ატომური სტრუქტურა: რა არის ნეიტრონი? ნეიტრონის სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზომვები სხვადასხვა მეთოდით მაინც განსხვავდება რა არის ნეიტრონი?

ნეიტრონის მასა შეიძლება განისაზღვროს სხვადასხვა გზით. m n-ის პირველი განსაზღვრა ჩადვიკმა გააკეთა უკუცემის ბირთვების ენერგიის გაზომვით, რომლებიც წარმოიქმნება ნეიტრონების წყალბადისა და აზოტის ბირთვებთან შეჯახების შედეგად. ეს მეთოდი საშუალებას გვაძლევს განვსაზღვროთ მხოლოდ ის, რომ ნეიტრონის მასა დაახლოებით პროტონის მასის ტოლია.

ნეიტრონს არ აქვს მუხტი, ამიტომ ატომების მასის განსაზღვრის ჩვეულებრივი მეთოდები (მასპექტროსკოპია, ქიმიური მეთოდები) არ გამოიყენება ნეიტრონზე. ნეიტრონების მასის ყველა გაზომვა ეფუძნებოდა მეთოდს, რომელიც აანალიზებდა სხვადასხვა ბირთვული რეაქციის ენერგეტიკული ბალანსის ნეიტრონებს. ნეიტრონის აღმოჩენის შემდეგ მალევე გამოიყენეს 11 B(α,n) 14 N და 7 Li(α,n) 10 B მისი მასის დასადგენად.

ამჟამად პროტონისა და ნეიტრონის მასების სხვაობა საკმაოდ ზუსტად არის განსაზღვრული ენდოენერგეტიკული რეაქციის 3 H+p→n+ 3 He და მეთოდის გამოყენებით, რომელიც დაფუძნებულია დეიტრონისა და წყალბადის მოლეკულის მასების სხვაობის გაზომვაზე. როგორც დეიტრონის შემაკავშირებელ ენერგიას. რეაქციისთვის 3 H(p,n) 3 He, ენერგიის შენარჩუნების კანონი შეიძლება დაიწეროს როგორც

სადაც Q არის რეაქციის ენერგია და ატომებისა და ნაწილაკების აღნიშვნები უნდა იქნას გაგებული, როგორც მათი დასვენების ენერგია. რეაქციის ენერგიის მიმართების გამოყენება

Q=(მ 2 /(მ 1 +მ 2))*E T *(1-0,5(მ 2 E T /((მ 1 +მ 2) 2 *c 2))), (2)

სადაც m 1 და m 2 არის პროტონისა და ტრიტონის მასები. აღმოჩნდა მნიშვნელობა Q=-(763,77±0,08) კე.

ნეიტრონისა და წყალბადის ატომის მასებს შორის სხვაობა შეიძლება მივიღოთ მაქსიმალური ენერგიის ცოდნით β - ნაწილაკები E β ტრიტიუმის დაშლის დროს:

(m n -M H)c 2 =E β (1+m 0 /m3)-Q+E H, (3)

სადაც m 3 არის 3 He ბირთვის მასა; მ 0 – ელექტრონის დასვენების მასა; E H – ელექტრონის შებოჭვის ენერგია წყალბადის ატომში; M H არის წყალბადის ატომის მასა, ანტინეიტრინო მასა ითვლება ნულამდე. ცნობილი მონაცემების საშუალოდ გაანგარიშებით, E β-ის მნიშვნელობა შეიძლება მოიძებნოს (18,56 ± 0,05) კევ. შედეგად ნეიტრონისა და პროტონის მასებს შორის სხვაობა გამოდის δm n - p = (1293,0±0,1) keV-ის ტოლი.

ერთ-ერთი ყველაზე ზუსტი მეთოდი ემყარება პროტონების მიერ თერმული ნეიტრონების რადიაციული დაჭერის რეაქციის გამოყენებას:

თუ პროტონი სტაციონარულია, მაშინ ამ რეაქციის ენერგიის შენარჩუნების კანონია

ტნ, ტდ - ნეიტრონისა და პროტონის კინეტიკური ენერგია. T n ≈ 0-ზე (მაგალითად, თერმული ნეიტრონებისთვის კინეტიკური ენერგია ტნ = 0,025 ევ) ნეიტრონების კინეტიკური ენერგია შეიძლება უგულებელვყოთ. დეიტრონის კინეტიკური ენერგიის იმპულსის შენარჩუნების კანონის საფუძველზე შეგვიძლია მივიღოთ შემდეგი გამოთქმა; . ამჟამად γ კვანტების ენერგია გაზომილია დიდი სიზუსტით E γ = 2223,25 კევ. დეიტრონის დამაკავშირებელი ენერგია. პროტონებისა და დეიტრონების მასები მ დ და მ გვ გაზომილი კარგი სიზუსტით მასის სპექტრომეტრის გამოყენებით, შეფასება იძლევა მნიშვნელობას ტდ = 1,3 კევ. აქედან შეგვიძლია გამოვთვალოთ ნეიტრონის მასა. ნეიტრონული მასის ყველაზე ზუსტი მნიშვნელობაა (1981): m n = 939,5731(27) მევ. ბოლო ორი ციფრის შეცდომა მითითებულია ფრჩხილებში.

ნეიტრონის მასა 1,293 მევ-ით მეტია პროტონის მასაზე. ამიტომ ნეიტრონი არის β -აქტიური ნაწილაკი, რომლის სიცოცხლე 885,4 წამია. თავისუფალ მდგომარეობაში ნეიტრონები პრაქტიკულად არ არსებობს, გარდა მცირე რაოდენობით, რომელიც წარმოიქმნება კოსმოსური სხივების გავლენის ქვეშ.

თავისუფალი ნეიტრონის β-დაშლის პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

ეს პროცესი ენერგიულად შესაძლებელია, ვინაიდან განტოლების მარჯვენა მხარეს შეტანილი ნაწილაკების ჯამური მასა ნეიტრონის მასაზე ნაკლებია. კვარკის მოდელში ნეიტრონის დაშლა არის d-კვარკის ტრანსფორმაციის უფრო ფუნდამენტური პროცესის შედეგი: d→u+e - + . თავისუფალი ნეიტრონის β-დაშლის შესწავლა შესაძლებელს ხდის ინფორმაციის მიღებას მის დაშლაზე პასუხისმგებელი სუსტი ურთიერთქმედების შესახებ. ამავდროულად, ის ფაქტი, რომ მიმდინარეობს ელემენტარული ნაწილაკების დაშლის შესწავლა, შესაძლებელს ხდის დაშლის პროცესზე ბირთვული ზემოქმედების გავლენისგან თავის დაღწევას.

ნეიტრონის სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზომვა β დაშლის მიმართ იძლევა მნიშვნელოვან ინფორმაციას სუსტი ურთიერთქმედების ფიზიკის, ასტროფიზიკისა და კოსმოლოგიისთვის. კოსმოლოგიაში, ნეიტრონის ნახევარგამოყოფის პერიოდი პირდაპირ კავშირშია სამყაროს არსებობის საწყის პერიოდში ჰელიუმის წარმოქმნის სიჩქარესთან. მზეზე მიმდინარე ფიზიკური პროცესების სწორი გაგებისთვის აუცილებელია ნეიტრონის ნახევარგამოყოფის პერიოდის ცოდნა.

ნეიტრონის ელექტრული მუხტი უზარმაზარი სიზუსტით (~ 10 -20 ე, ე- ელექტრონის მუხტი) არის ნული. ნეიტრონის არანულოვანი მაგნიტური მომენტი მიუთითებს მის შინაგან სტრუქტურაზე. ნუკლეონების სტრუქტურის შესასწავლად აუცილებელია, რომ მაძიებელი ნაწილაკების დე ბროლის ტალღის სიგრძე (λ = 2 ћ/p) იყოს მცირე ნუკლეონების ზომასთან შედარებით. ამ პირობების შესრულება შესაძლებელი გახდა ნუკლეონებზე სწრაფი ელექტრონების (~100 მევ) გაფანტვის გამოყენებით.

ნეიტრონს შეიძლება ჰქონდეს დიპოლური მომენტი. ეს შესაძლებელია, თუ უცვლელობა დროის შეცვლასთან დაკავშირებით ბუნებაში არ არის.

მიუხედავად იმისა, რომ ნეიტრონი ზოგადად ნეიტრალურია, მას აქვს რთული შიდა მუხტის განაწილება, რაც გამოიხატება ნეიტრონების ელექტრონებთან ურთიერთქმედებაში.

შეგვიძლია შევაჯამოთ პირველი თავი.

ნეიტრონი არის ნეიტრალური (z = 0) დირაკის ნაწილაკი სპინით და უარყოფითი მაგნიტური მომენტით (ბირთვული მაგნიტური მომენტის ერთეულებში), რომელიც ძირითადად განსაზღვრავს ნეიტრონის ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას. ისევე, როგორც პროტონს, ნეიტრონს ენიჭება ბარიონის ერთეული მუხტი Y n = +1 და დადებითი პარიტეტი P n =+1.

ნეიტრონის მასა არის m n = 1.00866491578 ± 0.00000000055 ამუ = 939,56633 ± 0,00004 მევ, რაც 1,2933318 ± 0,0000005 მევ-ით მეტია პროტონის მასაზე. ამ მხრივ ნეიტრონი არის β -რადიოაქტიური ნაწილაკი. სიცოცხლის დროით τ = 885.4 ± 0.9 (სტატ.) ± 0.4 (სისტ.) წამში ის იშლება სქემის მიხედვით (7). აქ არის 2000 წლის მონაცემები.

