Массалық сандары А бірдей, зарядтық сандары Z әр түрлі нуклидтерді изобаралар (бірдей ауыр деген сөз) деп атайды.

Қазіргі кезде химиялық элементтердің бәрінің де изотоптары бар екені белгілі.

Ядро деп, атомның барлық массасы және оның электрлік заряды жинақталған, атомның орталық бөлігін айтады.

Барлық атомдардың ядролары протон мен нейтрон деп аталатын элементар бөлшектерден тұрады. Бұл бөлшектерді көбіне нуклондар деп атайды. Ең қарапайым деп саналатын сутегі атомының ядросы бір протоннан, яғни бір нуклоннан тұрады.

Протон. Протон р әрпімен белгіленеді, оның заряды және массасы

938,28 МэВ[1]. (1)

Салыстыру үшін электронның массасын келтіретін болсақ, ол мынаған тең болады:

0,511 МэВ. (2)

(1) және (2) теңдіктерінен протон мен электронның массаларының арасында мынадай қатынас орын алатынын көреміз:

1836 . (3)

Протонның спині () ж»не меншікті магниттік моменті бар:

, (4)

мұндағы:

=5,05·10^-24 эрг/Гс (5)

ядролық магнетон деп аталатын магнит моментінің бірлігі. Бор магнетонымен ( =0,927·10^-20 эрг/Гс) салыстырсақ, шамасы -дан 1836 есе кіші болатындығы шығады. Демек, протонның меншікті магниттік моменті электронның магниттік моментінен шамамен 660 есе кіші болады.

Нейтрон. Нейтронды () 1932 ж. ағылшын физигі Д. Чедвик ашқын болатын. Оның электрлік заряды жоқ, бейтарап бөлшек, ал массасына келсек, ол

1,00867 м.а.б.=939,57 МэВ. (6)

протон массасына өте жақын. Нейтрон мен протонның массаларының айырымы шамамен 2,5 электронның массасына тең.

Нейтронның спині де протонның спиніндей () және (электрлік заряды жоқ бейтарап бөлшек болғанымен) меншікті магниттік моменті бар

. (7)

(минус таңбасы меншікті механикалық және магниттік моменттерінің бағыттары қарама-қарсы екенін көрсетеді).

Еркіндік жағдайында (күйінде) нейтрон тұрақты емес (радиоактивті), ол өз бетімен ыдырап, электрон шығарып () және протонға айналып, сонан соң тағы да антинейтрино () деп аталатын бөлшек шығарады. Жартылай ыдырау периоды (яғни нейтрондардың бастапқы санының жартысының ыдырау уақыты) шамамен 12 минутқа тең. Ыдырау схемасын мына түрде жазуға болады:

. (8)

Антинейтрино бөлшегінің массасы нөлге тең. Нейтронның массасы протонның массасынан 2,5 -ге үлкен. Демек, (8) өрнектің оң жағында тұрған бөлшектердің массаларының қосындысынан нейтронның массасы 1,5 -ге артық. Олай болса, нейтрон ыдырағанда бұл энергия түзілген бөлшектердің кинетикалық энергиясы түрінде бөлінеді.

Атом ядросының қасиеттері. Атом ядросының ең маңызды қасиеттерінің бірі – оның зарядтық саны Z. Ол заряд құрамына енетін протондардың санына және -ге тең ядро зарядын анықтайды. Z саны сонымен қатар Менделеев кестесіндегі орналасқан химиялық элементтердің реттік нөмірін көрсетеді. Сондықтан да оны ядроның атомдық нөмірі деп те айтады. Ядродағы нуклондар санын (яғни протондар мен нейтрондар сандарының қосындысын) А әрпімен белгілейді де, оны ядроның массалық саны деп атайды. Ядродағы нейтрондар саны N=A-Z –ке тең. Ядроның белгілеу үшін арнайы символ қолданылады: , мұндағы Х -химиялық элементтің символы. Жоғарыдағы сол жағындағы қойылған массалық сан, төменгі сол жағындағы – атомдық нөмір. Кейде былай да белгіленеді: .

Z -терінің саны бірдей, бірақ А -лары әртүрлі болып келетін ядроларды изотоптар деп атайды. Химиялық элементтердің көпшілігінің тұрақты изотоптары болады. Мысалы, оттегінің , , , қалайынынң он тұрақты изотоптары бар. Сутегінің үш изотобы бар, олар:

- кәдімгі сутегі, немесе протий (, )

- ауыр сутегі, немесе дейтерий (, )

- тритий (, ).

Протий мен дейтерий тұрақты, ал тритий радиоактивті.

Массалық сандары А бірдей ядроларды изобаралар деп атайды. Мысал үшін мынаны келтіруге болады: және .

Нейтрондар саны бірдей N=A-Z ядроларды изотондар деп атайды (, ). Ең соңында, жартылай ыдырау периодында айырмашылықтары бар Z және А -сы бірдей болатын радиоактивті ядролар да болады, оларды изомерлер деп атайды. Мысалы, ядросының екі изомері бар, оның бірінің жартылай ыдырау периоды 18 минут, ал екіншісінікі – 44 сағатқа тең.

Табиғатта кездесетін 1500-дей ядроның бір-бірінен айырмашылықтары не Z -де, не А -да, немесе екеуінен де бірдей болады. Шамамен алғанда, ядролардың 1/5-і тұрақты, қалғандары радиоактивті болып келеді. Көптеген ядролар жасанды түрде ядролық реакциялар көмегімен алынады.

Табиғатта технецийден (Тс, Z =43) және прометийден (Pm, Z =61) басқа атомдық нөмірлері 1-ден басталып, 92-ге дейін жететін элементтер кездеседі. Плутонийді (Pu, Z =94) жасанды түрде алғаннан кейін, ол табиғатта смола минералында өте аз мөлшерде болатындығы анықталды. Қалған трансурандық (яғни ураннан кейінгі) элементтер (Z -тері 93-тен 107-ге дейін) жасанды түрде әр түрлі ядролық реакциялардың көмегімен алынған

Трансурандық элементтер кюрий (96 Си), эйнштейний (99 Es), фермий (100Fm) және менделеевий (101Md) элементтерінің аттары атақты ғалымдардың П. Және М. Кюрилердің, А. Эйнштейннің, Э. Фермидің, Д. И. Менделеевтің құрметтеріне байланысты аталған. Лоуренсий (103 Lw) элементі циклотронды ойлап тапқан ғалым Э. Лоуренстің құрметіне байланысты аталса, ал курчатовий (104 Ku) өзінің атын атақты кеңес физигі И. В. Курчатовтың құрметіне байланысты алған.

Кейбір трансурандық элементтер соның ішінде курчатовий де, сол сияқты 106 және 107 элементтер де Дубно қаласындағы Біріккен ядролық зерттеулер институтындағы ядролық реакциялар лабораториясында кеңес ғалымы Г. Н. Флеров және оның қызметкерлерінің жұмыстарының нәтижесінде алынған.

Ядроның өлшемі. Ядроның өлшемі ядроның радиусымен сипатталады. Ядроның шекарасы жуылған секілді болғандықтан оны жуықтап шар деп қарауға болады. Демек, сол шардың радиусын эмперикалық жолмен есептеуге болады, яғни

1,3·10^-13А^1/3 см=1,3А^1/3 ферми (9)

(ферми – ядролық физикада қолданылатын ұзындықтың бірлігі, оның шамасы 10^-13см). (9) өрнегінен ядроның көлемі ядродағы нуклондарға пропорционал екендігі келіп шығады. Шын мәнінде ядроны, егер радиусы бар сфера десек және сфера радиусы бар кішкене шарлар түріндегі А нуклондардан тұрса, онда ядроның көлемі үшін теңдеуін жазуға болады, мұндағы 1,3·10^{-13 см.}

Ядроның тығыздығы өте үлкен шама, ол жуықтап алғанда 1,8·10¹⁷ кг/м³-ке тең және барлық ядролар үшін ол тұрақты. Оны былай анықтайды: 1,8·10¹⁷ кг/м³. Мұндай тығыздығы бар заттар табиғатта кездеспейді.

Ядроның спині. Нуклондардың спиндері қосыла келіп ядроның қорытқы спинін береді. Нуклондардың спині 1/2-ге тең. Сондықтан нуклондар саны А тақ болғанда, ядро спинінің кванттық саны І бүтіннің жартысына, ал А жұп болғанда нөл не бүтін санға тең болады. Ядроның спиндері І бірнеше бірліктен аспайды. Бұл ядродағы нуклондардың көпшілігінің спиндері антипараллель болып, бірін-бірі теңгереді. Барлық жұп-жұп ядролардың (яғни жұп санды протоны бар және жұп санды нейтрондары бар ядролар) спиндері нөлге тең болады.

F кванттық санымен анықталатын ядроның механикалық моменті , атомның толық импульс моментіне және электрон қабықшасының моментіне қосындыланады.

Ядроның және электронның магниттік моменттерінің өзара әсерлесулері және (яғни F-тері түрліше) әр түрлі өзара бағытталған атомның күйіне сәйкес келгендіктен, сол атомның күйінің азғана айырмашылықтары бар энергиясы болады. Сонымен және моменттерінің өзара әсерлесулерінен спектрлердің жіңішке құрылымдарының пайда болуы түсіндіріледі. және -дің өзара әсерлерінен атом спектрлерінің асы жіңішке құрылымдары анықталады.

Спектр сызықтарының аса жіңішке құрылымдарға жіктелуіне (ангстремнің бірнеше жүзден бір бөлігіне сәйкес) байланысты оны бақылау өте жоғары ажыратқыштық күші бар құралдардың көмегімен жүргізіледі.

Ядроның массасы. Масса ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі. Ол оның екпіндік, күш әсерінен қозғалыс күйінің өзгерісіне қарсыласу қабілетін сипаттайды. Ядроның массасын массаның атомдық бірлігімен (м.а.б.) өлшеген ыңғайлы. Оған ХБЖ-же 1,66·10^{-27 кг сәйкес келеді.}

Атом ядросының массалары оны құраушылардың массаларының қосындысына тең емес, одан аздап болса да кіші

. (10)

Тәжірибенің көрсетуіне қарағанда, күрделі ядроның массасы әрқашанда оның құрамына кіретін протондар мен нейтрондардың массаларының қосындысынан кіші болады. Мұнын себебін нуклондарды ядроға біріктіргенде сол нуклондардың бір-бірімен байланыс энергиясының бөлініп шығатындығымен түсіндіруге болады. Демек, тыныштықта тұрған ядроның энергиясы тыныштықта тұрған өзара әсерлеспеген нуклондардың энергияларының қосындысынан мынадай шамаға аз болады

. (11)

Бұл шама ядродағы нуклондардың байланыс энергиясы болып табылады. Сонымен, ядроның байланыс энергиясы деп ядроны оны құрайтын нуклондарға бөлшектеуге қажетті энергияның шамасын айтады. Егер (11) өрнектегі протон массасы -ны сутегі атомының массасы -пен, ал ядро массасы -ны атом массасы -мен алмастырса, одан теңбе-теңдік өзгермейді. Соның нәтижесінде (16) теңдеу былай жазылады

. (12)

(12) өрнек өте ыңғайлы, себебі көбіне анықтама кестелерде ядролардың массалары емес, атомдардың массалары беріледі.

Бір нуклонның үлесіне тиісті байланыс энергиясын, яғни шамасын ядродағы нуклондардың меншікті байланыс энергиясы деп атайды. Оны деп белгілейді. Мына шаманы

(13)

ядроның масса ақауы деп атайды. Сонымен масса ақауы байланыс энергиясымен мынадай қатынаста болады

. (14)

Масса ақауы ядроның байланыс энергиясының өлшемі болғандықтан оны былай жазуға болады:

. (15)

ядросындағы нуклондардың байланыс энергиясын есептейік. Ядроның құрамына екі протон (Z =2) және екі протон (A-Z =2) кіреді. -дің атомдық массасы 4,00260 м.а.б.=3728,0 МэВ. сутегі атомының массасы 1,00815 м.а.б.=938,7 МэВ. Нейтронның массасы 1,00867 м.а.б.=939,57 МэВ. Сонда (17) өрнек бойынша

(2·938,7+2·939,5)-3728,0=28,4 МэВ.

Гелий ядросының бір нуклонына шаққанда келетін ядроның байланыс энергиясы 7,1 МэВ.

Тамшы үлгісі. Ядроның бұл үлгісін 1939 ж. Я. И. Френкель ұсынған болатын. Кейіннен оны Н. Бор және т.б. ғалымдар дамытты. Ядроның бұл үлгісінің пайда болуына түрткі болған 1938 ж. неміс ғалымдары Ган және Штрассман ашқан уран ядросының оны нейтрондармен атқылағанда бөлінуі жөніндегі жаңалық болатын. Сонда ядроның құрамындағы нуклондарды ұстап тұратын ядролық күштердің әсер радиусы өте аз болады екен. Іс жүзінде әр нуклон өзінің жақын көршісімен өзара әсерлесетіндігін анықталды. Міне, ядролық күштердің осындай қасиеттері кеңес ғалымы Я. И. Френкельге ядроны сұйық тамшысы түрінде қарауға мүмкіндік берді. Сұйық тамшылары тек қана өзінің жақын көршілерімен әсерлеседі. Демек, ядроның сұйық тамшысымен ұқсастығы мынада екен. Сұйықтың құрамындағы бөлшектер – молекулалар және соған ұқсас ядродағы нуклондар арасындағы өзара әсер күштері өте қысқа қашықтықтан әсер ететіндігінде. Сонымен қатар іс жүзінде әр түрлі ядролар затының бірдейлігі, ядро затының шектен тыс өте аз сығылатындығы. Олай болса, сондай сығылмаушылық қасиет сұйықта да бар. Міне, осындай ұқсастықтар ядроны зарядталған тамшыға теңеуге негіз болды.

Тамшы үлгісі ядродағы бөлшектердің байланыс энергиясын есептеу үшін жартылай эмперикалық өрнекті шығаруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар бұл үлгі көптеген құбылыстарды түсіндіруге көмектесті, мысалы, ауыр элементтердің ядроларының бөліну процесі.

Қабықша үлгісі. Қазіргі кездегі ядроның қабықша үлгісі 1948-1949 ж.ж. пайда болды. Осы үлгінің дамуына елеулі үлес қосқан америка физигі М. Гепперт-Майер және неміс физигі Х. Иенсен болды. Бұл үлгі бойынша нуклондар орталық симметриялы өрісте бір-бірінен тәуелсіз қозғалып жүреді деп есептелінеді. Осыған сәйкес Паули принципіне бағынатын нуклондармен толған дискретті энергиялық деңгейлер (атом деңгейлеріне ұқсас) болады. Бұл деңгейлер құбықшаларға топталады. Ол қабықшаларда белгілі бір нуклондар саны да бола алады. Нуклондармен толық толған қабықша ерекше орнықты болып шығады.

Тиісті тәжірибелердің қорытындысына қарағанда, мұндай ерекше орнықты ядроларға протондар саны немесе нейтрондар саны (немесе екеуі де)

2, 8, 20, 28, 50, 82, 126

болып келетін ядролар жатады екен. Бұл сандарды физиктер сиқырлы деп атайды. Протондар саны Z немесе нейтрондар саны N сиқырлы болған жағдайда (яғни өте орнықты ядролар) ядролар да сиқырлы болады. Ядроның протондар саны Z те және нейтрондар саны N де сиқырлы болса, онда оны екі ретт сиқырлы деп атайды.

Екі ретті сиқырлы ядролардың бізге бесеуі белгілі, олар

(, )

(, )

(, )

(, )

(, )

бұл ядролар ерекше орнықты.

Қабықша үлгісінің бір ерекшілігі ол көптеген тәжірибелердің қорытындыларын бірдей көзқарас тұрғысынан түсіндіруге мүмкіндік береді.

Қабықша үлгісінің авторлары М. Гепперт-Майерге және Х. Иенсенге физика саласындағы ашқан осы жаңалықтары үшін Нобель сыйлығы берілді.

Ядроның қабықша үлгісін одан әрі теория жүзінде негіздеу және дамыту кеңес ғалымы академик А. Б. Мигдельдің есімімен байланысты.

Күшті өзара әрекеттесу адрондар (грекше «адрос» - күшті) және нуклондар (протондар мен нейтрондар) және лизондар арасында орын алады. Күшті әрекеттесу үлкен арақашықтық жағдайында мүмкін (радиусы мөлшермен 1013 см шамасында).

Күшті өзара әрекеттесудің бір көрінісі - ядролық күштер. Күшті әрекеттесуді ең алғаш рет ашқан Э.Резерфорд (1911 жылы), сол уақытта атом ядросы ашылды (бұл күштер арқылы бөлшектердің ыдырауы түсіндіріледі). Юкаваның гипотезасы бойынша (1935 ж.) күшті өзара әрекеттесулер аралық бөлшектердің - ядролық күштерді тасымалдаушылардың шығарылуына байланысты. Бұл 1947 жылы табылған пи-мезон, оның массасы нуклонның массасынан 6 есе кіші, сонымен бірге кейінірек табылған мезондар. Нуклондар мезондар «бүлтымен» қоршалған.

Нуклондар қозу жағдайында болғанда бариондық резонанс туады, яғни, басқа бөлшектермен алмасады. Бариондар соқтығысқан кезде олардың бұлттары бірін-бірі жауып қалады да жан-жаққа таралған бүлттардың бағытымен бөлшектер шығарылады. Орталық бөліктерінен әр түрлі бағытқа қарай ақырындап қалдық бөлшектер шыға бастайды. Ядролық күш бөлшектер зарядына тауелді емес күшті өз ара әрекеттесу кезінде заряд бірлігі сақталады.

Ядролық реакция – атом ядросының элементар бөлшектермен немесе басқа бір атом ядросымен әсерлесуі кезінде түрленуі. Әдетте ядролық реакцияға 4 бөлшек қатынасады: оның екеуі бастапқы бөлшек болып есептеледі де, ал қалған екеуі ядролық реакцияның нәтижесінде түзіледі. Реакция кезінде түзілген бөлшектің саны кейде 2-ден артық болуы да мүмкін. Лабораториялық жағдайда ядролық реакция нысана ретінде алынған ауыр атом в+В, мұндағы а – атқылайтын бөлшек (не ядро), А – нысана ядро, в– ұшып шыққан бөлшек (не ядро), В – реакция нәтижесінде түзілген соңғы ядро (ядро-өнім). Реакцияның толық теңдеуінде реакцияға қатысатын және реакция нәтижесінде түзілетін ядролардың®ядросымен (не бөлшекпен) атқылау арқылы жүргізіледі. Ядролық реакция химиялық реакцияларға ұқсас және оның жазылуы (өрнектің сол жақ бөлшегінде реакцияға қатысатын бөлшектер, ал оң жақ бөлігінде реакция нәтижесінде түзілетін бөлшектер): а+А зарядтары мен массалық сандары да көрсетіледі. Ядролық реакцияны жазудың төмендегідей қысқа түрі де пайдаланылады: А (а, в) В, мұнда бастапқы нысана ядро мен соңғы ядро таңбасының арасындағы жақша ішінде алдымен атқылаушы бөлшектің, содан кейін оның қасына реакция кезінде ұшып шығатын бөлшектің таңбасы көрсетілген. Мысалы, лабораториялық жағдайында Э.Резерфорд жүзеге асырған алғашқы ядролық реакция (альфа-бөлшектермен атқыланған азот ядросының түрлену реакциясы) төмендегіше жазылады: немесе қысқаша: 14N(α, р)17О, мұндағы α-бөлшек (42N), ал р–протон (11Н).

Атқылайтын бөлшектен (не ядромен) (α) нысана ядроның төмендегідей құбылыстар байқалуы мүмкін:

· Серпімді шашырау [а+А>а+А немесе А (а, а)А] кезінде өзара әсерлесетін ядролардың не құрамы, не ішкі энергиясы, не олардың басқа да сипатталамалары өзгермейді, тек серпімді соққы заңына сәйкес кинетикалық энергия бөлшектер (не ядролар) арасында қайта бөлінеді.

· Серпімсіз шашырау [а+А> а‘+А* немесе А (а, а‘) А* ] кезінде өзара әсерлесетін ядролардың құрамы өзгермейді, бірақ атқылайтын бөлшектің кинетикалық энергиясының белгілі бір бөлігі нысана ядроны қоздыруға жұмсалады. Реакция теңдеуінде қозған ядро бастапқы ядро сияқты А таңбасы арқылы белгіленеді де, оның жоғары оң жақ бұрышына жұлдызша таңбасы қойылады; ал кинетикалық энергиясының белгілі бір бөлігін жоғалтқан бөлшек не ядро атқылайтын бөлшек сияқты α таңбасы арқылы белгіленіп, оның жоғары оң жақ бұрышына штрих таңбасы қойылады.

· в+В немесе А(а,в)В] кезінде өзара әсерлесетін ядролардың ішкі қасиеттері мен құрамы өзгереді немесе элементар бөлшектер бір-біріне түрленеді.®Ядролық реакция [а+А

Ядролық реакциялардың ықтималдығы эффективтік көлденең кимамен сипатталады. Көбіне ядролық реакциялардың ықтималдығы ядролық реакция шығымымен (яғни белгілі бір нысанадағы ядролық түрленулер санының осы нысанаға түскен атқылайтын бөлшектер санына қатынасы) сипатталады. Ядролық реакциялардың эффективтік көлденең қимасының атқылайтын бөлшектердің энергиясына тәуелділігін сипаттайтын функция ядролық реакциялардың қозу функциясы деп аталады. Ядролық реакция сондай-ақ жылудық эффект арқылы да сипатталады. Жылулық эффект – ядролық реакцияға қатысатын және ядролық реакция нәтижесінде түзілетін ядролардың тыныштық массаларының айырмасына тең. Ол энергетикалық. бірлікпен (көбіне МэВ) өрнектеледі. Егер жылулық эффект оң болса, онда ядролық реакция энергияны сыртқа шығара отырып жүреді. Мұнда ядролық реакция эквотермиялық ядролық реакция деп аталады. Егер жылулық эффект теріс болса, онда ядролық реакцияның жүру үшін реакцияға қатысатын ядролардың салыстырмалы қозғалысының энергиясы жылулық эффектіден кем болуға тиіс. Ядролық реакциялардың маңызды сипаттамаларның бірі – ядролық түрлену нәтижесінде пайда болған бөлшектердің шығу бұрышы мен энергиясы бойынша тарала бөлінуі. Ядролық реакциялар әдетте атқылайтын бөлшектердің (не ядролардың) табиғатына қарай жүктеледі: мысалы, нейтрондар, протондар, дейтрондар, α-бөлшектер, көп зарядты (ауыр) иондар, γ-кванттар әсерінен болатын ядролық реакциялар. Реакциялардың кейбір түрі түрлену сипатына қарай жүктеледі: мысалы, кулондық қозу (ядро энергиясының атқылайтын бөлшектерінің электрстатикалық өрісі әсерінен артуы), атом ядросының бөлшектенуі, т.б.

в+В). Көп жағдайда аралық өмір сүру уақыты, атқылайтын бөлшектің нысана ядро өлшемімен (10–12 – 10–13 см) шамалас қашықтық ұшып өтуіне кететін уақытынан бірнеше есе артық болады. Сөйтіп ядролардың бірігу моменті мен ядролық реакция өнімдерінің түзілу моментерінің арасы біраз уақытқа созылатындықтан, атқылайтын бөлшектің таситын энергиясы аралық ядро нуклондарының арасында бірнеше рет қайта бөлінеді. Бұл жағдай ядролық реакцияның екінші кезеңі, ядролық реакцияның бірінші кезеңінің ерекшеліктеріне тәуелсіз екендігін және ол аралық ядроның қасиеттерімен ғана анықталатындығын көрсетеді. Атқылаушы бөлшектердің энергиясы төмен жағдайдағы ядролық реакциялардың ішінде®В) екі кезеңнен тұрады: бірінші кезеңде реакцияға қатысатын ядролардың бірігуі нәтижесінде жаңа қозған ядро (С*) пайда болады. Ол аралық немесе құранды ядро (а+А+С*) деп аталады. Екінші кезеңде қозған аралық ядро кәдімгі радиоактивті ыдырау тәрізді (бұл жағдайдағы айырмашылық: ыдырайтын негізгі күйдегі ядро емес, күшті қозған күйдегі ядро) ыдырайды (С*®в®Энергияның, импульстың, қозғалыс мөлшері моментінің сақталу заңдары ядролық реакциялардың кейбір сипаттамасы (жылулық эффект, т.б.) жөнінде болжам жасауға мүмкіндік береді. Дегенмен ядролық реакциялардың дәлірек сипаттамаларын (мысалы, әр түрлі ядролық реакциялардың эффективтік көлденең қимасы, т.б.) анықтау үшін ядролық реакциялар теориясы падаланылады. Ядролық реакциялардың қазіргі теориясының негізін 20 ғ-дың 30-жылдары Н.Бор қалаған. Оның ұсынған тұжырымына сәйкес ядролық реакция (а+А нейтрондардың әсерінен болатын ядролық реакциялар жиі байқалады. Атқылаушы бөлшектердің энергиясы орташа және үлкен болған жағдайда нейтрондар көбіне серпімсіз шашырайды. Ал аса жоғары энергиясы бар бөлшектердің әсерлесуі кезінде мезондар, гиперондар тәрізді элементар бөлшектер де пайда болады. Әр түрлі энергиясы бар бөлшектердің әсерінен пайда болған ядролық реакцияларды зерттеу – атом ядросының құрылысы мен қасиеттерін зерттеудегі маңызды фактор. Жеңіл ядролардың реакцияларын зерттеу жұмысы басқарылатын термоядролық реакцияларды іс жүзіне асыруға көмектеседі. Ал ядролардың бөліну процесін зерттеу ядролық энергетиканың дамуында маңызды рөл атқарады. Ядролық реакторларда алынатын ядролық реакциялар – радиоктивті изотоптардың негізгі көзі. ^{[1] [2]}

Түзу ядролық реакция[өңдеу]

Түзу ядролық реакция - ұшушы бөлшек энергияны барлык ядро нысанаға емес, осы ядродағы жеке нуклонға немесе нуклондар тобына беретін ядролык реакциялар.

Ядролық физика – қазіргі физиканың атом ядросы мен элементар бөлшектерді зерттейтін саласы. Ядролық физика – атомөнеркәсібінің ғылыми негізі. Ол шартты түрде төмендегідей салалардан тұрады.
Атом ядросының жалпы қасиеттері мен құрылымы. Ядроның маңызды қасиеттеріне масса, электр заряды, массалық сан, байланыс энергиясы, магниттік және электрлік момент, ядроның эффективтік мөлшері, ядроның энергия деңгейлерінің жүйесі жатады. Ядролық күштердің заңдылығы белгісіз болғандықтан, ядрода өтетін процестерді зерттеу үшін әр түрлі ядролық модельдер пайдаланылады.
Ядролық күштер. Ядролық күштердің қасиеттері жөнінде бағалы деректер энергиясы әр түрлі протондар, нейтрондар менпротондардың шашырауын, сондай-ақ дейтрон мен күрделі ядролардың қасиеттерін зерттеу кезінде алынған.
Ядролардың өздігінен түрленуі – α, β-бөлшектері мен γ-сәулесін шығаратын табиғи және жасанды радиоактивтілік, сондай-ақ ауыр ядролардың өздігінен бөліну. Ядролық физиканың бұл саласының маңызды бөлігі ядролардан шығатын әр түрлі сәулелерді зерттеу болып есептеледі. Ядролық реакциялар – ядролардың бір-бірімен және элементар бөлшектермен әсерлесуі нәтижесінде түрленуі. Ядролық түрленулердің ішінде энергетикалық мақсат үшін баяу және шапшаң нейтрондар арқылы жүретін реакцияларды (мысалы, ауыр ядролардың бөлінуі), сондай-ақ теориялық және практикалық мақсат үшін жеңіл ядролардың арасындағы реакцияларды зерттеудің зор маңызы бар. Реакциялардың соңғы түрі термоядролық реакцияларды жасанды жолмен жүзеге асыруға мүмкіндік береді.Атомдық нөмірі (Z) 92-ден артық (Z > 92) болатын табиғатта кездеспейтін элементтерді синтездеу үшін көп зарядты иондарды (мысалы,азот және алюминий иондары, т.б.) зерттеудің ерекше маңызы бар. Элементар бөлшектер. Ядролық физиканың бұл саласынданейтрино, антинейтрино, электрон, позитрон, әр түрлі мезондар, нуклондар, антинуклондар, гиперондар мен антигиперондар тәрізді элементар бөлшектердің қасиеттері, олардың пайда болуы мен бір-біріне түрлену процестері зерттеледі. Сондай-ақ бұл салада жоғары энергия физикасының мәселелерін зерттеудің де маңызы ерекше күшті болады.
Нейтрондық физика – нейтрондардың қасиеттерін, ядролардың нейтрондарды қармауын және шашыратуын, нейтрондардың әр түрлі зат ішінде тежелеу мен диффузиясын, т.б. зерттеуге арналған ядролық физиканың ірі саласының бірі. Ол – ядролық энергетика менғарыштық ракета техникасының ғылыми негізі. Сондықтан нейтрондық физикада теориялық, сондай-ақ практикалық маңызы бар мәселелер зерттеледі. Нейтрондық физика қатты дене физикасымен, металлургиямен, т.б. физика салаларымен тығыз байланысты. Ядролық физиканың эксперименттік тәсілінде зарядты бөлшек үдеткіштері, сондай-ақ қуатты нейтрондар шоғын алуға мүмкіндік беретін зерттеу реакторлары маңызды орын алады. Қазіргі кезде элементар бөлшектерді бақылау және тіркеу үшін өте нәзік тәсілдер мен приборлар қолданылады (қ. Иондалу камерасы, Зарядты бөлшек санауыштары, Вильсон камерасы). Атом ядросының энергия деңгейлерін және одан шығатын сәулелерді зерттейтін ядролық физиканың саласы ядролық спектроскопия деп аталады. Бұл әдістің көмегімен алынған деректер ядроның құрылысы жөніндегі осы кездегі ұғымдардың негізін құрайды.
Ядролық физиканың жетістігі алғашқы кезде соғыс мақсаты үшін қолданылғанымен (1945), кейін ол бейбіт мақсат үшін де пайдаланыла бастады.
Ядролық физиканың жетістігі нәтижесінде халық шаруашылығының бейбіт салалары – ядролық энергетика және ядролық техника пайда болды. Радиоактивтік изотоптарфизикада, химияда, металлургияда, биологияда, т.б. ғылым мен техника салаларында тиімді пайдаланып келеді. Ядролық физиканың дамуы нәтижесінде табиғатта кездеспейтін элементтерді (мысалы, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий, курчатовий, нильсборий, т.б.) алуға мүмкіндік жасалды. Ядролық физиканың негізінде химияның радиациялық химия және радиохимия деп аталатын жаңа салалары пайда болды. Ядролық физиканың жетістіктері астрофизикада, геологияда, геофизикада, ғарыштық ракета ғылымында және археологияда кеңінен пайдалануда. Ядролық физиканыңдамуы біздің табиғат жөніндегі көзқарасымыздың жан-жақты кеңеюіне маңызды ықпал етті.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: