Aniq va tabiiy

Mavzuning dolzarbligi: Kurs ishini tayyorlash jarayonida innovatsion pedagogik texnologiyalar va ularni fizika ta’limi jarayoniga qo‘llash bo‘yicha bir qancha adabiyotlar qiyosiy tahlil etildi va fan bo‘yicha egallagan nazariy bilim, ko‘nikma va malakalarni kundalik hayotida duch keladigan amaliy va nazariy masalalarni yechishda foydalanib amaliyotda qo‘llash olish ya’ni kompetentlikka alohida e’tibor berildi..
Mavzuning maqsadi: Hozirgi kunda ta’lim jarayoniga zamonaviy pedagogik texnologiyalarini tadbiq etish orqali dars samaradorligini oshirish, eng maqbul pedagogik metodlardan foydalangan holda o‘quvchilarga fan asoslarni sodda va tushunarli, puxta o‘rgatish masalasi ta’lim tizimidagi eng dolzarb muammolardan biridir. Chunki, shiddat bilan rivojlanayotgan bu davrda ta’lim tizimiga ham yangicha yondoshuv zarur, shundagina yetuk malakali kadrlarni tayyorlash imoniyati yanada oshadi..
Mavzuning vazifasi. Ushbu kurs ishida zamonaviy kompetensiyalar tanlab olinib, uning dars samaradorligini oshirishdagi ahamiyati ko‘rsatilgan hamda undan fizikani o‘qitish jarayonida foydalanish “Yadro fizikasi” bo’limi misolida metodik jihatdan ko‘rib chiqilgan. Shuningdek, bu mavzuni o‘qitishda nazariya va amaliyot uyg‘unligini ta’minlash, turli ko‘rgazmali materiallardan foydalanish bo‘yicha bir qator namunalar keltirilgan.


1.1 . Yadroni tashkil etuvchi proton neytronlarning xuxusiyatlari.
Yadro fizikasi - atom yadrosining tuzilishi, xususiyatlari va yadro ichida
yuz beradigan jarayonlarni o‘rganuvchi fandir.
XIX asr oxirlariga qadar atom tuzilishi haqida hech narsa ma’lum emas edi.
1896-yilda A.Bekkerel radioaktivlikni kashf etdi. Radioaktiv
nurlanishlarning fotoplastinkaga ta’sir etishini va ionlashish xususiyatlarini
aniqladi. Ikki yildan so‘ng P. Kyuri va M. Skladovskaya Kyurilar uran
tuzlarining ham radioaktivlik xususiyatiga ega ekanligini aniqladilar.
Radioaktivlik yemirilish vaqtida uch xil (α, β, γ) nurlanish vujudga kelishi
va nurlanish intensivligi tashqi ta’sirlarga (temperatura, elektromagnit
maydon ta’siri, deformatsiya) bog'liq emasligini aniqladilar.
1900-yili Kyuri, E.Rezerford, F.Soddilar radioaktiv namunalardan
chiquvchi α - nur ikki marta ionlashgan geliy atomi, β - nur tez elektronlar
oqimi, γ - esa qisqa elektromagnit to‘lqin ekanligini aniqladilar. Bu
radioaktivlik hodisalarini atom, molekulalarda bo‘ladigan jarayonlar deb
tushuntirib bo’lmaydi, balki yangi bir soha - yadroda deyishlikni taqozo
etadi.
Atom yadrosi ikki xil elementar zarralar – proton va neytronlardan iboratdir.

1-rasm. Atom tuzilishi. Yadro va elektronlar
Protonnning massasi (m_p) taxminan neytronning massasi (m_n) ga teng, elektron massasi (m_e) dan ≈2000 marta katta:


Proton musbat zaryadli, zaryad miqdori elektron zaryadiga teng, ishorasi
qarama-qarshi.
Neytron - zaryadsiz neytral zarra.
Proton va neytronlar xususiy momentga, spinga ega (s = 1/2) bo‘lgan
Fermi-Dirak statistikasiga bo‘ysunuvchi fermionlardir.
Atom fizikasidan ma’lumki, zaryadli, massali elektron mexanik
momentga ega bo‘lishi bilan bir vaqtda magnit momentga ham ega bo‘lishi
kerak.
Protonning zaryadi, spini elektron zaryadi va spiniga teng, massasi esa
katta bo’lgani uchun magnit momenti Bor magnetonidan kichik bo‘lishi
kerak:

