შებოჭვის ენერგია და მასის დეფექტი. მასობრივი დეფექტი და ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია

ლექცია 18.ატომის ბირთვის ფიზიკის ელემენტები

ლექციის მონახაზი

ატომური ბირთვი. მასობრივი დეფექტი, ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია.

რადიოაქტიური გამოსხივება და მისი ტიპები. რადიოაქტიური დაშლის კანონი.

რადიოაქტიური დაშლისა და ბირთვული რეაქციების კონსერვაციის კანონები.

1.ატომის ბირთვი. მასობრივი დეფექტი, ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია.

ატომის ბირთვის შემადგენლობა

ბირთვული ფიზიკა- მეცნიერება ატომის ბირთვების სტრუქტურის, თვისებებისა და გარდაქმნების შესახებ. 1911 წელს ე. რეზერფორდმა ექსპერიმენტებში დაადგინა α-ნაწილაკების გაფანტვისას მატერიაში გავლისას, რომ ნეიტრალური ატომი შედგება კომპაქტური დადებითად დამუხტული ბირთვისა და უარყოფითი ელექტრონული ღრუბლისგან. W. Heisenberg და D.D. ივანენკომ (დამოუკიდებლად) წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან.

ატომური ბირთვი- ატომის ცენტრალური მასიური ნაწილი, რომელიც შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, რომლებიც ერთობლივად ე.წ. ნუკლეონები. ატომის თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია ბირთვში (99,95%-ზე მეტი). ბირთვების ზომები არის 10 -13 - 10 -12 სმ რიგის მიხედვით და დამოკიდებულია ბირთვში არსებული ნუკლეონების რაოდენობაზე. ბირთვული ნივთიერების სიმკვრივე როგორც მსუბუქი, ისე მძიმე ბირთვებისთვის თითქმის იგივეა და არის დაახლოებით 10 17 კგ/მ 3, ე.ი. ბირთვული მატერიის 1 სმ 3 იწონიდა 100 მილიონ ტონას, ბირთვებს აქვთ დადებითი ელექტრული მუხტი ატომში ელექტრონების მთლიანი მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობის ტოლი.

პროტონი (სიმბოლო p) არის ელემენტარული ნაწილაკი, წყალბადის ატომის ბირთვი. პროტონს აქვს დადებითი მუხტი ელექტრონის მუხტის სიდიდის ტოლი. პროტონის მასა m p = 1,6726 10 -27 კგ = 1836 m e, სადაც m e არის ელექტრონის მასა.

ბირთვულ ფიზიკაში ჩვეულებრივია მასების გამოხატვა ატომური მასის ერთეულებში:

1 ამუ = 1,65976 10 -27 კგ.

მაშასადამე, პროტონის მასა, გამოხატული ამუში, ტოლია

m p = 1.0075957 სთ.

ბირთვში პროტონების რაოდენობას ეწოდება დატენვის ნომერი Z. ის უდრის მოცემული ელემენტის ატომურ რიცხვს და, შესაბამისად, განსაზღვრავს ელემენტის ადგილს პერიოდული ცხრილიმენდელეევის ელემენტები.

ნეიტრონი (სიმბოლო n) არის ელემენტარული ნაწილაკი, რომელსაც არ აქვს ელექტრული მუხტი, რომლის მასა ოდნავ აღემატება პროტონის მასას.

ნეიტრონის მასა m n = 1,675 10 -27 კგ = 1,008982 ამუ ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობა აღინიშნება N.

ბირთვში პროტონებისა და ნეიტრონების მთლიან რაოდენობას (ნუკლეონების რაოდენობა) ეწოდება მასობრივი რიცხვიდა აღინიშნება ასო A,

ბირთვების დასანიშნად გამოიყენება სიმბოლო, სადაც X არის ელემენტის ქიმიური სიმბოლო.

იზოტოპები- ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის ატომების ჯიშები, რომელთა ატომურ ბირთვებს აქვთ პროტონების იგივე რაოდენობა (Z) და სხვადასხვა ნომერინეიტრონები (N). ასეთი ატომების ბირთვებს იზოტოპებსაც უწოდებენ. იზოტოპებს ელემენტების პერიოდულ სისტემაში იგივე ადგილი უკავია. მაგალითად, აქ არის წყალბადის იზოტოპები:

ბირთვული ძალების კონცეფცია.

ატომების ბირთვები უკიდურესად ძლიერი წარმონაქმნებია, მიუხედავად იმისა, რომ ანალოგიურად დამუხტული პროტონები, რომლებიც ატომის ბირთვში ძალიან მცირე დისტანციებზე არიან, უნდა მოიგერიონ ერთმანეთი უზარმაზარი ძალით. შესაბამისად, ბირთვის შიგნით მოქმედებს უკიდურესად ძლიერი მიმზიდველი ძალები ნუკლეონებს შორის, რამდენჯერმე აღემატება პროტონებს შორის ელექტრული მოგერიების ძალებს. ბირთვული ძალები არის ძალის განსაკუთრებული ტიპი; ისინი ბუნებაში ყველა ცნობილი ურთიერთქმედებიდან ყველაზე ძლიერია.

კვლევამ აჩვენა, რომ ბირთვულ ძალებს აქვთ შემდეგი თვისებები:

ბირთვული მიმზიდველი ძალები მოქმედებენ ნებისმიერ ნუკლეონებს შორის, მიუხედავად მათი მუხტის მდგომარეობისა;

ბირთვული მიმზიდველი ძალები მოკლე დიაპაზონია: ისინი მოქმედებენ ნებისმიერ ორ ნუკლეონს შორის ნაწილაკების ცენტრებს შორის დაახლოებით 2·10-15 მ მანძილზე და მკვეთრად მცირდება მანძილის მატებასთან ერთად (3·10-15 მ-ზე მეტ მანძილზე ისინი პრაქტიკულად არიან ნულის ტოლი);

ბირთვულ ძალებს ახასიათებთ გაჯერება, ე.ი. თითოეულ ნუკლეონს შეუძლია ურთიერთქმედება მხოლოდ მასთან ყველაზე ახლოს მდებარე ბირთვის ნუკლეონებთან;

ბირთვული ძალები არ არის ცენტრალური, ე.ი. ისინი არ მოქმედებენ ურთიერთმოქმედ ნუკლეონების ცენტრების დამაკავშირებელი ხაზის გასწვრივ.

ამჟამად ბირთვული ძალების ბუნება ბოლომდე არ არის გასაგები. დადგინდა, რომ ისინი გაცვლითი ძალების ე.წ. გაცვლითი ძალები ბუნებით კვანტურია და ანალოგი არ აქვთ კლასიკურ ფიზიკაში. ნუკლეონები ერთმანეთთან დაკავშირებულია მესამე ნაწილაკით, რომელსაც ისინი მუდმივად ცვლიან. 1935 წელს იაპონელმა ფიზიკოსმა ჰ. იუკავამ აჩვენა, რომ ნუკლეონები ცვლიან ნაწილაკებს, რომელთა მასა დაახლოებით 250-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. ნაწინასწარმეტყველები ნაწილაკები აღმოაჩინა 1947 წელს ინგლისელმა მეცნიერმა ს. პაუელმა კოსმოსური სხივების შესწავლისას და შემდგომში დაარქვეს -მეზონები ან პიონები.

ნეიტრონისა და პროტონის ურთიერთ გარდაქმნები დასტურდება სხვადასხვა ექსპერიმენტებით.

დეფექტი ატომის ბირთვების მასებში. ატომის ბირთვის შებოჭვის ენერგია.

ატომის ბირთვში არსებული ნუკლეონები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ბირთვული ძალებით, ამიტომ ბირთვის ცალკეულ პროტონებად და ნეიტრონებებად დაყოფისთვის საჭიროა დიდი ენერგიის დახარჯვა.

ბირთვის შემადგენელ ნუკლეონებად გამოსაყოფად საჭირო მინიმალურ ენერგიას ეწოდება ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია. იგივე რაოდენობის ენერგია გამოიყოფა, თუ თავისუფალი ნეიტრონები და პროტონები გაერთიანდებიან და ქმნიან ბირთვს.

