесінде қандай ядро пайда болатынын тагайындауға мүмкіндік беретін ыгысу ережесі осы заңдардың салдары болып табылады:



+ α-ыдырау үшін

+ β--ыдырау үшін

+ β+ -ыдырау үшін
мүндағы -аналык (материнское) ядро, Ү-төлдік (дочернее) ядроның символы, - гелий ядросы (а-бөлшек), - электронның символдық белгіленуі, -поэитронның символдық белгіленуі (тыныштық массасы электрондікіндей, спині 1/2, электр заряды оң + е бөлшектер)

Радиоактивті ыдыраудың нәтижесінде пайда болған ядролар радиоактивті боып келеді. Бұл тұракты элементтен аяқталатын радиоактивті түрленулер тізбегінің немесе қатарының туындауына экеледі. Осындай тізбекті түзетін элементтердің жиынтығын радиоактивті ядролардың топтамасы деп атайды.

Радиоактивті ядролар уран элементтерінің тонтамасы (), торий элементтерінің топтамасы (), актиний элементтерінің топтамасы ) деп аталатын үіи радиоактивті тонтама түзеді. Олар

- және -ыдыраулардан кейін корғасынның ,  жэне тұракты изотоптарында аякталады. Радиоактивті топтамалардың төртіншісі нептунии элементтерінщ топтамасы, ол жасанды түрде алынған нептуний трансурандық элементтен басталып  висмутта аяқталады.
10-дәріс. α-ыдырау. α-бөлшектердің спектрі. а-ыдырау периодының а- бөлшектердің энергиясына тэуелділігі. а-ыдырау нәтижелерінен ядроның олшемін анықтау. β-ыдырау. β-ыдыраудың түрлері. Электрондардың энергетикалык спектрлері. Рұхсат етілғен жэне тиым салынған β-ауысулар. Ядролардың γ-сәулесін шығаруы. Электрлік және магниттік ауысулар. Ядролық изомерия. γ - кванттардың ішкі конверсиясы. Ядролық γ-резонанс.

10.1. Альфа-ыдырау

Негізінен α-ыдырау ауыр ядроларға (А> 200,Z >82) тән. α-ыдырау ығысу ережесіне бағынады, мысалы,  уран изотопының ыдырауы нэтижесінде  торий элементі түзіледі:


Заманауи көзқарастарға сэйкес а-бөлшектер екі протон мeн eкі нeйтронның бірігуі салдарынан ауыр ядроның ішінде түзіледі. Осылай түзілген бөлшек жеке протондарға карағанда ядрода калған протоннан күштірек тебіледі. Бір уақытта а-бөлшек жеке нуклондарға карағанда ядродағы нуклондарға аздау ядролык тартылу үшырайды.

Ыдырау кезіндегі ұшып шыққан α-бөлшектердің энергиясы өте жогары -1,4 ÷ 2 • 107м/с, бұл 4 ÷ 8,8 МэВ энергияға сэйкес келеді. Резерфорд тәжірибелері көрсеткендей, тіпті мүндай жылдамдығы бар α-бөлшектер де ядроға ядролык күштердің әсері басталатын арақашықтыққа жақындай алмайды және ядрода α-бөлшектің шашырауы тек кулондык әсерлесумен түсіндіріледі. Сонымен, мынадай корытынды жасауға болады, ядро биіктігі 8,8 МэВ-тан кем емес потенциальдық тосқауылмен коршалған.

Баска жағынан, уран шығаратын α-бөлшектердің энергиясы 4,2 МэВ. Олай болса, α-бөлшектер ядродан туннельді эффект салдарынан потенңиальдык тоскауылдың биіктігінен едәуір кем энерғиямен ұшып шығады.

α-бөлшектер үшін Г1/2 жартылай ыдырау периоды мен Е ұшып шыққан бөлшектер энерғиясы арасындағы тәуелділіктің кушті болуы тэн. Бүл тәуелділік Гейгер-Нэттол заңымвн анықталады:

мұндағы А жэне В тэжірибеден аныкталатын эмпирикалык тұрақты, λ = ln2/T1/2 Яа - а-бөлшектің ауада еркін жүру ұзындыгы - толық тоқтағанша бөлиіектің жүретін жолының арақашықтығы.

Сонымен, жартылай ыдырау периоды аз болған сайын, α-бөлшектің ауада еркін жүру үзындығы көп, олай болса, оның энергиясы да көп.

α-бөлшектің ауадағы еркін жүру үзындығы (калыпты жағдайда) бірнеше сантиметрді қүрайды, тығыздыгы көбірек орталарда, ол едәуір аз, миллиметрдің жүздік үлесін күрайды (а-бөлшекті кэдімғі кағаз парағымен үстауға болады).

Берілген радиоактивті элементтен шығарылған а-болшектердің энергетикалық спектрі α-бөлшектердің бірнеше тобы шығарылатын «жіңішке» қүрылымды байқайды жэне де олардың энергиялары эрбір топтың шегінде түракты. α-бөлшектердің дискретті спектрі атом ядролары дискретті энергетикалық деңгейлерге ие екенінің дәлелі.



1   2   3   4   5   6   7   8


©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет