Ядро өлшемі. Ядролық күш. Байланыс энергиясы

Ядроны шар тəрізді деп қарастырсақ, онда оның радиусы мынандай формуламен дəл анықталады.

см тең болады. Осы формула бойынша, ядроның көлемі ядродағы нуклондар санына пропорционал болады.

Ядроның потенциал энергиясы:

~ 167 ~

я

мұндағы, U0= 50Мэв, r0 – əсерлесу радиусы, r – əсерлескен нуклондар арақашықтығы.

Ядро спині. Нуклондардың спиндері жинақталып ядроның қортқы спинін береді. Нуклон спині - ге тең. Сондықтан

ядроның спиндік кванттық саны (S), нуклондардың (А) тақ мəндерінде жартылай мəнге, ал жұп мəндерінде бүтін мəнге (не нөлге) тең болады. Ядро спині бірнеше бірліктен аспайды. Өйткені ядродағы көптеген нуклондардың спині бір-біріне қарама-қарсы бағытта болады да өзара компенсацияланады.

Ядродағы барлық нейтрондар мен протондар тақ болса, онда

ядро спині нөлге тең болады.

Ядро моменті. Ядроның механикалық моменті (мен

электрондық магниттік моментінің жиынтығы, ядроның толық

магниттік моментін ()береді.

Ядроның толық магниттік моменті, F – кванттық сан арқылы анықталады. Электрон мен ядроның магнит моменттері өзара əсерлесу кезінде бағдарланып, атом күйінің энергиясы аздап өзгереді.

Орбиталдық жəне спиндік магниттік моменттердің əсерлесулері, атом спектрлерінің құрылымын қанағаттандырады. Ал, мен моменттерінің əсерлесулері атом спектрінің жұқа

құрылымын анықтайды.

Ядролық күш. Атом ядросы өзара кулондық тебу күштермен əсерлесетін протондар мен нейтрондардан құралған. Атом ядросы орнықты жүйе, ол электр күшінің əсерінен тебіліп шашырап кетпейді. Сонымен қатар оларға тартылу күші де əсер етеді, оны "ядролық күштер" деп атаймыз. Ядролық күш, кулондық күшке немесе магниттік күшке болмаса гравитациялық күшке еш сəйкес келмейтін өте жақын қашықтықта (10^-15м) ғана əсер ететін ерекше күш. Ядролық физиканың негізгі бір ортақ мақсаты, осы күштің табиғатын анықтау болып табылады. Ол үшін ядролық күштің негізгі қасиеті мен сипатының ерекшелігін қарастыруға тура келеді. Оған дейін электрлік өзара əсерлесетін, ядро протондарына қысқаша тоқтала кетейік.

~ 168 ~

Атом ядросының Ƶе электр заряды бар, ол қоршаған кеңістікте радиусы R ядролық сферада квазибіртекті орналасады

да (r»R қашықтықта), кернеуі Е · · электр өрісін

құрайды. Атомдық жүйе шегінде осы кернеудің сандық мəні өте үлкен болып табылады. Мысалы, сутегінің атом ядросының маңындағы электр өрісін құрайтын кернеуі:

Ядроның электр өрісі (ядролық күш əсері) зарядталған бөлшектердің шашырауын зерттеу арқылы анықталады. Осы бағытта альфа бөлшегінің шашырауын тұңғыш эксперимент бойынша қарастырған Резерфорд (1911) болатын. Альфа бөлшегімен жасалған эксперименттік зерттеулерде энергия (4-6 Мэв-қа дейін) онша үлкен емес, бақылау бойынша үлкен қашықтықта (r>1,23·10^-15А^1/3м) өріс кулондық болады жəне

ядроның потенциал өрісі ядроға дейінгі r қашықтыққа (·

^Ƶ) кері пропорционал. Резерфорд α-бөлшегінің шашырауын

зерттеу кезінде (C¹²,N¹⁴), ядроға жақын келген бөлшекке ядролық өріс тарапынан үлкен кулондық күш əсер еткендіктен, бөлшек гипербола тармағымен қозғалатындығын анықтады. Өріс тарапынан əсер ететін бұл күш, ядролық күш деп аталады.

Ядро өрісінен альфа бөлшегіне əсер ететін, кулондық тебу күшінің потенциал энергиясының тəуелділігі ·

; мұндағы Ƶе – ядро заряды, Ƶ1е – бөлшек заряды. Əзірше

ядролық тартылудың потенциал энергиясының r-қашықтыққа тəуелділігі дəл нақты белгілі емес, яғни ядролық күштің əсер заңы белгісіз болып отыр. Ядролық əсерлесудің потенциалдық энергиясының таңбасы теріс, ол ядро ішінде тұрақты шама болуы мүмкін, ал қашықтық (нуклондар арасы) артқанда, шұғыл нөлге ұмтылады (ядро шекарасында). Яғни, арақашықтық артқанда ядролық жылдам төмендейді, арақашықтық R үлкен болғанда

~ 169 ~

нөлге жуықтап, ядролық күш орнына кулондық тебу күші ғана əсер етеді.

Ядролық күш нуклондардың ішкі байланыс энергиясына сəйкес келді. Атом ядросының байланыс энергиясының абсолют мəні мынадай формула арқылы анықталады:

мұндағы: N – нейтрон саны, М_я – бастапқы ядро массасы, ал

массалар ақауы деп аталады. Олай болса байланыс энергиясы, массалар ақауын табу арқылы анықталады. Сонымен, ядро беріктілігі деген ұғым енгіземіз, оны бір нуклонға келетін байланыс энергиясымен массалар ақауы арқылы анықтаймыз.

∆Е

∆m

∆Е

А

∆

A

(5.2.4)

(5.2.5)

А– нуклон саны. Бұл шамалар неғұрлым үлкен болса, соғұрлым ядро берік болады. ∆Е мен ∆m - аралық жүйе ортасында үлкен болады, ал шетінде кіші болады.

Атом ядросының орнықтылығы ядролық күштердің өте үлкен болуына байланысты.

Аралық жүйедегі жеңіл химиялық элементтердің протондар мен нейтрондар саны бірдей жəне шамалас болып келгендіктен, ядролар біршама орнықты болады. Аралық жүйедегі 82-ші химиялық элементтен төмен жатқан, өте ауыр химиялық элементтердің нуклондар саны көп болғандықтан, оларды ядролық күштер толығымен орнықты болуын қамтамасыз ете алмайды. Сондықтан ондай ядролар өздігінен ыдырайды, ондай ядролар радиоактивті деп аталады.

Мысалы: 3Li⁸-изотобынан бета бөлшегі ыдырайтын болса (-е), онда 3Li⁸→е⁰ + 4Ве⁸ көшеді.

~ 170 ~

Орнықты ядроларды: заряды, массасы, радиусы, спині, магниттік моменті, жұптылығы, электромоментінің квадроупол-дығы сипаттайды. Ал радиоактивті ядроның қосымша сипаттамалары болады: оған радиоактивті түрленулер (α,β-ыдырау, спонтонды ыдырау, т.б) жартылай ыдырау аралығы, энергия шығаруы, т.б. жатады.