ბირთვული მასების მასის სპექტროსკოპიულმა გაზომვებმა აჩვენა, რომ ატომური ბირთვის დანარჩენი მასა ნაკლებია თავისუფალი ნეიტრონებისა და პროტონების დანარჩენი მასების ჯამზე, საიდანაც წარმოიქმნა ბირთვი. სხვაობა თავისუფალი ნუკლეონების დანარჩენი მასების ჯამს შორის, საიდანაც წარმოიქმნება ბირთვი და ბირთვის მასას შორის ე.წ. მასობრივი დეფექტი:

მასის ეს განსხვავება m შეესაბამება ბირთვის შებოჭვის ენერგიას ე წმ.აინშტაინის მიმართებით განსაზღვრული:

ან გამოსახულებით  ჩანაცვლება მ, ვიღებთ:

შებოჭვის ენერგია ჩვეულებრივ გამოხატულია მეგაელექტრონვოლტებში (MeV). მოდით განვსაზღვროთ შებოჭვის ენერგია, რომელიც შეესაბამება ერთი ატომური მასის ერთეულს (, სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში
):

გადავიყვანოთ მიღებული მნიშვნელობა ელექტრონვოლტებად:

ამასთან დაკავშირებით, პრაქტიკაში უფრო მოსახერხებელია შემდეგი გამოთქმის გამოყენება სავალდებულო ენერგიისთვის:

სადაც m ფაქტორი გამოიხატება ატომური მასის ერთეულებში.

ბირთვის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ბირთვის სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია, ე.ი. შებოჭვის ენერგია ნუკლეონზე:

.

Უფრო , მით უფრო ძლიერად არის დაკავშირებული ნუკლეონები ერთმანეთთან.

 მნიშვნელობის დამოკიდებულება ბირთვის მასურ რიცხვზე ნაჩვენებია სურათზე 1. როგორც გრაფიკიდან ჩანს, ნუკლეონები ბირთვებში 50-60 რიგის მასის რიცხვებით (Cr-Zn) ყველაზე ძლიერად არიან შეკრული. ამ ბირთვებისთვის დამაკავშირებელი ენერგია აღწევს

8.7 მევ/ნუკლეონი. როგორც A იზრდება, სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია თანდათან მცირდება.

რადიოაქტიური გამოსხივება და მისი ტიპები. რადიოაქტიური დაშლის კანონი.

ფრანგი ფიზიკოსი ა.ბეკერელი 1896 წ ურანის მარილების ლუმინესცენციის შესწავლისას მან შემთხვევით აღმოაჩინა მათი უცნობი ბუნების გამოსხივების სპონტანური გამოსხივება, რომელიც მოქმედებდა ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე, იონიზებდა ჰაერს, გადიოდა თხელი ლითონის ფირფიტებში და იწვევდა მრავალი ნივთიერების ნათებას.

ამ ფენომენის შესწავლის გაგრძელებისას კურიელებმა აღმოაჩინეს, რომ ასეთი გამოსხივება დამახასიათებელია არა მხოლოდ ურანისთვის, არამედ მრავალი სხვა მძიმე ელემენტისთვის (თორიუმი, აქტინიუმი, პოლონიუმი).
, რადიუმი
).

აღმოჩენილ გამოსხივებას რადიოაქტიური ეწოდა, თავად ფენომენს კი რადიოაქტიურობა.

შემდგომმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ პრეპარატის რადიაციის ბუნებაზე გავლენას არ ახდენს ქიმიური ნივთიერების ტიპი. კავშირები, ფიზიკური მდგომარეობა, წნევა, ტემპერატურა, ელექტრული და მაგნიტური ველები, ე.ი. ყველა ის გავლენა, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ატომის ელექტრონული გარსის მდგომარეობის ცვლილება. შესაბამისად, ელემენტის რადიოაქტიური თვისებები განისაზღვრება მხოლოდ მისი ბირთვის აგებულებით.

რადიოაქტიურობა არის ზოგიერთი ატომის ბირთვის სპონტანური ტრანსფორმაცია სხვაში, რომელსაც თან ახლავს ემისიები. ელემენტარული ნაწილაკები. რადიოაქტიურობა იყოფა ბუნებრივ (დაფიქსირებული ბუნებაში არსებულ არასტაბილურ იზოტოპებში) და ხელოვნურად (დაფიქსირდა ბირთვული რეაქციების შედეგად მიღებულ იზოტოპებში). მათ შორის არ არსებობს ფუნდამენტური განსხვავება, რადიოაქტიური ტრანსფორმაციის კანონები იგივეა. რადიოაქტიურ გამოსხივებას აქვს რთული შემადგენლობა (ნახ. 2).

- რადიაციაარის ჰელიუმის ბირთვების ნაკადი,
,
აქვს მაღალი მაიონებელი და დაბალი შეღწევადობის უნარი (შეიწოვება ალუმინის ფენით თან
მმ).

- რადიაცია- სწრაფი ელექტრონების ნაკადი. მაიონებელი უნარი დაახლოებით 2 ბრძანებით ნაკლებია, ხოლო შეღწევადობის უნარი გაცილებით დიდია; ის შეიწოვება ალუმინის ფენით.
მმ.

- რადიაცია– მოკლე ტალღის ელექტრომაგნიტური გამოსხივებით
მ და, შედეგად, გამოხატული კორპუსკულური თვისებებით, ე.ი. არის ნაკადი კვანტა მას აქვს შედარებით სუსტი მაიონებელი უნარი და ძალიან მაღალი შეღწევადობის უნარი (გადის ტყვიის ფენით
სმ).

ცალკეული რადიოაქტიური ბირთვები ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად განიცდიან ტრანსფორმაციას. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ბირთვების რაოდენობა
დროთა განმავლობაში დაიშალა
რადიოაქტიური ბირთვების რაოდენობის პროპორციულია
და დრო
:

,
.

მინუს ნიშანი ასახავს იმ ფაქტს, რომ რადიოაქტიური ბირთვების რაოდენობა მცირდება.

- რადიოაქტიური დაშლის მუდმივი, დამახასიათებელი მოცემული რადიოაქტიური ნივთიერებისთვის, განსაზღვრავს რადიოაქტიური დაშლის სიჩქარეს.

,
,

,
,
,
,

- რადიოაქტიური დაშლის კანონი

- ბირთვების რაოდენობა საწყის დროს
,

- დაურღვეველი ბირთვების რაოდენობა ერთდროულად .

გაუფუჭებელი ბირთვების რაოდენობა მცირდება ექსპონენციალური კანონის მიხედვით.

ბირთვების რაოდენობა დროთა განმავლობაში დაიშალა , განისაზღვრება გამოხატულებით

დრო, რომლის დროსაც ბირთვების საწყისი რაოდენობის ნახევარი იშლება, ეწოდება ნახევარი ცხოვრება. მოდით განვსაზღვროთ მისი ღირებულება.

ზე

,

,
,
,

,
.

ამჟამად ცნობილი რადიოაქტიური ბირთვების ნახევარგამოყოფის პერიოდი მერყეობს 310 -7 წმ-დან 510 15 წლამდე.

დროის ერთეულში დაშლილი ბირთვების რაოდენობას ეწოდება ელემენტის აქტივობა რადიოაქტიურ წყაროში,

.

აქტივობა ნივთიერების მასის ერთეულზე - კონკრეტული აქტივობა,

.

C-ში აქტივობის ერთეული არის ბეკერელი (Bq).

1 Bq – ელემენტის აქტივობა, რომლის დროსაც ხდება დაშლის 1 მოქმედება 1 წამში;

[A]=1Bq=1 .

რადიოაქტიურობის სისტემის გარეთ ერთეული არის კური (Ci). 1Ki - აქტივობა, რომელშიც 3,710 10 დაშლის მოვლენა ხდება 1 წამში.

რადიოაქტიური დაშლისა და ბირთვული რეაქციების კონსერვაციის კანონები.

ატომის ბირთვს, რომელიც განიცდის დაშლას, ეწოდება დედობრივი, განვითარებადი ბირთვი - შვილობილი კომპანიები.

რადიოაქტიური დაშლა ხდება ეგრეთ წოდებული გადაადგილების წესების შესაბამისად, რაც შესაძლებელს ხდის განსაზღვროს რომელი ბირთვი წარმოიქმნება მოცემული ძირითადი ბირთვის დაშლის შედეგად.

გადაადგილების წესები არის ორი კანონის შედეგი, რომლებიც გამოიყენება რადიოაქტიური დაშლის დროს.

1. ელექტრული მუხტის შენარჩუნების კანონი:

წარმოქმნილი ბირთვების და ნაწილაკების მუხტების ჯამი უდრის საწყისი ბირთვის მუხტს.

2. მასის რიცხვის შენარჩუნების კანონი:

წარმოქმნილი ბირთვების და ნაწილაკების მასური რიცხვების ჯამი უდრის საწყისი ბირთვის მასურ რაოდენობას.

ალფა დაშლა.

- სხივები წარმოადგენს ბირთვების ნაკადს
. გაფუჭება მიმდინარეობს სქემის მიხედვით

,

X- დედა ბირთვის ქიმიური სიმბოლო, - ქალიშვილი.

ალფა დაშლას, როგორც წესი, თან ახლავს ემისია ქალიშვილის ბირთვიდან - სხივები.

დიაგრამიდან ჩანს, რომ ასული ბირთვის ატომური რიცხვი 2 ერთეულით ნაკლებია მშობლის ბირთვზე, ხოლო მასური რიცხვი 4 ერთეულია, ე.ი. შედეგად მიღებული ელემენტი - decay, განთავსდება პერიოდული ცხრილის 2 უჯრედში ორიგინალური ელემენტის მარცხნივ.

.

ისევე როგორც ფოტონი არ არსებობს მზა სახით ატომის სიღრმეში და ჩნდება მხოლოდ ემისიის მომენტში, - ნაწილაკი ასევე არ არსებობს ბირთვში დასრულებული სახით, მაგრამ ჩნდება მისი რადიოაქტიური დაშლის მომენტში, როდესაც ბირთვში მოძრავი 2 პროტონი და 2 ნეიტრონი ხვდება ერთმანეთს.

ბეტა - დაშლა.

-დაშლა ან ელექტრონული დაშლა მიმდინარეობს სქემის მიხედვით

.

შედეგად მიღებული ელემენტი
განთავსდება ცხრილში ერთი უჯრედი მარჯვნივ (გადაადგილებული) თავდაპირველ ელემენტთან შედარებით.

ბეტა დაშლას შეიძლება თან ახლდეს ემისია - სხივები.

გამა გამოსხივება . ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ რადიაცია არ არის რადიოაქტიურობის დამოუკიდებელი ტიპი, მაგრამ მხოლოდ თან ახლავს - და -იხრწნება, ხდება ბირთვული რეაქციების, დამუხტული ნაწილაკების შენელების, მათი დაშლის და ა.შ.

ბირთვული რეაქციაარის ატომური ბირთვის ძლიერი ურთიერთქმედების პროცესი ელემენტარულ ნაწილაკთან ან სხვა ბირთვთან, რაც იწვევს ბირთვის (ან ბირთვების) გარდაქმნას. რეაქციაში მყოფი ნაწილაკების ურთიერთქმედება ხდება მაშინ, როდესაც ისინი ერთმანეთს ხვდებიან 10 -15 მ რიგის მანძილზე, ე.ი. დისტანციებზე, რომლებზეც შესაძლებელია ბირთვული ძალების მოქმედება, r~10 -15 მ.

ყველაზე გავრცელებული ტიპი ბირთვული რეაქციაარის მსუბუქი ნაწილაკების ურთიერთქმედების რეაქცია" "ბირთვი X-ით, რაც იწვევს მსუბუქი ნაწილაკების წარმოქმნას" ვ" და ბირთვი Y.

X არის საწყისი ბირთვი, Y არის საბოლოო ბირთვი.

- ნაწილაკი, რომელიც იწვევს რეაქციას

ვ- რეაქციის შედეგად წარმოქმნილი ნაწილაკი.

როგორც მსუბუქი ნაწილაკები ადა ვშეიძლება შეიცავდეს ნეიტრონს , პროტონი , დეიტრონი
,- ნაწილაკი,
,- ფოტონი.

ნებისმიერ ბირთვულ რეაქციაში დაცულია კონსერვაციის კანონები:

1) ელექტრული მუხტები: ბირთვებისა და რეაქციაში შემავალი ნაწილაკების მუხტების ჯამი უდრის რეაქციის საბოლოო პროდუქტების (ბირთვებისა და ნაწილაკების) მუხტების ჯამს;

2) მასობრივი რიცხვები;

3) ენერგია;

4) იმპულსი;

5) კუთხური იმპულსი.

ბირთვული რეაქციის ენერგეტიკული ეფექტი შეიძლება გამოითვალოს რეაქციის ენერგეტიკული ბალანსის შედგენით. გამოთავისუფლებული და შთანთქმული ენერგიის რაოდენობას რეაქციის ენერგია ეწოდება და განისაზღვრება ბირთვული რეაქციის საწყისი და საბოლოო პროდუქტების მასის სხვაობით (გამოხატული ენერგიის ერთეულებში). თუ მიღებული ბირთვების და ნაწილაკების მასების ჯამი აღემატება საწყისი ბირთვების და ნაწილაკების მასების ჯამს, რეაქცია ხდება ენერგიის შთანთქმით (და პირიქით).

საკითხი, თუ რომელი ბირთვული გარდაქმნები მოიცავს ენერგიის შთანთქმას ან განთავისუფლებას, შეიძლება გადაწყდეს სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიის გრაფიკის გამოყენებით A მასის რიცხვთან მიმართებაში (ნახ. 1). გრაფიკი აჩვენებს, რომ ელემენტების ბირთვები პერიოდული ცხრილის დასაწყისში და ბოლოს ნაკლებად სტაბილურია, რადგან  აქვთ ნაკლები.

შესაბამისად, ბირთვული ენერგიის გამოყოფა ხდება როგორც მძიმე ბირთვების დაშლის რეაქციების დროს, ასევე მსუბუქი ბირთვების შერწყმის დროს.

ეს დებულება ძალზე მნიშვნელოვანია, რადგან მასზეა დაფუძნებული ბირთვული ენერგიის წარმოების სამრეწველო მეთოდები.

კვლევა აჩვენებს, რომ ატომის ბირთვები სტაბილური წარმონაქმნებია. ეს ნიშნავს, რომ ბირთვში არის გარკვეული კავშირი ნუკლეონებს შორის. ამ კავშირის შესწავლა შეიძლება განხორციელდეს ბირთვული ძალების ბუნებისა და თვისებების შესახებ ინფორმაციის ჩართვის გარეშე, მაგრამ ეფუძნება ენერგიის შენარჩუნების კანონს.

შემოვიღოთ განმარტებები.

ნუკლეონის შეკავშირების ენერგია ბირთვშიარის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ტოლია იმ სამუშაოს, რომელიც უნდა გაკეთდეს ბირთვიდან მოცემული ნუკლეონის ამოსაღებად მისთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

სრული ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგიაგანისაზღვრება იმ სამუშაოთი, რომელიც უნდა გაკეთდეს ბირთვის მის შემადგენელ ნუკლეონებად გასაყოფად მათთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან გამომდინარეობს, რომ როდესაც ბირთვი წარმოიქმნება მისი შემადგენელი ნუკლეონებისგან, ენერგია უნდა გამოთავისუფლდეს ბირთვის შებოჭვის ენერგიის ტოლი. ცხადია, ბირთვის შეკავშირების ენერგია უდრის სხვაობას თავისუფალი ნუკლეონების მთლიან ენერგიას, რომლებიც ქმნიან მოცემულ ბირთვს და მათ ენერგიას ბირთვში.

ფარდობითობის თეორიიდან ცნობილია, რომ არსებობს კავშირი ენერგიასა და მასას შორის:

E = mс 2. (250)

თუ მეშვეობით ΔE ქმიუთითეთ ბირთვის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია, მაშინ ენერგიის ეს გამოთავისუფლება, ფორმულის მიხედვით (250), უნდა იყოს დაკავშირებული ბირთვის მთლიანი მასის შემცირებასთან მისი შემადგენელი ნაწილაკებისგან წარმოქმნის დროს:

Δm = ΔE ქ / 2-დან (251)

თუ აღვნიშნავთ m p, m n, m Iშესაბამისად პროტონის, ნეიტრონისა და ბირთვის მასები, შემდეგ Δmშეიძლება განისაზღვროს ფორმულით:

დმ = [Zm р + (A-Z)m n]-მე ვარ . (252)

ბირთვების მასის დადგენა შესაძლებელია ძალიან ზუსტად მასის სპექტრომეტრების გამოყენებით - საზომი ხელსაწყოები, რომლებიც გამოყოფენ დამუხტული ნაწილაკების (ჩვეულებრივ იონების) სხივებს სხვადასხვა სპეციფიკური მუხტით ელექტრული და მაგნიტური ველების გამოყენებით. ქ/მ. მასის სპექტრომეტრულმა გაზომვებმა აჩვენა, რომ მართლაც, ბირთვის მასა ნაკლებია მისი შემადგენელი ნუკლეონების მასების ჯამზე.

