0 ‘zbekist0n respublikasi oliy va 0 ‘rta maxsus ta’lim vazirligi s. Bozorova, N. Kamolov
U 233 esa a - radioaktiv izotoplardir
Download 30.16 Kb. Pdf ko'rish
|
|
U 233 esa a - radioaktiv izotoplardir 12. 5. Z a n jir y a d r o re a k s iy a la ri B a ’zi yadrolar ( 9 2 U 235, 9 4 PU239, 9 2 U 233) ning boMinishidan hosil boMgan neytronlar zan jir yadro reaksiyalam i vujudga kelishiga sabab boMa oladi, haqiqatdan ham har bir yadro boMinishida Z ta neytron vujudga kelsa va u Z ta yadroni parchalasa yana Z 2 ta neytron hosil boMadi. N atijada har avlodda vujudga kelgan neytronlar soni geom etrik progressiya tarzda ortib boradi. Y adro reaksiyalarining shu tarzda rivojlanishi zanjir reaksiyasi deb yuritiladi. Z anjir reaksiyasini tavsiflash m aqsadida neytronlam ing hozirgi avlod sonini undan oldingi avlod soniga nisbati к k o ‘payish koeffitsienti tushunchasidan foydalaniladi. Z anjir reaksiyasining am alga oshishi uchun ko ‘payish koeffitsienti k> 1 boMishi lozim. Lekin ham m a boMinish reaksiyalarida ham k> 1 shart bajarilm aydi, chunki birinchidan, boMinish reaksiyasi sodir boMganda, izotoplar bilan toMdirilgan fazo - aktiv zonaning chekli boMishi va neytronlam ing o ‘ta yuqori o ‘tuvchanligi tufayli aktiv zonadan chiqib ketib, boMinish reaksiyalarida qatnashm aydi. BoMinuvchi yadrolar soni, dem ak sust neytronlar soni ham kam ayadi. Ikkinchidan, ko‘pchilik n eytron lar 9 2 U 2 3 8 tom onidan yutilib bo'linish hosil qiim aydi. B undan tashqari neytronlam ing ko'payishiga y o ‘l qo'ym aydigan reaksiyalar ham vujudga kelishi mum kin. N eytronlam ing k o 'payish koeffitsienti boMinuvchi izotop tabiati v a m iqdoriga, shuningdek, aktiv zonaning shakli va o 'lch a m ig a b o g 'liq . Z anjir reaksiyalarini vujudga keltiradigan boMinuvchi yadrolar m assasining eng kam m iqdori kritik massa, u egallagan hajm esa aktiv zona deb yuritiladi. Z anjir reaksiyasini am alga oshirish uchun: 1.Tabiiy uranni 92U235 izotopga boyitish lozim. Tabiiy uran tarkibida 9 2 U 2 3 5 0,72foiz, 9 2 U 2 3 4 0,01 foiz va 9 2 U 2 3 9 99,27foiz ni tashkil etadi. Bitta neytronga 140 ta neytron yutib, boMinmaydigan 9 2 U 2 3 9 izotop mos keladi; 2. Aktiv zonadagi 92U235 yoki 9 4Pu239 ning m assasi kritik m assadan ortiq b o 'lish i lozim. Z anjir reaksiyasining tezligini hisoblaym iz. A gar biror avlod N ta neytronlam ing yashash vaqtini t deb, undan keyingi avlod neytronlarining sonini kN deb belgilasak, bir avlodda neytronlar sonining o'sishi dN = k N -N = (k -l)N (12.21) bilan aniqlanadi. Reaksiyaning borish tezligi esa, d N _ N { k - 1) N x (12.2) ni integral lab, (12.22) N = N 0elk' irr) (12.23) Bu yerda, No- dastlabki neytronlar soni N - 1 vaqtdagi neytronlar soni. k> l boMsa, reaktsiya quyun tarzda rivojlanib portlash bilan tugaydi. 12.8-rasm 1) Y adro zaryadi (s o f toza 9 2 U 2 3 5 , 9 4 P U 239) ikki yoki uch qism ga b o 'lin ib , qalin m etall idish ichiga 2 zapal bilan q o 'sh ib o 'rn atila d i. Snaryad tushib y erga urilganda, zapal portlab yadro zaryadini q o 'sh ad i. U n d a zaryadning m assasi kritik m assadan ortib ketib, atm osfera tarkibidagi neytronlam i portlash reaksiyasiga olib keladi. A tom bom basining ishlash prinsipi k > l shart bajarilganda, yadro m assasining kritik m assasidan k atta b o 'lish ig a asoslangan; 2) k = l b o 'lsa , N barqaror b o 'lib , reaksiya boshqariladi; 3) k < lb o 'ls a reaksiya so'nadi. 12.6. B o s h q a rila d ig a n y a d ro re a k ts iy a la ri B oshqariladigan yadro reaksiyalaridan energiya ishlab chiqarish m aqsadlarida foydalaniladi. B oshqariladigan yadro reaksiyalarini vujudga keltirishga m oslashtirilgan qurilm a yadro reaktori deb yuritiladi. R eak torlarda yadro y o q ilg 'isi sifatida 9 2 U 2 3 5 izotopidan foydalaniladi. T abiiy uran tarkibida 9 2 U 2 3 5 ju d a kam (0,72 foiz), shu tufayli tabiiy uranni tashkil etgan 9 2 U 2 3 8 va 9 oTh239dan issiqlik I О *n 010 neytronlari 0n bilan parchalaniladigan y adro yoqilgMsi 9 2 U , 94Pu ni hosil qilishda xom ashyo sifatida ishlatiladi. B irinchi m arta uran yadro reaktori A Q Shning C hikago shtatida I.E m iko Fermi (1942-y.), R ossiyada Kurchatov (1943-y.) boshchiligida ishga tushirilgan. Uran grafitli reaktor sxem asi (12.9 - rasm ) da k o ‘rsatilgan. ■ i / r h / 5 0 0 0 ND 0 0 0 \ > 0 О 0 . 0 О 0 0 a ) 12.9 - rasm. 1 . G rafit susaytirgich 2-y ad ro yoqilgMsi, 3 -k adm iy yoki borli o ‘zak, kadm iy-bor neytronlami intensiv yutadi. Shu tufayli bu o ‘zaklam i reaktor ichiga kiritish yoki chiqarish yoMi bilan reaksiyani boshqarish m um kin boMadi. Atom elektr stansiyalarining ishlash prinsipini 12.9 b - rasmdan foydalanib, sodda tushuntirish mumkin. 1 -reak to m in g aktiv zonasida ajralib chiqqan energiya, 2 —issiqlik uzatkich (suv yoki erish tem peraturasi past T=90°C boMgan metall ishchi m odda) yordam ida 3-nasos orqali bug‘ni qozonga haydaydi. 4 bug 1 qozonida hosil boMgan yuqori bosimli bug‘ 5-turbinaga uzatiladi. Y adro reaksiyalari reaktom ing aktiv qism ida ishlatiladigan yadro yoqilgMsi- susaytirgich va ishchi m oddaning turiga ko ‘ra, ishlashiga k o 'ra bir- birlaridan farq qiladi Y adro yoqilgMsi sifatida 9 2 U 2 3 8 9 4 Pu 2 3 9 9 2 U235, xom ashyo sifatida 2 3 8 2 3 2 9 2 U , 9 oTh , susaytirgich sifatida ogMr suv, grafit, berilliy va ishchi m odda sifatida H 2 0 , He, C 0 2 ishlatiladigan reaktorlar m avjud boMib: susaytirgich va yadro yoqilg‘isining joylashtirilishiga ko‘ra, ikkala m odda o'zgarm as zichlikka ega boMgan aralashmadan iborat boMib, gom ogen yoki har ikkala modda alohida zichlikka ega boMgan bloklar tarzida joylashtirilgan geterogen reaktorlarga; - yadro reaksiyalarini vujudga keltirgan neytronlar energiyasiga k o ‘ra issiqlik neytronlari yoki tez neytronlar bilan ishlaydigan reaktorlarga; ish rejasiga k o ‘ra uzluksiz ishlaydigan yoki im pulsli, energetik, eksperim ental va radioaktiv izotoplar reaktorlariga boMinadi. 12.7. T e r m o y a d ro re a k s iy a la ri Engil y ad ro lar deyteriy ( 1 H2), tritiy ( 1 H3) va litiy (3Li6) xususan geliyning гНе4 solishtirm a bogManish energiyasi yuqori boMishi, u lam ing birikib, ogMr yadro lam i vujudga keltirishiga ju d a katta energiya ajratib chiqishidan darak beradi. X aqiqatdan ham hisoblashlar k o ‘rsatishicha, ,H 2+ ,H 2-> ,H 3+ ,p ' (Q =4M eV ) ,H 2+ ,H 3-> 2He4+ o n ' (Q =17,6M eV ) 3Li6 + ,H 2—>2He4+2He4 (Q =22,4M eV ) Y adro sintez reaksiyalari ogMr yadrolam i boMinishidan shu bilan farq qiladiki, yadro sintez reaksiyalarida solishtirm a bogManish energiyasi ogMr yadrolarning boMinish reaksiyalam ikiga qaraganda 3-4 m arta ortiq. M asalan, 9 2 U 2 3 8 yadrosining bo'linishid a 200 M eV energiya ajralib chiqib, har bir elektronga 8E=0,87 M eV energiya m os kelsa, sintez reaksiyalarida har bir nuklonga SE=3,5 M eV energiya to ‘g ‘ri keladi. Y adro sintez reaksiyalarini qanday tem peraturada am alga oshirilishini 1 H 2 deyteriyning hosil boMishi orqali hisoblaym iz. P rotonlam ing yadro ta ’sir kuchi sferasigacha 2 -10 ' 1 5 m yaqinlashtirish uchun Kulon itarish kuchini yengib, (е 2 /4л£ 0 г)=0.7М еУ ish bajarish lozim, bunda har bir nuklonga 0,35M eV energiya m os keladi. Bunday energiyaga ega boMish uchun nuklon 2 ,6 1 0 9K tem peraturagacha qizdirilgan boMishi lozim. O 'ta yuqori tem peraturalarda yengil yadrolardan ogMrroq yadrolarning sintezlanishi term oyadro reaksiyalari deb yuritiladi. T erm oyadro reaksiyalarining m anbasi quyosh va yulduzlar b o 'lib hisoblanadi, chunki osm on jism larin in g tem peraturasi 107K b o 'lib , yadro sintez reaksiyalarini am alga oshirish uchun yetarlidir. M asalan, proton-proton sikli, 1 P 1 + 1 p 1 —> 1 H 2 + 1 e° + v e ,H2+ ip '-> 2H e3 +y . 2H e3+ 2H e3 ^ • 2He4 + ,r 1+ 2 1r 1 yoki uglerod sikli: 6 C 1 2 V —> 7 N 13+7 7 N 1 3 - > 6 C 1 3 + ,e 0 + ve a C ' ^ p ' - ^ N ' 4^ , р ‘ + 7N 14-> 6O l5+y 7N I5+ iP ' —>6С 12+2Н е4 Bunday sikl davom ida to‘rtta proton birikib, 2He4 yadrosini hosil qilishida 26,7 M eV energiya ajralib chiqadi. Uglerod atomi yadrosi esa sikl davom ida o ‘zgarmasdan qolib, katolizator vazifasini o ‘taydi. Term oyadro reaktsiyalari Rossiyada 1953-yiIda, yarim yildan keyin esa AQSh da vodorod (term oyadro) bomba sifatida amalga oshirildi. Boshqariladigan term oyadro reaksiyalarini am alga oshirish hozirgi zamon fanining muhim m asalalaridan biridir, chunki o ‘ta yuqori tem peratura (10s) hosil qilish v a uni tutib turish kabi m uam m olar hali hal qilinmagan. 13.1. E le m e n ta r z a r r a c h a la r n in g d u n y o si h a q id a d a s tla b k i tu s h u n c h a la r XX asr boshlari fizika fani uchun dunyoda buyuk inqilobiy o ‘zgarishlar davri boMdi. 0 ‘z nom iga m onand ravishda koinotni tashkil etgan m ateriyaning boMinmas eng kichik “gMshtchalari” atom deb nom langanda, D em okrit ham ma narsani prinsip jihatdan bunchalik m urakkab boMadi deb ta s a w u r qilm agan boMsa kerak. Bu davrga kelib, Tom son katod nurlarini o ‘rganish jarayonida elektronni k ashf etdi. Rentgen (1895-y.) X nurlarini, Eynshteyn tom onidan ta ’riflagan elektrom agnit m aydon kvanti-foton, vodorod atomi yadrosi-proton m a’lum boMdi. Bulardan tashqari, yigirm anchi yillam ing oxirida ingliz fizigi P. Dirak elektron harakati tenglam asining sim metriyasiga asoslanib, massasi elektronning m assasiga teng, lekin m usbat zaryadli pozitronning tabiatda mavjudligini nazariy yoM bilan isbotladi va uni Anderson (1932-y.) kosm ik nurlarni tadqiq qilishda tasdiqladi. J.C hadvekning olib borgan tajribalari natijasida m assasi proton m assasiga teng boMgan, ogMr neytral zarra neytron k ash f qilindi. Yapon fizigi Y ukava (1936-y.) neytron va protonlam i yadroda bogMab turuvchi kuch, uchinchi zarracha m ezonlam i alm ashinib turishidir degan nazariyani o ‘rtaga tashladi. Oradan 11 yil o ‘tgandan so‘ng, musbat, m anfiy va neytral л m ezonlam ing mavjudligi tajribada tasdiqlandi. Dastlab bu zarrachalarga ham D em okrit atom ga qanday nuqtai nazardan qaragan boMsa, shunday qaraldi. Ular boMinmaydigan va o ‘zgarm aydigan birlam chi m ohiyat olam tuzilishining asosiy gMshtchalari deb hisoblandi. M ikrodunyo tuzilishining elem entar zarrachalar ustidagi hozirgi zamon tadqiqotlari ulam ing yuqoridagi m a ’noda elem entar emasligini ko'rsatdi. M a’lum boMishicha, o ‘zgarm aydigan zanalar mutlaqo bo‘lmas ekan. Hozir qaysi zarrani elem entar deb aytishga loyiq ekani m a’lum em as, biror zarrani elem entar yoki elem entar emas deb ajrata oladigan m ezon y o ‘q. U m um an elem entar degan so ‘zning o ‘zida ikki m a’no bor. B irinchidan, elem entar o ‘z -o ‘zidan m a ’lum boMgan, sodda, oddiy degan m a ’noni aniqlasa, ikkinchi tom ondan barcha narsalam ing asosida yetuvchi qandaydir asosiy fundam ental narsa tushuniladi. F undam ental zarralar xuddi shu m a ’noda elem entar zarralar deb ataladi. H ozirgi vaqtda m a’lum boMgan elem entar zarralam ing o 'z g arm as atom ga o ‘xshatishga quyidagi oddiy fakt halal beradi. Z arralam ing hech biri ham abadiy em as, ulam ing ko 'p chilig i 2-1 O'® sekund davom ida o ‘zaro to ‘qnashishlarda y o ‘q boMib ketadi va yangilari paydo boMadi. N atijada ular tarkibiy qism deb atash m um kin boMgan ulushlarga boMinmaydi, balki ular hosil qilgan yangi zarrachalar hozirda elem entar zarralar jad valida m avjud boMgan zarralardan birortasiga aylanadi. T o‘qnasliayotgan zarralam ing energiyalari qanchalik katta boMsa, shunchalik k o ‘p m iqdorda va shu bilan birga y anada ogMrroq zarrachalar paydo boMadi. Shunday qilib, 0 ‘zgaruvchan olam da o ‘zgarm as narsalam i izlashda o lim lar “m ustahkam granit aso s“ da em as, balki “ sochiluvchan qum tepa”da turgan boMib chiqdi. B archa elem entar zarra chalar bir-birlariga aylanib turadilar va bu о 'zaro aylanishlar ular m avjudligining asosiy dalilidir. C ham asi biz m ateriya tuzilishining zam iniga yetdik, biroq bu zam in abadiy o 'zg arm as qotib qolgan narsa em as, balki qiyofasini o ‘zgartirib turuvchi ju d a m urakkab, xossalari jihatidan bepoyon zarralardir. H ozirgi davrda elem entar zarralar soni o ‘ttizdan ortiq boMib, rezonanslar deb nom olgan bir guruh zarrachalam i ham hisobga olsak, ularning um um iy soni bir necha yuz (400) dan oshib ketadi. M ateriya tuzilishining yan a d a subzarrachalari m avjudm i y o k i y o 'q ekanligi haqidagi m asala hali aniq o 'z yechim ini topgani y o 'q . Lekin shunga qaramay, ilm iy axborotlarda bu m asala ko 'p la b m uhokam a qilinm oqda va ularni subkvarklar, p rso nla r, rishonlar va shuttga о 'xshash zarrachalardan tarkib topganligi haqidagi nazariya ishlab chiqilm oqda. Yuqoridagilarni hisobga olib, bir butun olam ni о 'rganishda uning ко ‘lam i va xususiyatlariga qarab quyidagi to ‘rt sohaga shartli ravishda ajratish m um kin (13.1 - rasm). Koinot Elementar zanalar atomlar molekulalar moddalar 10•/fl Ю ' to rto to • R h f 1 1 Submikro Г ' Г olam -^-Makroolam -*■! Megaolam »- A • const I t z c o n t t JK-C Kvant mexanikasi - Kvant nazariyasi I J T * * J Klassik ftzika ip $f.O * cunil - kosmologiya 13. l-rasm . I - soha 0 < R < 10'18 m subm ikroolam ; II - soha 1 O'8 < R < 1 O'7 m m ikroolam ; III - soha 1 O'7 < R < 1024 makroolam ; I V - s o h a 1024 < R < oo m egoolam . H ar qaysi olam o ‘zining fundam ental doim iysiga ega bo ‘lib, bu kattalik m azkur olam dagi fizik kattaliklarning oMchov birligi hisoblanadi. Shu bilan birga bu fundam ental doim iylik bir olam dan ikkinchisiga o ‘tish chegarasini k o 'rsatad i. M ikroolam elektron o 'lch a m id a n boshlab, m olekula o 'lch am ig ach a boMgan sohani o ‘z ichiga oladi. OMchami shu oraliqqa m os kelgan barcha zarracha (elem entar zarracha, yadro, atom , m olekula va hokazo)lar m ikrozarrachalar deyiladi. B u sohaning boshqa sohalardan farq qiluvchi xususiyatlari bor: - M ikroolam zarrachalari bir vaqtning o ‘zida ham toMqin, ham korpuskulyar xususiyatga ega boMadi; M ikroolam strukturasi m akroolam nikiga o 'x sh a sh yaxlit boMmay balki, diskretdir; M ikroolam Plank doim iysi deb ataluvchi fundam ental doim iylikka ega. K o‘pgina fizik kattaliklar h Plank doim iysi birligida oMchanadi; M ikroolam da m akroolam ga xos boMgan trayektoriya tushunchasi y o ‘q. B uning o ‘m ig a m ikroolam da zarrachaning fazoni biror elem entida maMum vaqt m om entida boMish ehtim olligi ishlatiladi. M ikroolam da zarracha holatini o 'rg a n ish ehtim ollik nazariyasiga asoslanganligi tufayli u statistik tabiatga ega. 13.2. E le m e n ta r z a r r a c h a la r n i k u z a tis h v a q a y d q ilish u s u lla ri E lem entar zarrachalarni kuzatish va qayd qiluvchi qurilm alar ishlash prinsipi beqaror holatda b o 'lg an , biror sistem aning zarracha uchib o 'tish i natijasida yangi barqaror holatga o 'tish id a ionlashtirish va fotoplastinkani qoraytirish qobiliyatiga asoslangan. Bunday asboblar asosan, sam aradorlik, qayd qilishga ketgan m inim al vaqt, zarrachaning energiyasi, zaryadi va m assasini o 'lc h a sh aniqligi bilan tavsiflanadi. E lem entar zarrachalarni qayd qiluvchi asboblar tajribaning m aqsad va vazifalarini hisobga olgan holda ikki turga boMinadi: qayd qiluvchi asboblar; stsintilyatsion, gaz razryadli, ionizatsion va yarim o 'tk azg ich li sanagich asboblar; kuzatish va suratga oluvchi asboblar: Vilson kam erasi, pufakchali kam era va qalin qatlam li fotoem ulsion kam eralar. G a z ra z ry a d li sch y o tch ik . G eyger schyotchigi zarrachalarni avtom atik ravishda sanaydigan eng muhim asbobdir. Y axshi schyotchiklar sekundiga o 'n m ing (10000) va undan ortiq zarrachalarni qayd qilishga imkon beradi. Schyotchik ichki tom oni m etall qatlam (katod) bilan qoplangan shisha nay va nayning o ‘qi b o ‘ylab qoplangan tola (anod) dan iborat (13.2-rasm ). N ayga gaz (odatda argon) to ‘ldiriladi zaryadli zarrachalar (elektron, a zarra ch a...) gazdan uchib o ‘tib, atom lardan elektronni uzib chiqarib, ion va elektron hosil qiladi. Zanjirdagi tok, R qarshilikda kuchlanish impulsini vujudga keltiradi va qayd qiluvchi qurilm aga uzatiladi. Qarshilikda kuchlanishning vujudga kelishi razryadni yo'qotadi va schyotchik qaytadan ishga tayyor holga keladi. Y a rim o ‘tk a z g k ic h li sc h y o tc h ik la r asosan diodning taqiqlovchi qatlam i orqali radioaktiv nurlanish o 'tish i, o 'tkazu vch an zonada elektron valent zonada teshiklar hosil qilib, tok vujudga keltirishiga asoslangan. M a’lumki, tok impulsi tok tashuvchi zaryadli zarrachalar ju ftlari soniga proporsionaldir. C h e re n k o v schyotchigi. C herenkov (1934-y.) у nuriar tarqalayotgan suyuqliklar o 'z ig a xos g 'a la ti nurlanish chiqarishini aniqladi. U ning g 'a la ti xususiyati shundan iboratki, u barcha y o 'n alish lard a tarqalm asdan, o 'q i zarracha tezligi bilan m os tushuvchi konusni yasovchilari y o 'n a lish id a tarqaladi: 7n c c o sa = *-u- = ------ и u-n ° / / П (13.1) Z aryadli zarrachalar tufayli vujudga kelgan bu chaqnashlar fotokuchaytirgich orqali tok im pylsiga aylantirilib, sanash m exanizm iga uzatiladi. C herenkov schyotchigi ishlashi uchun zarracha energiyasi tezligi u= s/n bilan aniqlangan chegaraviy qiym atdan katta b o 'lish i lozim . Shu tufayli C herenkov schyotchigi nafaqat zarrachalarni qayd qilib qolm asdan, ulam ing energiyasini ham aniqlash im koniyatiga egadir. V ilson k a m e ra si. V ilson kam erasining ish prinsipi kam eraning ishchi hajm ida zaryadli zarrachalarning trayektoriyasi b o 'y lab , hosil b o 'lg a n ionlarda o 'ta to 'y in g a n b u g 'n in g kondensatsiyalanishiga asoslangan (13.3- rasm). Porshen keskin pastga tushganda kam eradagi b u g ' adiabatik ravishda kengayadi, natijada b u g ' sovib o 'ta to 'y in g a n beqaror О 13.3-rasm. holatda boMadi. K aniciaga kirgan zarracha hosil qilgan ionlar kondensatsiya m arkazlari boMib hisoblanadi. A na shu m arkazlarda suv tom chilari uchib o 'tg a n zarraning izi - treklarini hosil qiladi (13.4-rasm ). x 13.4-rasm. Treklar fotosuratidan olingan inform.: .siyadan zarracha energiyasi aniqlansa, uzunlik birligidagi tom cliilar soniga qarab zarracha tezligini baholash m um kin. P u fa k c h a li k a m e ra . G lezer (1952-y.) zarrachalarning treklarini qayd qilish uchun o ‘ta isitilgan (qizdirilgan) suyuqlikdan foydalanishni tavsiya etdi. Dastlabki holatda kam eradagi suyuqlik yuqori bosim ostida boMadi va bu bosim , garchi suyuqlik tem peraturasi, atm osfera bosim idagi qaynash tem peraturasidan yuqori bo'lsada, uni qaynab ketishdan saqlab turadi. Bosim keskin pasayganda, suyuqlik o 'ta qizdirilgan m etastabil holatda bo'ladi. U chib o 'tg a n zaryadli zarrachalar izidagi ionlarda bur pufakchalaridan iborat treklar hosil bo'lad i. Ishchi m odda sifatida asosan vodorod, ksinon, propanlar ishlatiladi. Pufakli kam eraning ish m uddati undagi ishchi m odda zichligi kattaligi tufayli zarrachaning uchish m asofasi ancha qisqa b o'lishiga asoslangan. T reklar esa zarrachaning tabiati va xossalari haqida inform atsiya asosi bo 'lib hisoblanadi (13.5-rasm). Q a lin q a tla m li fo to em u lsio n m eto d . T ez harakatlanadigan zaryadli zarracha fotoem ulsiyadagi kum ush (A gB r) atom laridan elektronlarni uzib chiqaradi. B unday kristallchalar zanjiri yashirin tasvir hosil qiladi. F otoplastinka ochilganda, bu tasvir qayta tiklanadi va zarracha treklam i hosil qiladi. T reklam ing uzunligi va y o ‘g ‘onligiga qarab, zarrachaning energiyasi, m assasi, shuningdek, zaryadini aniqlash m um kin. 13.3. E le m e n ta r z a r r a c h a la r n in g u m u m iy x o ssalari Y uqorida biz, elem entar zarrachalarning soni k o ‘pligi haqida gap yuritgan edik. U lar turli reaksiyalar va sharoitlarda vujudga kelib, bir-birlaridan keskin farq qiladi. Elem entar zarrachalarni tavsiflash m aqsadida ulam in g xususiyatlarini aks ettiruvchi fizikaviy kattaliklar - kvant sonlar to ‘plam idan foydalanadilar. U lardan b a’zilari (m assa, im puls, zaryad va hokazolar) bizga oldindan tanish boMsa, b a’zilarini (izospin, g ‘alatilik, barion, lipton zaryadi kabilar) zarrachalarni tavsiflash davom ida k o ‘rib o ‘tam iz. N isbiylik nazariyasiga k o ‘ra, tezlik ortishi bilan jism m assasi ortadi, y a ’ni q o ‘shim cha harakat m assasiga ega boMadi. Eynshteyn m unosabatidan, agar 5=1 deb hisoblansa, P ifagor E 2 - P 1 = n $ c * (13.1) Katta tezlikdagi harakatlar uchun im puls va energiya (zarracha m assasi) orasidagi farq cheksiz kam ayadi, lekin hech qachon nolga teng boMmaydi va (13.1) ga m uvofiq zarrachaning tinch holatdagi m assasini ifodalaydi (13.6-rasm ). 13.6-rasm. E lem entar zarrachalarning m assasi deganda, ulam ing tinch holatdagi m assasi tushuniladi va energiya oMchovi M eV, G eV larda hisoblanadi. (shunday qilganda energiya balansini ifodalash qulay boMadi). M isol tariqasida, bizga maMum zarrachalar m assalarining energiya oMchovini keltiram iz: mY=0; mv=0; me= 0 ,5 1 M eV, mp=938,3 M eV; m M =939,6 M eV. E lem entar zarrachalar, barqarorligining oMchovi « o'rtacha yashash vaqti» т - bilan tavsiflanadi. Elektron, proton, neytron va у kv an tlar kabi barqaror (x=oo) zarrachalar bilan bir qatorda o 'rta ch a yashash vaqti 10"6 sekund. 10'8 sek, IO'10 sek va 10"13 sekund boMgan zarrachalar guruhlari mavjud. K eyingi vaqtlarda o ‘rtacha yashash vaqti T=10'23-M0'24sek boMgan zarrachalar guruhi, o ‘ta nostabil rezonanslar ham aniqlangan. S p in - zarrachalarning yana bir ichki hususiyatlarini tavsiflovchi kattaliklardan biri b o 'lib , u q o 'z g 'a lm a s sanoq sistem aga nisbatan zarrachaning im puls m om entini aniqlaydi. O datda spin - h Plank doim iysini butun yoki yarim kasr son qiym atlariga eg a b o 'lad i, y a ’ni kvantlashgandir. E lem entar zarrachalar spini ( j ) vektor kattalik bo 'lib , boshqa vek to r kattaliklardan farq 1 i ravishda har qanday y o 'n a lish d a proyeksiyasi doim ( 2 j+ l) ta qiym at qabul qiladi. E lektron, proton, neytron va neytrinolam ing spini biror y o 'n a lish g a, m asalan, tashqi m agnit m aydoniga proyeksiyasi j z= -1/2 va j z= +1/2 qiym atlar qabul qilib, o 'n g yoki chap vint hosil qiladi. B undan tashqari, spin zarrachalarning qaysi statistik qonunga b o 'y su n ish in i ham bildiradi. Spini h ga butun son karrali b o 'lg an zarrachalar bozonlar hisoblanadi va B oze-Eynshteyn statistikasiga b o 'y su n a d i. Spini butunning yarm iga teng zarrachalar ferm ionlar hisoblanib, F erm i-D irak statistikasi qonunlariga bo 'y su n ad i. K o'pchilik m ezonlar, m ezon-rezonanslar bunga m isol b o 'lad i. E l e k t r z a r y a d i — E lem entar zarrachalarning elektrom agnit o 'z a ro ta ’sir vositasi b o 'lib , u elektron zaryadi birligida o 'lch an ad i — ( e = l ,6 1 0 '19kl) ga kvantlashgandir M ateriyaning tarkibiy qism lardan hisoblangan va 1/2 spinga ega 2 1 fundam ental ferm ionlar deb ataluvchi + ~ e У °к' — ~^e ga teng kasr qiym atli zaryadga teng zarracha - «kvarklar» ham m avjud. E lem entar zarrachalar bilan b o 'lad ig an jara y o n lar energiyaning barcha saqlanish qonunlari (energiya, zaryad m iqdori va hokazo)ga b o 'y su n a d i va tashqi m agnit m aydoni bilan o 'z a ro ta ’siri, ulam ing rm e h m agnet m om enti, B or jj. = ------ yoki yadro m agn eto nlan 2 m e eh H„ ---------da o'lch an ad i. 2 m p M asalan, foton neytrinolam ing m agnetoni jiv= 0, elektron, proton va n eytronlam i m agnetoni m os holda, Y aqinlargacha (1947-у.) fi«=Hv teng deb hisoblanib kelindi. L ekin hozirgi zam on kvant elektrodinam ikasi qonunlari k o'rsatadiki, ular orasida oz b o 'lsad a farq bor b o 'lib , u quyidagicha ifodalanadi, Bu yerda a = e 7 /{ 4 n e ah c ) = 1 / 1 3 7 ,0 4 ga teng b o 'lib , nozik struktura doim iysi deb yuritiladi. M ukam m al lashgan nazariy m alum otlam ing am aliy o 'lch o v natijalari bilan mos tushishi hozirgi zam on kvant elektrodinam ikasi qonunlarining nihoyatda to 'g 'r i ekanligidan darak beradi. Har bir zarrachaning yo'ld oshi-anti zarrachasi m avjud bo'lish lig in i Dirak (1930-y.) tom onidan aytib o 'tilg an edi. D astlabki antizarracha (elektronning y o 'ld o sh i) pozitron e+ 1932-yilda kosm ik nuriar tarkibida qayd etildi. Hozirgi vaqtda malum b o'lg an elem entar zarrachalarning barchasini antizarrachalari aniqlangan (1955-y. - antiproton, 1956-y. antineytron aniqlangan). Z arracha va antizarracha m assasi spini va yashash vaqti aynan teng b o 'lib , faqat zaryadining va m agnit m om entining ishorasi qaram a-qarshi b o'lish i bilan bir biridan farq qiladi. U lar shu zarracha belgisi bilan belgilanadi va ustiga «tald» q o 'y ilad i M asalan, elektron va antizarra pozitron e + = e "; proton p va antiproton p , neytron n va antiproton n , neytrino ve va antineytrino v Y apon olim i X. Y ukava yadro kuchlarini o'rganib, elektron m assasidan 200-300 m arta ortiq, proton m assasidan 10 m artacha yengil yadroviy o 'z a ro ta ’sirga ega zarrachalar m avjudligi haqidagi gepotezani ilgari surdi. Kosmik nuriar tarkibida haqiqatdan ham shunday zarracha m =207m e m avjudligi A nderson v a N edderm an (1937-y.) tom onidan qayd etildi. Bu zarracha keyinchalik m ezon (yunoncha - «m esos» - oraliq, o ‘rta m a’nosini anglatadi) m yuon deb y uritila boshladi. M yuonlar nostabl z a rra c h a b o ‘lib, г ғ Ю "4s e k quyidagicha parchalanadi, / / " - > e" + p; + v M; ju+ - > e + + v t + v M bu y erda , v m yuon neytrinosi (antineytrino) y adroviy zarra o ‘zaro ta ’sir vositachisi hisoblangan л m ezonlar kosm ik nuriar tarkibida 1940 - yillarda aniqlandi, (л+, л° va л ' m ezonlar m avjud) л° m ezon m assasi m = 2 6 4 ,lm e ( t =2,6-10‘8 s ^-0,8-10'6 s ) boMib, quyidagich a parchalanadi л +-> ц ++ у е ; я '- » |Г + 50-yiIlarda kosm ik nuriar tarkibida, shuningdek, tezlatgichlarda ju d a k o ‘p o ‘ta o g ‘ir zarrachalar va ularning antizarrachalari geperon («hyper» — o ‘ta ogMr) boMib, ular kaonlar yoki kam ezonlar deb yuritiladi. k +, k ° , X° Z+' Z°,Q - giperonlar m assasi proton m assasidan katta (4 1 8 3 -3 2 7 3 ) m e. G iperonlar ju ft - ju ft boMib, x=10"23s davom ida hosil boMadi va yana yangi zarrachalarga (т=10-10-:-10"®s) sekin parchalanadi. Shu tufayli ular «ajoyib» zarrachalar deb yuritiladi. 60-yillarda erkin chopish m asofasi 10'l5m ga teng boMgan o ‘ta qisqa yashovchi т= 1 O'23- 10‘24 s barcha elem entar zarrachalar xususiyatiga (m assa, elektr zaryadi, spini va hokazo) eg a boMgan rezonanslar aniqlandi. Barcha ogMr zarrachalar-adronlar, kuchli o ‘zaro ta’sirlarga nisbatan bir xil boMsalarda, elektromagnit kuchsiz o ‘zaro ta ’sirga nisbatan bir nechta oilalarga - izomultplitlar (oddiy, g 'alati, maftun va go 'zal) ga bo'linadi. Izomultplitlami bir biridan farq qilish maqsadida izotopik spin (T) qabul qilingan. «Izos» teng, birday, «topos» o ‘rin, jo y m a’nosini anglatib, m a’lum bir multplitga taalluqliligini bildiradi. Izotopik spin, m ultplit tarkibiga kirgan zarrachalar sonini ko'rsatib, minus T dan, plyus T gacha qiym at qabul qiladi. N = (2 T + I) M asalan, nuklon uchun N =2, T = l/2 ( T n= -l/2 , T r= + l/2 ) - ga teng. C hunki u proton va neytrondan tashkil topgan. Pion uchun N =3, T=1 ga teng, chunki pion n~ m ezon (T = -l), n° - m ezon (T=0) va ti+ m ezon (T = + l) dan tashkil topgan. 50-yillarda k ash f etilgan g 'alati zarrachalarni tavsiflash m aqsadida ralatilik- zaryad soni s - kiritilgan. Faqal. g 'alati zarrachalar uchun g ‘alatilik noldan farqli b o ‘lib, s= ±1, s=±2, s=±3 ga ten g boMadi. O datda g ‘alatilik s bilan bir qatorda barion zaryadi V (zarrachalarning ogMrlik xususivatining saqlanish qonunini ifodalovchi kattalik B = ± l) yigMndisidan iborai gepper zaryad kattalikdan foydalanadi, V =S+B Keyingi yil larda aniqlangan m ultplitlari bilan farq qiladigan zarrachalarni tavsiflashda ham m aftunlik S (inglizcha — «charim » - m aftun) « g o ‘zal» b (inglizcha «beautj» - go"zal) va hokazo «xahihat» (inglizcha - «truth» - haqiqiy) hisobga olib. zarrachalarning elektr zaryadini hisoblashda Gell - M ann - N ishijam a m unosabati quyidagicha ifodalashi mum kin. q = T + ^ ( B + S + C - b ) Fundam ental o 'z a ro ta ’sirlar deganda boshqa tu r o ‘zaro ta ’sirlardan kelib chiqm aydigan va birlam chi deb qaraladigan o ‘zaro ta ’sirlam i tushunam iz. E lem entar zarrachalar har doim o ‘zaro ta ’sir jarayo nida vujudga keladi, bir-birlari bilan to'q n ash ib , boshqa zarralarga aylanadi. E lektron zarralar bilan kechadigan jarayonlarda asosan, kuchli elektrom agnit, kuchsiz va gravitatsion o 'z aro ta ’sirning ushbu to 'rt turi o 'z in in g xossalari bilan bir-birlariga ajablanarli darajada o'x sh am ay d i va ta ’sir sohasi ham da ta ’sir qiym ati bilan keskin farq qiladi. K uchli o ‘z a ro t a ’sir. D astaw al shuni aytib o 'tish kerakki, yadro va yadro reaksiyalam ing am alga oshishiga asosan xuddi shu kuchli o 'zaro ta ’sir javobgardir. Kuchli o 'z aro ta’sir proton va neytronlam i bog'lab, yadroning yaxlit bir butunligini va barqarorligini ta ’minlaydi. U elektrom agnit ta ’sir kuchiga nisbatan yuz marta, kuchsiz o 'zaro ta ’sirga nisbatan 1014 m arta kuchli bo'lib, IO’15 ta ’sir sterasiga ega. Bunday o 'z aro ta’simi grafikda zarrachalar orasidagi m asofaning funksiyasi potensial energiya (U) ko'rinishda tasvirlash m um kin (13.7- rasm). 13.7-rasm . A gar ikki zarra bir - biridan 1,5 ferm i m asofa uzoqlikda b o 'lsa , ulam ing o 'z a ro potensial energiyasi U=0, y a ’ni ular o 'rta sid a o 'z a ro b o g 'lo v ch i kuch y o 'q . Z arralar bir - birlariga yaqinlashishi bilan ular o 'rtasid ag i tortishish kuchi orta boshlaydi va natijada o 'z a ro potensial energiyasining algebraik qiym ati kam ayadi, 0,5 ferm iga yaqin m asofadan boshlab yana o 'z a ro itarishish kuchi vujudga keladi. E le k tro m a g n it o ‘z a ro t a ’s ir k u c h la ri. Zarralam ing o 'zaro ta ’sir kuchi, kuchli o 'z a ro ta ’sirga qaraganda ancha zaif, boshqa kuchlarga nisbatan esa o 'ta kuchlidir. E lektrom agnit kuchlam ing ta ’sir doirasi 10'14m dan, kosm ik m asofalargacha davom etadi. K o'pchilik hodisalar, atom va m olekulalar tuzilishi, kristallar, kim yoviy reaksiyalar, jism larning term ik v a m exanik xususiyatlari, radioto'Iqinlar, quyosh va yulduzlam ing nurlanishi kabi hodisalar elektrom agnit kuchlar doirasiga kiradi. E lektrom agnit o 'z a ro ta ’sir zarralam ing o 'z id a n foton chiqarib aim igilyatsiyalanish jarayonida ham hosil b o 'lad i. Z arra - antizarra to'qnash uv larid a bu ikkala zarralam ing y o 'q b o 'lib boshqa bir guruh begona zarralam ing tu g 'ilish i o 'zaro bir - birlariga aylanishlari annigilyatsiya deb yuritiladi. M asalan: elektron va pozitronlar o 'zaro annigilyatsiyalanib, ikkita, b a’zan uchta foton vujudga keladi, e~ + e* —> 2 у E lektrom agnit o 'z aro ta ’sir jaray o n in i Feym an diagram m asi orqali grafik ravishda tasvirlash m um kin. D iagram m aning A tugunidagi elektron foton chiqarib, yangi holatga o 'tad i. В uchida esa shu foton ikkinchi elektronda yutilib, uchinchi holatga o 'zg arad i (13.8 - rasm). K uchsiz v a g rav itatsio n o ‘zaro ta ’sir. M ikrodunyo zarrachalar olam ida u yoki bu hodisalam ing davom iyligi asosiy k o ‘rsatkich hisoblanadi. Z arrachalarda boMadigan xarakterli jaray o n lar kuchli o ‘zaro ta ’sir ostida 10'23 -н-1 O'24 sek vaqt davom etsa, elektrom agnit o ‘zaro ta ’sirlar 1 0 16H-10'17sek ichida y u z beradi. B undan ham sekinroq (1 0 '10s dan bir necha o ‘nlab m inutgacha) kechadigan ja ra y o n la r zarrachalarning kuchsiz o ‘zaro ta ’siri ostida sodir boMadi. K uchsiz o ‘zaro ta ’sir kuchli o ‘zaro ta ’sirga nisbatan 10 14 m arta zaifroqdir. Lekin shunga qaram ay, oxirgi o ‘n yilliklardagi m uhim k ashfiy otlar ana shu kuchsiz o ‘zaro ta ’sir bilan bogMiq ekanligi m a ’lum, m asalan, atom -yadrolam ing betta parchalanishi b a ’zi nostabil zarrachalar (zarrachalar neytron, neytrino Download 30.16 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|