Proton magnit momenti qiymat jihatdan yadro magnetoniga teng bo’lishi
kerak:


Lekin protonning magnit momenti kutilgan qiymatdan -1 μ_yam dan katta bo’lib 2,79 μ_yam ekanligini ko‘rsatadi.
Neytron ham neytral zarra bo‘lishiga qaramasdan magnit momentga ega
ekan. Neytronning magnit momenti μ_n=-1.91 μ_yam. Magnit momentining ishorasi manfiyligi spin yo'nalishiga qarama-qarshi yo’nalishda ekanligini
bildiradi.
Proton va neytronlar magnit momentlarining boshqacha bo’lishligi bu
zarralarning murakkab tuzilishga ega ekanligini ko’rsatadi.
Proton va neytronlar magnit momentlarini proton va neytronlar
markazlarida yalong‘och proton (neytron) va atrofida mezon buluti bor,
ular bir-birlariga uzviy almashinib turadi deyilsa tushunarli bo’ladi. Masalan,
protonning magnit momentini tushuntirish uchun markazida yalong’och
neytron n₀, atrofida π⁺-mezon holatida t vaqt tursa, (1-t) vaqtda markazida
yalong'och proton p₀, atrofida π°-mezon holatida (1.1 -rasm) bo’lsin, u holda
o’rtacha magnit momenti

1.1-rasm. Mezonlar
Bunda yalang'och proton p₀ ning magnit momenti μ_p=1m_yam, π⁺-mezon massasi proton massasidan 6,6 marta kichik bo’lgani uchun magnit momenti 6,6μ_yam ga teng. n₀, π°-mezonlar magnit momentlari nolga teng. (1.1.) formuladan ko'rinib turibdiki, proton o'rtacha magnit momenti yadro
magnetonidan katta. Xuddi shuningdek, neytronning magnit momentini ham t vaqt ichida yalang'och n₀ va π° - mezon buluti va (1-t) vaqtda
yalong‘och p₀ va π^--mezon bulutidan iborat deb qarash mumkin (1.2-rasm)

