15-ma’ruza. Atom yadrosi fizikasi reja

Yadro reaktsiyalari

Atom yadrosining elementar zarrachalar yoki boshqa yadrolar bilan ta’sirlashib, boshqa tur yadroga aylanishi, yadro reaktsiyalari orqali amalga oshadi. X yadro bilan (a) zarracha ta’sirlashganda Y yangi yadro va yangi (b) zarracha hosil bo‘lishi quyidagi chizma orqali amalga oshadi:
,
va bu quyidagicha ifodalanadi:
Yadro reaktsiyalarida a va b zarrachalar neytron (n), proton (r) va ba’zi yadrolardagi – zarrachalar va – fotonlar bo‘lishi mumkin.
Yadro reaktsiyalarida energiya chiqishi yoki yutilishi kuzatiladi.
Tez sodir bo‘lmaydigan yadro reaktsiyalarini ikki bosqich bilan amalga oshirish mumkinligi 1936 yilda N. Bor tomonidan aniqlangan. Bunda murakkab yadro, ya’ni kompaund yadro deb ataluvchi oraliq yadro P paydo bo‘ladi:
,
Agar a = b bo‘lsa, sochilish, ya’ni Ye_a = E_b elastik sochilish va noelastik sochilish reaktsiyalari kuzatiladi.
Murakkab yadro, yashash vaqti ( sek.) davrida yemirilib, boshqa YA turdagi yadroga aylanishi mumkin.
Yadro reaktsiyasi, birinchi bo‘lib 1919 yilda E.Rezerford tomonidan amalga oshirilgan. Azot atomlari – zarrachalar bilan bombardimon qilinganda, kislorod atomi va yana bitta proton hosil bo‘lgan:
yoki ,
1938 yilda Nemis olimlari O.Gan va F. Shtrassmonlar uran yadrosiga neytronlar dastasini yog‘dirganda yadroning ikkiga bo‘linishini kuzatganlar. Bunda bariy va lantan hosil bo‘lishi kuzatilgan. Keyinchalik 80 taga yaqin har xil yadro parchalari hosil bo‘lishi aniqlandi. Yadro har bir bo‘linishda – 2,5 ta neytron hosil qiladi:

5. Radioaktivlik.

a, b, g – nurlar. Beqaror kimyoviy elementlarning, o‘z - o‘zidan zaryadlangan zarrachalar yoki yadrolar chiqarib, boshqa tur ximiyaviy elementlarga aylanish xususiyati - radioaktivlik deyiladi. Radioaktivlik Anri Bekkerel, tomonidan 1896 yilda kashf qilingan. U Uran tuzlarining lyuminestsent xususiyatlarini tekshirayotib, ularni fotoplastinkalarga ta’sirini sezib qolgan va Uran tuzlari o‘z o‘zidan alohida nur chiqaradi va bu nurlar tashqi muhit shart-sharoitlariga, ya’ni harorat, bosim va yoritilganlikka mutlaqo bog‘liq emasligini ta’kidladi. Bu ishlarni Per va Mariya Kyurilar davom ettirib, 1998 yilda ikkita yangi radioaktiv elementni kashf qildilar. Bular Poloniy va Radiy elementlari edi. Yangi nurlanish hosil qiluvchi bunday moddalar radioaktiv moddalar va jismlarning (zarrachalar ko‘rinishda) nurlar chiqarish xususiyati radioaktivlik deb ataldi. Radioaktiv moddalar magnit maydoniga (M.Kyuri bajargan) joylashtirilganda, ular 3 turga ajralib ketishi ma’lum bo‘lib qoldi.

Keyinchalik o‘tkazilgan tadqiqotlarga ko‘ra, a - zarrachalar geliy yadrosining oqimidan iborat, b - zarrachalar tez uchib chiquvchi elektronlar oqimidan va g - nurlar qisqa to‘lqin uzunlikdagi elektromagnit to‘lqinlardan iborat ekanligi aniqlandi. Bu zarrachalar juda kuchli ionlantirish xususiyatiga ega, masalan a - zarracha havoda 10⁵ juft ion hosil qiladi.
Radioaktiv yemirilishda, yemirilayotgan yadro ona yadro va yangi hosil bo‘lgani esa bola yadro deb ataladi. Biror dt vaqt oraligida yemirilgan yadrolar soni dN shu vaqtga va boshlang‘ich radioaktiv yadrolar soniga proportsionalligidan yemirilish qonuni topilgan, ya’ni:

va bu ifodani integrallab, quyidagi tenglamani hosil qilamiz:
Boshlang‘ich paytdagi atomlar miqdorining yarim yemirilishga ketadigan vaqti moddalarning yarim yemirilish vaqti(T) deyiladi va quyidagicha aniqlanadi:

va bundan
,
Hozirgacha ma’lum bo‘lgan moddalarning yarim yemirilish davri 3×10^-7 s dan 5×10¹⁵ yilgacha bo‘lgan oraliqqa mos keladi.
Tajriba yo‘li bilan radioaktiv yemirilishda zaryad va massaning saqlanish qonunlari bajarilishi isbotlangan. Demak, moddalarning radioaktiv yemirilish qonuniga ko‘ra, yuqoridagi qonunlardan foydalanib, yemirilgandan so‘ng qanday modda hosil bo‘lishini aytish mumkin. Shunga ko‘ra a va b - yemirilishda siljish qonunini ko‘rish mumkin. Agar yemirilayotgan ona yadro bo‘lsa, a - yemirilishda:
,
va b - yemirilishda:
,
Oddiy hisoblashlar, har ikkala yemirilishda, massa va zaryadning saqlanish qonunining bajarilishini ko‘rishimiz mumkin. Formulaga ko‘ra, yemirilishda hosil bo‘lgan bola yadroning massa soni 4 ga kamayadi, zaryadi esa 2 ga kamayadi va Geliy yadrosining hosil bo‘lishi bilan sodir bo‘ladi. Natijada, hosil bo‘lgan yadro Mendeleev davriy jadvalidagi yemiralayotgan yadrodan 2 ta katak oldingi elementning hosil bo‘lishini ko‘rish mumkin.
Aynan shu jarayonni ni yemirilishida kuzatish mumkin:
,
Demak, yemirilish natijasida toriy izotopi hosil bo‘ladi.
Shunga o‘xshash misolni b - yemirilish uchun ham keltirish mumkin:
,
Radioaktiv yemirilishda a - zarrachalar katta energiyali zarrachalar to‘plamlaridan iborat bo‘lsa, b - yemirilishda elektronlarning energiyasi 0 dan E_max oraligida alohida taqsimotga bo‘ysunadi.
Rasmda b - yemirilishda yadrolar chiqaradigan elektronlarning energetik spektri, ya’ni dE energetik oraliqda bo‘lgan elektronlar taqsimoti keltirilgan.
b - yemirilish uch xil bo‘lishi mumkin. Yemirilish manfiy elektron chiqarish bilan, musbat pozitron chiqarish va K - tutish (K - qobiqdagi elektron tutilishi) bilan amalga oshishi mumkin. Bu yemirilishda b - zarracha bilan birga har doim yana bitta neytral zarracha chiqadi. Bu zarrachani E. Fermi taklifiga ko‘ra neytrino (kichkina neytron) deb ataldi. Neytrino ikki xil bo‘lishi mumkin: neytral va antineytrino .