ბირთვის შემადგენელი ნუკლეონის მასებისა და ბირთვის მასის ჯამს შორის განსხვავება ე.წ. ძირითადი მასის დეფექტი(ფორმულა (252)).

ფორმულის მიხედვით (251), ბირთვში ნუკლეონების შებოჭვის ენერგია განისაზღვრება გამოთქმით:

ΔE SV = [ზმ გვ+ (ა-ზ)m n - m I ]თან 2 . (253)

ცხრილები ჩვეულებრივ არ აჩვენებს ბირთვების მასებს მ მედა ატომების მასები მ ა. ამიტომ, სავალდებულო ენერგიისთვის ვიყენებთ ფორმულას:

ΔE SV =[ზმ ჰ+ (ა-ზ)მ ნ - მ ა ]თან 2 (254)

სად mH- წყალბადის ატომის მასა 1 H 1. იმიტომ რომ mHმეტი ბატონიელექტრონის მასით მ ე ,მაშინ კვადრატულ ფრჩხილებში პირველი ტერმინი მოიცავს ელექტრონების Z მასას. მაგრამ, რადგან ატომის მასა მ აგანსხვავდება ბირთვის მასისგან მ მემხოლოდ ელექტრონების Z მასით, შემდეგ გამოთვლები (253) და (254) ფორმულების გამოყენებით იგივე შედეგებამდე მიგვიყვანს.

ხშირად ბირთვების შებოჭვის ენერგიის ნაცვლად თვლიან სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიაdE NEარის შებოჭვის ენერგია ბირთვის ერთ ნუკლეონზე. იგი ახასიათებს ატომური ბირთვების მდგრადობას (სიძლიერეს), ანუ მით უფრო dE NEმით უფრო სტაბილურია ბირთვი . სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია დამოკიდებულია მასის რაოდენობაზე აელემენტი. მსუბუქი ბირთვებისთვის (A £ 12), სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია მკვეთრად იზრდება 6 ¸ 7 მევ-მდე, გადის რამდენიმე ნახტომი (იხ. სურათი 93). მაგალითად, ამისთვის dE NE= 1,1 მევ, -7,1 მევ-სთვის, -5,3 მევ-სთვის. dE მასის რაოდენობის შემდგომი ზრდით, SV იზრდება უფრო ნელა მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე 8,7 MeV ელემენტებისთვის ა=50¸60 და შემდეგ თანდათან მცირდება მძიმე ელემენტებისთვის. მაგალითად, ეს არის 7.6 მევ. შედარებისთვის აღვნიშნოთ, რომ ატომებში ვალენტური ელექტრონების შებოჭვის ენერგია დაახლოებით 10 ევ-ია (10 6-ჯერ ნაკლები).

სტაბილური ბირთვებისთვის სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიის მრუდზე მასის რიცხვის მიმართ (სურათი 93), შეიძლება აღინიშნოს შემდეგი შაბლონები:

ა) თუ გადავაგდებთ ყველაზე მსუბუქ ბირთვებს, მაშინ უხეში, ასე ვთქვათ ნულოვანი მიახლოებით, სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია მუდმივია და უდრის დაახლოებით 8 მევ-ს.

ნუკლეონი. სპეციფიკური შემაკავშირებელი ენერგიის სავარაუდო დამოუკიდებლობა ნუკლეონების რაოდენობისგან მიუთითებს ბირთვული ძალების გაჯერების თვისებებზე. ეს თვისებაა ის, რომ თითოეულ ნუკლეონს შეუძლია ურთიერთქმედება მხოლოდ რამდენიმე მეზობელ ნუკლეონთან.

ბ) სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია არ არის მკაცრად მუდმივი, მაგრამ აქვს მაქსიმუმი (~8,7 მევ/ნუკლეონი) ა= 56, ე.ი. რკინის ბირთვების რეგიონში და მცირდება ორივე კიდეებისკენ. მრუდის მაქსიმუმი შეესაბამება ყველაზე სტაბილურ ბირთვებს. ენერგიულად ხელსაყრელია ყველაზე მსუბუქი ბირთვების ერთმანეთთან შერწყმა, თერმობირთვული ენერგიის გამოთავისუფლებისთვის. უმძიმესი ბირთვებისთვის, პირიქით, სასარგებლოა ფრაგმენტებად დაშლის პროცესი, რაც ხდება ენერგიის გამოყოფით, რომელსაც ატომური ეწოდება.

ყველაზე სტაბილურია ეგრეთ წოდებული ჯადოსნური ბირთვები, რომლებშიც პროტონების რაოდენობა ან ნეიტრონების რაოდენობა უდრის ერთ-ერთ ჯადოსნურ რიცხვს: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. განსაკუთრებით ორმაგი ჯადოსნური ბირთვებია. სტაბილური, რომელშიც პროტონების რაოდენობაც და ნეიტრონების რაოდენობაც. ამ ბირთვებიდან მხოლოდ ხუთია: , , , , .

კვლევა აჩვენებს, რომ ატომის ბირთვები სტაბილური წარმონაქმნებია. ეს ნიშნავს, რომ ბირთვში არის გარკვეული კავშირი ნუკლეონებს შორის.

ბირთვების მასის დადგენა შესაძლებელია ძალიან ზუსტად მასის სპექტრომეტრების გამოყენებით - საზომი ხელსაწყოები, რომლებიც გამოყოფენ დამუხტული ნაწილაკების (ჩვეულებრივ იონების) სხივებს სხვადასხვა სპეციფიკური მუხტით ელექტრული და მაგნიტური ველების გამოყენებით. ქ/მ.მასის სპექტრომეტრულმა გაზომვებმა აჩვენა ბირთვის მასა ნაკლებია მისი შემადგენელი ნუკლეონების მასების ჯამზე.მაგრამ ვინაიდან მასის ყოველი ცვლილება უნდა შეესაბამებოდეს ენერგიის ცვლილებას, აქედან გამომდინარეობს, რომ ბირთვის ფორმირებისას გარკვეული ენერგია უნდა გამოითავისუფლოს. ენერგიის შენარჩუნების კანონიდანაც საპირისპიროა: ბირთვის შემადგენელ ნაწილებად გამოსაყოფად აუცილებელია ენერგიის იგივე რაოდენობის დახარჯვა, რომელიც გამოიყოფა მისი ფორმირებისას. ენერგია, რომელიც უნდა დაიხარჯოს ბირთვის ცალკეულ ნუკლეონებად გასაყოფად, ეწოდება ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია.

გამოთქმის მიხედვით (40.9), ბირთვში ნუკლეონების შებოჭვის ენერგია

სად t p, t n, tმე - შესაბამისად პროტონის, ნეიტრონისა და ბირთვის მასები. ცხრილები ჩვეულებრივ არ აჩვენებს მასებს. თმე ვარ ბირთვები და მასები თატომები. მაშასადამე, ბირთვის შებოჭვის ენერგიისთვის ისინი იყენებენ ფორმულას

სად მ H არის წყალბადის ატომის მასა. იმიტომ რომ მ H უფრო დიდია მ გვთანხით მ ე, მაშინ კვადრატულ ფრჩხილებში პირველი ტერმინი მოიცავს მასას ზელექტრონები. მაგრამ რადგან ატომის მასა თგანსხვავდება ბირთვის მასისგან თმე მხოლოდ მასაზე ვარ ზელექტრონები, შემდეგ გამოთვლები ფორმულების (252.1) და (252.2) გამოყენებით იგივე შედეგებამდე მიგვიყვანს.

მაგნიტუდა

დაურეკა მასობრივი დეფექტიბირთვები. ყველა ნუკლეონის მასა მცირდება ამ რაოდენობით, როდესაც მათგან ატომური ბირთვი წარმოიქმნება.

ხშირად, სავალდებულო ენერგიის ნაცვლად, განვიხილავთ სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია dEწმ. - შებოჭვის ენერგია თითო ნუკლეონზე. იგი ახასიათებს ატომური ბირთვების მდგრადობას (სიძლიერეს), ანუ მით უფრო dEწმ. , რაც უფრო სტაბილურია ბირთვი. სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია დამოკიდებულია მასის რაოდენობაზე აელემენტი (სურ. 342). მსუბუქი ბირთვებისთვის ( ა£ 12) სპეციფიური შებოჭვის ენერგია მკვეთრად იზრდება 6¸ 7 მევ-მდე, გაივლის რამდენიმე ნახტომს (მაგალითად, H-სთვის dE sv = 1.1 MeV, He-სთვის - 7.1 MeV, Li-სთვის - 5.3 MeV), შემდეგ უფრო ნელა იზრდება მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე 8.7 MeV ელემენტებისთვის ა=50¸ 60 და შემდეგ თანდათან მცირდება მძიმე ელემენტებისთვის (მაგალითად, U-სთვის ეს არის 7,6 მევ). შედარებისთვის აღვნიშნოთ, რომ ატომებში ვალენტური ელექტრონების შებოჭვის ენერგია არის დაახლოებით 10 ევ (10 6!-ჯერ ნაკლები).

მძიმე ელემენტებზე გადასვლისას სპეციფიკური შებოჭვის ენერგიის შემცირება აიხსნება იმით, რომ ბირთვში პროტონების რაოდენობის მატებასთან ერთად იზრდება მათი ენერგიაც. კულონის მოგერიება.ამრიგად, ნუკლეონებს შორის კავშირი ნაკლებად ძლიერი ხდება, ხოლო თავად ბირთვები ნაკლებად ძლიერი ხდება.

ყველაზე სტაბილურები არიან ე.წ ჯადოსნური ბირთვები,რომელშიც პროტონების რაოდენობა ან ნეიტრონების რაოდენობა უდრის ერთ-ერთ ჯადოსნურ რიცხვს: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. განსაკუთრებით სტაბილურია ორჯერ ჯადოსნური ბირთვები, რომელშიც პროტონების რაოდენობაც და ნეიტრონების რაოდენობაც მაგიურია (ამ ბირთვებიდან მხოლოდ ხუთია: He, O, Ca, Ca, Pb).

ნახ. 342 აქედან გამომდინარეობს, რომ ენერგეტიკული თვალსაზრისით ყველაზე სტაბილური ბირთვებია პერიოდული ცხრილის შუა ნაწილში. მძიმე და მსუბუქი კერნელი ნაკლებად სტაბილურია. ეს ნიშნავს, რომ შემდეგი პროცესები ენერგეტიკულად ხელსაყრელია: 1) მძიმე ბირთვების დაშლა მსუბუქ ბირთვებად; 2) მსუბუქი ბირთვების ერთმანეთთან შერწყმა უფრო მძიმეებში. ორივე პროცესი გამოყოფს უზარმაზარ ენერგიას; ეს პროცესები ამჟამად პრაქტიკულად ხორციელდება: დაშლის რეაქციები და თერმობირთვული რეაქციები.

იზოტოპები

იზოტოპები- ერთი ქიმიური ელემენტის ატომების (და ბირთვების) სახეობები ბირთვში სხვადასხვა რაოდენობის ნეიტრონებით. ქიმიური თვისებებიატომები დამოკიდებულია თითქმის ექსკლუზიურად ელექტრონული გარსის სტრუქტურაზე, რაც, თავის მხრივ, განისაზღვრება ძირითადად ბირთვის მუხტით. ზ(ანუ მასში პროტონების რაოდენობა) და თითქმის არ არის დამოკიდებული მის მასურ რაოდენობაზე ა(ანუ პროტონების საერთო რაოდენობა ზდა ნეიტრონები ნ). ერთი და იგივე ელემენტის ყველა იზოტოპს აქვს ერთი და იგივე ბირთვული მუხტი, განსხვავდება მხოლოდ ნეიტრონების რაოდენობით.

იზოტოპების მაგალითი: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O - ჟანგბადის სამი სტაბილური იზოტოპი.

88.ატომის ბირთვის აგებულება. Სუბატომური ნაწილაკები. ელემენტები. იზოტოპები.

ატომი შედგება ბირთვისა და მის გარშემო მყოფი ელექტრონის „ღრუბლისაგან“. მდებარეობს ელექტრონულ ღრუბელში ელექტრონებიტარება უარყოფითიელექტრული მუხტი. პროტონები, შედის ბირთვში, განახორციელოს დადებითიდააკისროს.

ნებისმიერ ატომში, ბირთვში პროტონების რაოდენობა ზუსტად უდრის ელექტრონების ღრუბელში არსებულ ელექტრონების რაოდენობას, ამიტომ ატომი მთლიანობაში არის ნეიტრალური ნაწილაკი, რომელიც არ ატარებს მუხტს.

ატომს შეუძლია დაკარგოს ერთი ან მეტი ელექტრონი ან, პირიქით, მიიღოს ელექტრონები სხვებისგან. ამ შემთხვევაში ატომი იძენს დადებით ან უარყოფით მუხტს და ე.წ იონი.

ატომის გარე ზომები არის გაცილებით ნაკლებად მკვრივი ელექტრონული ღრუბლის ზომები, რომელიც დაახლოებით 100000-ჯერ აღემატება ბირთვის დიამეტრს.

პროტონების გარდა, ატომების უმეტესობის ბირთვები მოიცავს ნეიტრონები, რომლებიც არანაირ გადასახადს არ ატარებენ. ნეიტრონის მასა პრაქტიკულად არ განსხვავდება პროტონის მასისგან. პროტონებს და ნეიტრონებს ერთად უწოდებენ ნუკლეონები.

სავალდებულო ენერგია და ბირთვული მასის დეფექტი

ბირთვში არსებული ნუკლეონები მყარად იკავებენ ბირთვულ ძალებს. ბირთვიდან ნუკლეონის ამოღების მიზნით, ბევრი სამუშაო უნდა ჩატარდეს, ანუ ბირთვს მნიშვნელოვანი ენერგია გადასცეს.

ატომური ბირთვის Eb-ის შემაკავშირებელი ენერგია ახასიათებს ბირთვში ნუკლეონების ურთიერთქმედების ინტენსივობას და უდრის მაქსიმალურ ენერგიას, რომელიც უნდა დაიხარჯოს ბირთვის ცალკეულ არაურთიერთმონაწილეობად ნუკლეონებად დაყოფისთვის მათ კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე. თითოეულ ბირთვს აქვს თავისი დამაკავშირებელი ენერგია. რაც უფრო დიდია ეს ენერგია, მით უფრო სტაბილურია ატომის ბირთვი. ბირთვული მასების ზუსტი გაზომვები აჩვენებს, რომ m i ბირთვის დანარჩენი მასა ყოველთვის ნაკლებია მისი შემადგენელი პროტონებისა და ნეიტრონების დანარჩენი მასების ჯამზე. ამ მასის განსხვავებას ეწოდება მასის დეფექტი:

სწორედ Dm მასის ეს ნაწილი იკარგება შემაკავშირებელი ენერგიის გამოყოფის დროს. მასისა და ენერგიის ურთიერთობის კანონის გამოყენებით მივიღებთ:

*с2 (მოკლედ აქ, გავამრავლოთ C კვადრატზე)

სად არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში.

ბირთვის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პარამეტრია ბირთვის თითო ნუკლეონზე შემაკავშირებელი ენერგია, რომელიც შეიძლება გამოითვალოს ბირთვის შებოჭვის ენერგიის გაყოფით მასში შემავალი ნუკლეონების რაოდენობაზე:

ეს მნიშვნელობა წარმოადგენს საშუალო ენერგიას, რომელიც უნდა დაიხარჯოს ბირთვიდან ერთი ნუკლეონის ამოსაღებად, ან ბირთვის შებოჭვის ენერგიის საშუალო ცვლილებას, როდესაც მასში თავისუფალი პროტონი ან ნეიტრონი შეიწოვება.

ნახ. ნაჩვენებია A-ზე Est-ის ექსპერიმენტულად დადგენილი დამოკიდებულების გრაფიკი.

როგორც განმარტებითი ფიგურიდან ჩანს, მასობრივი რიცხვების მცირე მნიშვნელობებით, ბირთვების სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია მკვეთრად იზრდება და მაქსიმუმს აღწევს (დაახლოებით 8,8 მევ). ნუკლიდები ასეთი მასობრივი რიცხვებით ყველაზე სტაბილურები არიან. შემდგომი ზრდით, საშუალო შებოჭვის ენერგია მცირდება, თუმცა მასობრივი რიცხვების ფართო დიაპაზონში ენერგიის მნიშვნელობა თითქმის მუდმივია (MeV), საიდანაც შეგვიძლია დავწეროთ.

საშუალო შემაკავშირებელი ენერგიის ეს ქცევა მიუთითებს ბირთვული ძალების თვისებაზე, რომ მიაღწიონ გაჯერებას, ანუ ნუკლეონის ურთიერთქმედების შესაძლებლობას მხოლოდ მცირე რაოდენობის "პარტნიორებთან". თუ ბირთვულ ძალებს არ გააჩნდათ გაჯერების თვისება, მაშინ ბირთვული ძალების მოქმედების რადიუსში თითოეული ნუკლეონი ურთიერთქმედებს თითოეულ სხვასთან და ურთიერთქმედების ენერგია იქნება პროპორციული, ხოლო ერთი ნუკლეონის საშუალო შეკავშირების ენერგია არ იქნება მუდმივი. სხვადასხვა ბირთვებისთვის, მაგრამ გაიზრდება მატებასთან ერთად.

90.ატომის ბირთვის აგებულების თეორიები

ფიზიკის განვითარების პროცესში წამოაყენეს ატომის ბირთვის აგებულების სხვადასხვა ჰიპოთეზა. ყველაზე ცნობილია შემდეგი:

· ბირთვის წვეთოვანი მოდელი - შემოთავაზებული 1936 წელს ნილს ბორის მიერ.

ბირთვის წვეთოვანი მოდელი- ატომის ბირთვის სტრუქტურის ერთ-ერთი ადრეული მოდელი, შემოთავაზებული ნილს ბორის მიერ 1936 წელს რთული ბირთვის თეორიის ფარგლებში, შემუშავებული იაკობ ფრენკელის და, შემდგომში, ჯონ ვილერის მიერ, რომლის საფუძველზეც კარლ ვაიცზეკერმა პირველად მიიღო ნახევრად ემპირიული ფორმულა ატომური ბირთვის შემაკავშირებელ ენერგიაზე, რომელსაც მის პატივსაცემად უწოდებენ Weizsäcker ფორმულა.

ამ თეორიის თანახმად, ატომის ბირთვი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს, როგორც სპეციალური ბირთვული ნივთიერების სფერული, ერთნაირად დამუხტული წვეთი, რომელსაც აქვს გარკვეული თვისებები, როგორიცაა შეკუმშვა, ბირთვული ძალების გაჯერება, ნუკლეონების (ნეიტრონები და პროტონები) „აორთქლება“ და ჰგავს. სითხე. ამასთან დაკავშირებით, სითხის წვეთების ზოგიერთი სხვა თვისება შეიძლება გავრცელდეს ასეთ ბირთვულ წვეთამდე, მაგალითად, ზედაპირული დაჭიმულობა, წვეთების ფრაგმენტაცია წვრილად (ბირთვების დაშლა), მცირე წვეთების შერწყმა ერთ დიდში (შერწყმა). ბირთვების).

· ბირთვის გარსის მოდელი - შემოთავაზებული მე-20 საუკუნის 30-იან წლებში.

ატომის გარსის მოდელში ელექტრონები ავსებენ ელექტრონულ გარსებს და როგორც კი გარსი ივსება, შემდეგი ელექტრონის შეკვრის ენერგია მნიშვნელოვნად მცირდება.

· განზოგადებული Bohr-Mottelson მოდელი.

ო.მ.ი. იგი შემოთავაზებულია ნუკლეონების დამოუკიდებელი მოძრაობის ვარაუდზე დაყრდნობით ნელა ცვალებადი პოტენციალის მქონე ველში. ნუკლეონები შიდა შევსებული ჭურვები ქმნიან „ჩონჩხს“, რომელსაც აქვს თავისუფლების კოლექტიური ხარისხი და აღწერილია თხევადი წვეთოვანი მოდელის გამოყენებით (იხ. ბირთვის წვეთოვანი მოდელი).გარე, შეუვსებელი გარსების ნუკლეონები, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ამ წვეთის ზედაპირთან, ქმნიან ზოგად, ჩვეულებრივ, არასფერულ, თვითშეთანხმებულობას. პოტენციალი. ამ პოტენციალის ცვლილების ადიაბატური ბუნება შესაძლებელს ხდის ნუკლეონების ერთი ნაწილაკიანი მოძრაობის გამოყოფას, რომელიც ფიქსირებული გზით ხდება. პოტენციალი, კოლექტიური მოძრაობიდან, რომელიც იწვევს ფორმისა და ორიენტაციის ცვლილებას შდრ. ძირითადი ველები. ეს მიდგომა მოლეკულებში ელექტრონებისა და ბირთვების მოძრაობის გამოყოფის მსგავსია.

· კლასტერული ბირთვის მოდელი

· ნუკლეონის ასოციაციების მოდელი

· ბირთვის ოპტიკური მოდელი

· სუპერთხევადი ბირთვის მოდელი

სტატისტიკური ბირთვის მოდელი

ბირთვული ძალები

ბირთვული ძალები არის ძალები, რომლებიც იკავებენ ნუკლეონებს ბირთვში, წარმოადგენენ დიდ მიმზიდველ ძალებს, რომლებიც მოქმედებენ მხოლოდ მცირე მანძილზე. მათ აქვთ გაჯერების თვისებები და, შესაბამისად, ბირთვულ ძალებს მიეკუთვნება გაცვლითი ხასიათი. ბირთვული ძალები დამოკიდებულია სპინზე, არ არის დამოკიდებული ელექტრულ მუხტზე და არ არის ცენტრალური ძალები.

რადიოაქტიური დაშლა

რადიოაქტიური დაშლა(ლათ. რადიუსი"სხივი" და āctīvus"ეფექტური") - არასტაბილური ატომური ბირთვების შემადგენლობის სპონტანური ცვლილება (მუხტი Z, მასის ნომერი A) ელემენტარული ნაწილაკების ან ბირთვული ფრაგმენტების გამოსხივების გზით. რადიოაქტიური დაშლის პროცესს ასევე უწოდებენ რადიოაქტიურობა, და შესაბამისი ელემენტები რადიოაქტიურია. რადიოაქტიური ბირთვების შემცველ ნივთიერებებს რადიოაქტიურსაც უწოდებენ.

დადგენილია, რომ ყველა ქიმიური ელემენტი სერიული ნომერი 82-ზე მეტი (ანუ ბისმუტით დაწყებული) და ბევრ მსუბუქ ელემენტს (პრომეთიუმს და ტექნიციუმს არ აქვთ სტაბილური იზოტოპები და ზოგიერთი ელემენტისთვის, როგორიცაა ინდიუმი, კალიუმი ან კალციუმი, ზოგიერთი ბუნებრივი იზოტოპი სტაბილურია, ზოგი კი რადიოაქტიურია. ).

ბუნებრივი რადიოაქტიურობა- ბუნებაში ნაპოვნი ელემენტების ბირთვების სპონტანური დაშლა.

ნაწილი 5. მასობრივი დეფექტი-დამაკავშირებელი ენერგია-ბირთვული ძალები.

5.1. ამჟამინდელი ნუკლეონის მოდელის მიხედვით, ატომის ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, რომლებიც ბირთვის შიგნით ინახება ბირთვული ძალებით.

ციტატა: ”ატომის ბირთვი შედგება მჭიდროდ შეფუთული ნუკლეონებისგან - დადებითად დამუხტული პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, რომლებიც ერთმანეთთან დაკავშირებულია მძლავრი და მოკლე დიაპაზონით. ბირთვული ძალებიურთიერთმიზიდულობა... (Atomic nucleus. Wikipedia. Atomic nucleus. TSB).
თუმცა, მე-3 ნაწილში მოცემული ნეიტრონის მასობრივი დეფექტის გამოჩენის პრინციპების გათვალისწინებით, ბირთვული ძალების შესახებ ინფორმაციას გარკვეული განმარტება სჭირდება.

5.2. ნეიტრონისა და პროტონის გარსები თითქმის იდენტურია მათი "დიზაიით". მათ აქვთ ტალღოვანი სტრუქტურა და შეკუმშულია ელექტრომაგნიტური ტალღა, რომელსაც აქვს ენერგია მაგნიტური ველიმთლიანად ან ნაწილობრივ გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად ( + /-) ველები. თუმცა, ჯერ კიდევ უცნობი მიზეზების გამო, ამ ორ განსხვავებულ ნაწილაკს აქვს ერთი და იგივე მასის გარსი - 931,57 მევ. ანუ: პროტონის გარსი არის "კალიბრირებული" და პროტონის კლასიკური ბეტა გადაწყობით მისი გარსის მასა.მთლიანად და მთლიანად „მემკვიდრეობს“ ნეიტრონის მიერ (და პირიქით).

5.3. ამასთან, ვარსკვლავების ინტერიერში, პროტონების ნეიტრონად გადაკეთების ბეტა გადანაწილებისას, გამოიყენება პროტონის გარსის საკუთარი მატერია, რის შედეგადაც ყველა წარმოქმნილ ნეიტრონს თავდაპირველად აქვს მასის დეფექტი. ამასთან დაკავშირებით, ყოველი შემთხვევისთვის, „დეფექტური“ ნეიტრონი ცდილობს აღადგინოს ნებისმიერი საშუალებითმითითება მისი ჭურვის მასა და გადაიქცევა "სრულფასოვან" ნაწილაკად. და ნეიტრონის ეს სურვილი აღადგინოს მისი პარამეტრები (დეფიციტის კომპენსაცია) სრულიად გასაგები, გამართლებული და „კანონიერია“. ამიტომ, უმცირესი შესაძლებლობის შემთხვევაში, "დეფექტური" ნეიტრონი უბრალოდ "ეწებება" (ჩხირები, ჩხირები და ა.შ.) უახლოესი პროტონის გარსს.

5.4. მაშასადამე: ბმის ენერგია და ბირთვული ძალები თანდაყოლილია ძალის ტოლფასია,რომლითაც ნეიტრონი ცდილობს პროტონს „ამოიღოს“ მისი გარსის დაკარგული წილი. მექანიზმი ამ ფენომენსჯერ კიდევ არ არის ძალიან მკაფიო და არ შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ამ სამუშაოს ფარგლებში. თუმცა, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ნეიტრონი, თავისი „დეფექტური“ გარსით, ნაწილობრივ არის გადაჯაჭვული პროტონის ხელუხლებელი (და უფრო ძლიერი) გარსით.

5.5.ამრიგად:

ა) ნეიტრონული მასის დეფექტი - ეს არ არის აბსტრაქტული, უცნობია როგორ და სად გაჩნდა ბირთვული ძალები . ნეიტრონული მასის დეფექტი არის ნეიტრონული მატერიის ძალიან რეალური ნაკლებობა, რომლის არსებობა (ენერგეტიკული ეკვივალენტის მეშვეობით) უზრუნველყოფს ბირთვული ძალების გამოჩენას და შემაკავშირებელ ენერგიას;

ბ) შებოჭვის ენერგია და ბირთვული ძალები ერთი და იგივე ფენომენის სხვადასხვა სახელწოდებაა - ნეიტრონული მასის დეფექტი. ანუ:
მასობრივი დეფექტი (a.m.u.* E 1 ) = შებოჭვის ენერგია (MeV) = ბირთვული ძალები (MeV), სადაც E 1 - ატომური მასის ერთეულის ენერგიის ეკვივალენტი.

ნაწილი 6. დააწყვილეთ ბმები ნუკლეონებს შორის.

6.1. ციტატა: ”მიღებულია, რომ ბირთვული ძალები ძლიერი ურთიერთქმედების გამოვლინებაა და აქვს შემდეგი თვისებები:

ა) ბირთვული ძალები მოქმედებს ნებისმიერ ორ ნუკლეონს შორის: პროტონსა და პროტონს, ნეიტრონს და ნეიტრონს, პროტონსა და ნეიტრონს;

ბ) ბირთვის შიგნით პროტონების მიზიდვის ბირთვული ძალები დაახლოებით 100-ჯერ აღემატება პროტონების ელექტრული მოგერიების ძალას. ატომურ ძალებზე უფრო ძლიერი ძალები ბუნებაში არ შეიმჩნევა;

გ) ბირთვული მიმზიდველი ძალები მოკლე დიაპაზონია: მათი მოქმედების რადიუსი არის დაახლოებით 10 - 15 მ". (I.V. Yakovlev. Nuclear Binding Energy).

ამასთან, ნეიტრონში მასის დეფექტის გამოჩენის ხსენებული პრინციპების გათვალისწინებით, წინააღმდეგობები დაუყოვნებლივ ჩნდება ა) პუნქტთან დაკავშირებით და მოითხოვს უფრო დეტალურ განხილვას.

6.2. დეიტრონის (და სხვა ელემენტების ბირთვების) წარმოქმნის დროს გამოიყენება მხოლოდ ნეიტრონის მასის დეფექტი. ამ რეაქციებში ჩართულ პროტონებს აქვთ მასობრივი დეფექტი არ არის ჩამოყალიბებული. გარდა ამისა - პროტონებს საერთოდ არ შეუძლიათ მასის დეფექტი,იმიტომ რომ:

ჯერ ერთი:არ არსებობს მისი ფორმირების "ტექნოლოგიური" საჭიროება, რადგან დეიტრონის და სხვა ბირთვების ფორმირებისთვის ქიმიური ელემენტებიმხოლოდ ნეიტრონების მასობრივი დეფექტი სავსებით საკმარისია;

Მეორეც:პროტონი უფრო ძლიერი ნაწილაკია, ვიდრე მის საფუძველზე „დაბადებული“ ნეიტრონი. მაშასადამე, „დეფექტურ“ ნეიტრონთან გაერთიანების შემთხვევაშიც კი, პროტონი არასოდეს და არავითარ შემთხვევაში არ გადასცემს ნეიტრონს თავისი მატერიის „ერთ გრამს“. სწორედ ამ ორ ფენომენზე - პროტონის „შეუსაბამობას“ და ნეიტრონის მასის დეფექტის არსებობას ეფუძნება შემაკავშირებელი ენერგიისა და ბირთვული ძალების არსებობა.

6.3 ზემოაღნიშნულთან დაკავშირებით გამოდის შემდეგი მარტივი დასკვნები:

ა) ბირთვული ძალები შეუძლიაიმოქმედოს მხოლოდპროტონსა და „დეფექტურ“ ნეიტრონს შორის, რადგან მათ აქვთ გარსები სხვადასხვა მუხტის განაწილებით და სხვადასხვა სიძლიერით (პროტონის გარსი უფრო ძლიერია);

ბ) ბირთვული ძალები არ შეუძლიამოქმედებს პროტონ-პროტონს შორის, რადგან პროტონებს არ შეუძლიათ მასის დეფექტი. ამიტომ დიპროტონის წარმოქმნა და არსებობა გამორიცხულია. დადასტურება - დიპროტონი ჯერ ექსპერიმენტულად არ არის აღმოჩენილი (და არც არასოდეს იქნება აღმოჩენილი). მეტიც, თუ არსებობდა (ჰიპოთეტური) კავშირი პროტონი-პროტონი, მაშინ მარტივი კითხვა ხდება ლეგიტიმური: მაშინ რატომ სჭირდება ბუნებას ნეიტრონი? პასუხი ნათელია - ამ შემთხვევაში ნეიტრონი საერთოდ არ არის საჭირო რთული ბირთვების ასაგებად;

გ) ბირთვული ძალები არ შეუძლიამოქმედებს ნეიტრონ-ნეიტრონს შორის, ვინაიდან ნეიტრონებს აქვთ „იგივე ტიპის“ ჭურვები სიძლიერითა და მუხტის განაწილებით. ამიტომ, დინეიტრონის ფორმირება და არსებობა გამორიცხულია. დადასტურება - დინეიტრონი ჯერ ექსპერიმენტულად არ არის აღმოჩენილი (და არც არასოდეს იქნება აღმოჩენილი). მეტიც, თუ არსებობდა (ჰიპოთეტური) კავშირი ნეიტრონი-ნეიტრონი, მაშინ ორი ნეიტრონიდან ერთ-ერთი („უფრო ძლიერი“) თითქმის მყისიერად აღადგენს მისი გარსის მთლიანობას მეორის („სუსტი“) გარსის ხარჯზე.

6.4. ამრიგად:

ა) პროტონებს აქვთ მუხტი და, შესაბამისად, კულონის მოგერიების ძალები. Ამიტომაც ნეიტრონის ერთადერთი დანიშნულება არის მასის დეფექტის შექმნის უნარი (უნარი).და თავისი შემაკავშირებელი ენერგიით (ბირთვული ძალებით) „აწებება“ დამუხტულ პროტონებს და მათთან ერთად ქმნის ქიმიური ელემენტების ბირთვებს;

ბ) შემაკავშირებელ ენერგიას შეუძლია იმოქმედოს მხოლოდ პროტონსა და ნეიტრონს შორის, და არ შეუძლიამოქმედებს პროტონ-პროტონსა და ნეიტრონ-ნეიტრონს შორის;

გ) პროტონში მასის დეფექტის არსებობა, აგრეთვე დიპროტონისა და დინეიტრონის წარმოქმნა და არსებობა გამორიცხულია.

ნაწილი 7. "მეზონის დინებები".

7.1. ციტატა: „ნუკლეონების შეერთებას ახორციელებს უკიდურესად ხანმოკლე ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება პი-მეზონების ნაწილაკების უწყვეტი გაცვლის შედეგად... ნუკლეონების ურთიერთქმედება მცირდება მეზონის გამოსხივების განმეორებით აქტებამდე ერთით. ნუკლეონების და მისი სხვა შთანთქმის... მეზონის გაცვლის დენების ყველაზე მკაფიო გამოვლინება გვხვდება მაღალი ენერგიის ელექტრონებისა და გ-კვანტების მიერ დეიტრონის გაყოფის რეაქციებში“ (ატომის ბირთვი. ვიკიპედია, TSB და სხვ.).

მოსაზრება, რომ ბირთვული ძალები „... წარმოიქმნება პი-მეზონების ნაწილაკების უწყვეტი გაცვლის გამო..."განმარტებას საჭიროებს შემდეგი მიზეზების გამო:

7.2. მეზონის დენების გამოჩენა დეიტრონის (ან სხვა ნაწილაკების) განადგურების დროს არავითარ შემთხვევაშიარ შეიძლება ჩაითვალოს სანდო ფაქტიამ ნაწილაკების (მეზონების) მუდმივი არსებობა რეალობაში, რადგან:

ა) განადგურების პროცესში სტაბილური ნაწილაკები ნებისმიერი საშუალებით ცდილობენ შეინარჩუნონ (ხელახლა შექმნან, „შეაკეთონ“ და ა.შ.) მათი სტრუქტურა. ამიტომ, საბოლოო დაშლამდე ისინი ქმნიან მრავალრიცხოვან საკუთარი თავის მსგავსი ფრაგმენტები შუალედური სტრუქტურაკვარკების სხვადასხვა კომბინაციით - მიონები, მეზონები, ჰიპერონები და ა.შ. და ასე შემდეგ.

ბ) ეს ფრაგმენტები არის მხოლოდ შუალედური დაშლის პროდუქტები წმინდა სიმბოლური სიცოცხლის ხანგრძლივობით („დროებითი მაცხოვრებლები“) და, შესაბამისად, არ შეიძლება ჩაითვალოსროგორც მუდმივი და ნამდვილად არსებული სტრუქტურული კომპონენტებიუფრო სტაბილური წარმონაქმნები (პერიოდული ცხრილის ელემენტები და მათი შემადგენელი პროტონები და ნეიტრონები).

7.3. გარდა ამისა: მეზონები არის კომპოზიციური ნაწილაკები, რომელთა მასა დაახლოებით 140 მევ-ია, რომელიც შედგება კვარკ-ანტიკვარკებისგან. u-დდა ჭურვები. და დეიტრონის "შიგნით" ასეთი ნაწილაკების გამოჩენა უბრალოდ შეუძლებელია შემდეგი მიზეზების გამო:

ა) ერთი მინუს მეზონის ან პლუს მეზონის გამოჩენა მუხტის შენარჩუნების კანონის სრული დარღვევაა;

ბ) მეზონის კვარკების წარმოქმნას თან ახლავს რამდენიმე შუალედური ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის გამოჩენა და შეუქცევადიენერგიის (მატერიის) გამოყოფა ნეიტრინოს სახით. ეს დანაკარგები, ისევე როგორც პროტონული ნივთიერების ღირებულება (140 მევ) მინიმუმ ერთი მეზონის ფორმირებისთვის, არის პროტონის კალიბრაციის 100%-იანი დარღვევა (პროტონის მასა - 938,27 მევ, არც მეტი და არც ნაკლები).

7.4. ამრიგად:

ა ) ორი ნაწილაკი - პროტონი და ნეიტრონი, რომლებიც ქმნიან დეიტრონს, ერთად იკავებენ მხოლოდ შებოჭვის ენერგიით, რომლის საფუძველია ნეიტრონული გარსის მატერიის ნაკლებობა (მასობრივი დეფექტი);

ბ) ნუკლეონების კავშირი „ მრავალჯერადი მოქმედება» პი-მეზონების (ან სხვა „დროებითი“ ნაწილაკების გაცვლა) - გამორიცხული, ვინაიდან ეს არის პროტონის კონსერვაციისა და მთლიანობის კანონების სრული დარღვევა.

ნაწილი 8. მზის ნეიტრინოები.

8.1. ამჟამად, მზის ნეიტრინოების რაოდენობის გაანგარიშებისას, ფორმულის შესაბამისად p + p = D + e + +v ე+ 0,42 მევ, დავუშვათ, რომ მათი ენერგია 0-დან 0,42 მევ-მდე დიაპაზონშია. თუმცა, ეს არ ითვალისწინებს შემდეგ ნიუანსებს:

8.1.1. In-პირველი.როგორც 4.3 პუნქტშია მითითებული, ენერგეტიკული მნიშვნელობები (+0.68 მევ) და (-0.26 მევ) არ შეიძლება შეჯამდეს, რადგან ეს აბსოლუტურად არის განსხვავებული ტიპებიენერგიის (ტიპები), რომელიც გამოიყოფა/მოხმარდება სხვადასხვა ეტაპებიპროცესი (სხვადასხვა დროის ინტერვალით). ენერგია (0,68 მევ) გამოიყოფა საწყისი ეტაპიდეიტრონის წარმოქმნის პროცესი და დაუყოვნებლივ ნაწილდება პოზიტრონსა და ნეიტრინოს შორის თვითნებური პროპორციებით. შესაბამისად, მზის ნეიტრინო ენერგიის გამოთვლილი მნიშვნელობები დიაპაზონშია 0-დან 0.68 მევ-მდე.

8.1.2. In-მეორე.მზის სიღრმეში მატერია ურჩხული წნევის გავლენის ქვეშ იმყოფება, რომელიც კომპენსირდება პროტონების მოგერიების კულონური ძალებით. როდესაც ერთ-ერთი პროტონი ბეტა გადაწყობას განიცდის, მისი კულონის ველი (+1) ქრება, მაგრამ მის ადგილას არა მხოლოდ ელექტრულად ნეიტრალური ნეიტრონი მაშინვე ჩნდება, არამედ ახალი ნაწილაკიც - პოზიტრონიზუსტად იგივე კულონის ველით (+1). "ახალშობილი" ნეიტრონი ვალდებულია გამოდევნოს "არასაჭირო" პოზიტრონები და ნეიტრინოები, მაგრამ ის ყველა მხრიდან გარშემორტყმულია (შეკუმშული) სხვა პროტონების კულონის (+1) ველებით. და ახალი ნაწილაკის (პოზიტრონის) გამოჩენა ზუსტად იგივე ველით (+1) ნაკლებად სავარაუდოა, რომ "აღფრთოვანებული იქნება". ამიტომ, იმისათვის, რომ პოზიტრონი დატოვოს რეაქციის ზონა (ნეიტრონი), საჭიროა გადალახოს "უცხო" კულონური ველების კონტრ წინააღმდეგობა. ამისთვის პოზიტრონი უნდა ( უნდა) აქვთ კინეტიკური ენერგიის მნიშვნელოვანი რეზერვი და ამიტომ რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის უმეტესი ნაწილი გადაეცემა პოზიტრონს.

8.2. ამრიგად:

ა) ბეტა გადაწყობის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის განაწილება პოზიტრონსა და ნეიტრინოს შორის დამოკიდებულია არა მხოლოდ კვარკის შიგნით წარმოქმნილი ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის სივრცით განლაგებაზე და პროტონის შიგნით კვარკების მდებარეობაზე, არამედ გარე ძალები, რომლებიც ეწინააღმდეგებიან პოზიტრონის გათავისუფლებას;

ბ) გარე კულონის ველების დასაძლევად უდიდესი ნაწილიბეტა გადაწყობის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიისგან (0,68 მევ-დან) გადავა პოზიტრონში. ამ შემთხვევაში ნეიტრინოების დიდი რაოდენობის საშუალო ენერგია რამდენჯერმე (ან თუნდაც რამდენიმე ათჯერ) ნაკლები იქნება საშუალო პოზიტრონის ენერგიაზე;

გ) მათი ენერგიის 0,42 მევ სიდიდე, რომელიც ამჟამად მიღებულია მზის ნეიტრინოების რაოდენობის გამოსათვლელად, არ შეესაბამება რეალობას.