1.2-rasm. Mezonlar buluti
Neytronning o‘rtacha magnit momenti:
. Atom yadrosi turg‘un (barqaror) yoki radioaktiv bo’lishi mumkin. Bu yadrolar massa soni A, elektr zaryadi Z. massasi M, massasiga bog’liq to‘la bog’lanish energiyasi E_b, radiusi (o’lchami) R, spini I, magnit momenti μ , elektr kvadrupol momenti Q, izotopik spini T va shu yadroning to’lqin funksiyasiga xos bo’lgan juftligi π bilan xarakterlanadi. Radioaktiv yadrolar yana yemirilish turi, yarim yemirilish davri, yemirilish natijasida hosil bo’lgan α, β, γ nurlarning energiyasi bilan ham xarakterlanadi.
Atom yadrolari yana o’zlarining energetik holatlari bilan xarakterlanib,
eng kichik energiyali holatiga yadroning asosiy holati va undan yuqori
energiyaga ega bo’lgan holatlarga uyg’ongan holatlar deb ataladi. Yuqorida
sanab o'tilgan yadro xususiyatlarining deyarli hammasi yadroning asosiy
holatlari uchun ham, uyg’ongan holatlari uchun ham xosdir. Massa soni A
va zaryadi Z dan tashqari hamma xususiyatlari holat energiyasi o’zgarganda
o'zgarishi mumkin. Uyg’ongan holatdagi yadro xususiyatlariga yana
yadroning bir energetik holatdan ikkinchisiga o’tish usuli, yadroviy
reaksiyalar ko’rilganda zarraning yadro bilan yoki yadrolarning o’zaro
ta’sirlashish kesimi va yadroviy reaksiyalarda ajralgan energiya, ikkilamchi
zarralarning burchak taqsimoti va boshqa kattaliklar bilan xarakterlanadi.
Atom yadrosining oddiy xarakteristikalaridan biri —
uning o’lchami, ya’ni radiusidir. Atom yadrosining radiusi taxminan 10^-13 sm. Elektron diametri ham shunday tartibga ega.
Atom yadrosi proton va neytronlardan, ya’ni nuklonlardan tashkil topganligi uchun yadro radiusi nuklonlarning soniga bog’liq ravishda o’zgarishi kerak. Har xil usullar bilan o’lchangan yadro radiusining qiymati, haqiqatan, nuklonlar sonini bildiruvchi A ning uchdan bir darajasiga mutanosib bo’lib chiqdi.
Atom yadrosining radiusini tajribada aniqlash usullari
turli zarralarning, masalan, elektron va neytronlarning atom
yadrosida sochilishini o’rganishga asoslangan. Undan tashqari:
yadro radiusini «ko’zgu» yadrolarda protonlarning elektrostatik ta’sir energiyasini o’rganish, μ-mezoatomlar rentgen nurlanishini o’rganish va alfa-radioaktiv yadrolarning yemirilish qonunini o’rganish yo’li bilan ham aniqlash mumkin. Yuqorida sanab o’tilgan usullar yadroviy kuchning o’zaro ta’sir sohasini, yo elektromagnit o’zaro ta’sir sohasini aniqlashga asoslangan. Shuning uchun yadro radiusi haqida so’z ketganda yo yadroviy kuchning o’zaro
ta’sir sohasini, yo elektromagnit kuchning o’zaro ta’sir sohasini tushunish kerak. Yadroning potensiali uning radiusiga bog’liq, (1.3-rasm).
Neytronlarning sochilishi uchun qisqa o’zaro ta’sir kuchi, ya’ni sof yadroviy o’zaro ta’sir kuchi asosiy rol o’ynaydi. Energiyasi
10 MeV dan katta bo’lgan neytronlar uchun mos keluvchi de-Broyl to’lqin uzunligi yadro radiusiga nisbatan kichik bo’lgani uchun bunday neytronlarni yadroda sochilishini o’rganib, yadro radiusini yuqori aniqlikda o’lchash mumkin.
Atom yadrosini R radiusli sfera deb qarasak, tez neytronlarning yadro bilan o’zaro ta’sir kesimini yadroning ikki geometrik ko’ndalang kesimi 2πR² ga teng deb hisoblash mumkin.
Bu taxmin faqat neytronlar uchun yuqori aniqlashda bajariladi, chunki neytron neytral bo’lganidan uni nuqtaviy zarra
deb qarash mumkin. Demak, neytronlarning turli yadrolarda sochilish kesimi σ ni tajribadan aniqlab, σ=2πR² formula asosida yadro radiusini topish mumkin. Shu tariqa qator elementlar yadrolarining radiuslari topilgan. Masalan, Pb va U kabi og’ir elementlar uchun radius kattaligi 10^-12 sm ekanligi ma’lum bo’ldi. Mendeleyev davriy sistemasining o’rtasida yotuvchi elementlar uchun radius kichikroq bo’lib, u 6*10^-13 sm ga yaqin. Turli usullar natijalarini quyidagi empirik formula bilan ifodalash mumkin:
(3)
bu yerda R₀ — doimiy kattalik bo’lib, uning qiymati yadro radiusini aniqlash usuliga bog’liq ravishda o’zgarishi mumkin.
Tez neytronlarning yadrolarda sochilishini o’rganish usulidan
R₀= 1,4 F (1 F = 1 Fermi = 10^-13 sm) ekani ma’lum bo’lgan.
Atom yadrosining radiusini o’lchash usullari atom yadrosi
taxminan sferik shaklga ega ekanini ko’rsatdi. Bu sferaning
radiusi (3) formula bilan aniqlanadi. Har xil usul R₀
(1,2÷1,5) F oraliqda bo’lishini ko’rsatdi. Elektromagnit o’zaro
ta’sirni o’lchashga asoslangan usuldan kichikroq qiymat R₀≈
1,2F kelib chiqadi. Tez neytronlarning sochilishini o’rganishga asoslangan usulda yadro kuchining o’zaro ta’sir sohasi o’lchandi va bu holda R₀ kattaroqdir. Shuning uchun, ba’zan atom yadrosining «elektr» radiusi va «yadroviy» radiusi haqida so’z yuritiladi.
Energiyasi 500 MeV dan yuqori bo’lgan elektronlarning turli
yadrolarda sochilishini o’rganish shuni ko’rsatdiki, yadroda zaryad