რა არის ნეიტრონი? რა არის მისი სტრუქტურა, თვისებები და ფუნქციები? ნეიტრონები არის ყველაზე დიდი ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ატომებს, ყველა მატერიის სამშენებლო ბლოკს.

ატომური სტრუქტურა

ნეიტრონები გვხვდება ბირთვში, ატომის მკვრივ რეგიონში, რომელიც ასევე სავსეა პროტონებით (დადებითად დამუხტული ნაწილაკები). ეს ორი ელემენტი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული იმ ძალით, რომელსაც ბირთვული ეწოდება. ნეიტრონებს აქვთ ნეიტრალური მუხტი. პროტონის დადებითი მუხტი ემთხვევა ელექტრონის უარყოფით მუხტს ნეიტრალური ატომის შესაქმნელად. მიუხედავად იმისა, რომ ბირთვში არსებული ნეიტრონები გავლენას არ ახდენენ ატომის მუხტზე, მათ მაინც აქვთ მრავალი თვისება, რაც გავლენას ახდენს ატომზე, მათ შორის რადიოაქტიურობის დონეზე.

ნეიტრონები, იზოტოპები და რადიოაქტიურობა

ნაწილაკი, რომელიც მდებარეობს ატომის ბირთვში, არის ნეიტრონი, რომელიც 0,2%-ით დიდია პროტონზე. ისინი ერთად შეადგენენ ერთი და იგივე ელემენტის მთლიანი მასის 99,99%-ს და შეიძლება ჰქონდეთ სხვადასხვა რაოდენობის ნეიტრონები. როდესაც მეცნიერები აღნიშნავენ ატომურ მასას, ისინი გულისხმობენ საშუალო ატომურ მასას. მაგალითად, ნახშირბადს ჩვეულებრივ აქვს 6 ნეიტრონი და 6 პროტონი 12 ატომური მასით, მაგრამ ზოგჯერ გვხვდება 13 ატომური მასით (6 პროტონი და 7 ნეიტრონი). ნახშირბადი ატომური ნომრით 14 ასევე არსებობს, მაგრამ იშვიათია. ასე რომ, ნახშირბადის ატომური მასა საშუალოდ 12,011-მდეა.

როდესაც ატომებს აქვთ სხვადასხვა რაოდენობის ნეიტრონები, მათ იზოტოპებს უწოდებენ. მეცნიერებმა იპოვეს ამ ნაწილაკების ბირთვში დამატების გზები უფრო დიდი იზოტოპების შესაქმნელად. ახლა ნეიტრონების დამატება არ მოქმედებს ატომის მუხტზე, რადგან მათ არ აქვთ მუხტი. თუმცა, ისინი ზრდის ატომის რადიოაქტიურობას. ამან შეიძლება გამოიწვიოს ძალიან არასტაბილური ატომები, რომლებსაც შეუძლიათ ენერგიის მაღალი დონის განმუხტვა.

რა არის ბირთვი?

ქიმიაში, ბირთვი არის ატომის დადებითად დამუხტული ცენტრი, რომელიც შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. სიტყვა "კერნელი" მომდინარეობს ლათინური ბირთვიდან, რომელიც არის სიტყვის ფორმა, რაც ნიშნავს "თხილს" ან "ბირთს". ტერმინი გამოიგონა 1844 წელს მაიკლ ფარადეის მიერ ატომის ცენტრის აღსაწერად. მეცნიერებებს, რომლებიც მონაწილეობენ ბირთვის შესწავლაში, მისი შემადგენლობისა და მახასიათებლების შესწავლაში, ეწოდება ბირთვული ფიზიკა და ბირთვული ქიმია.

პროტონები და ნეიტრონები ერთმანეთთან იმართება ძლიერი ბირთვული ძალით. ელექტრონები იზიდავენ ბირთვს, მაგრამ მოძრაობენ ისე სწრაფად, რომ მათი ბრუნვა ხდება ატომის ცენტრიდან გარკვეულ მანძილზე. ბირთვული მუხტი პლუსის ნიშნით მოდის პროტონებიდან, მაგრამ რა არის ნეიტრონი? ეს არის ნაწილაკი, რომელსაც არ აქვს ელექტრული მუხტი. ატომის თითქმის მთელი წონა შეიცავს ბირთვს, რადგან პროტონებსა და ნეიტრონებს გაცილებით მეტი მასა აქვთ ვიდრე ელექტრონებს. ატომის ბირთვში პროტონების რაოდენობა განსაზღვრავს მის როგორც ელემენტს. ნეიტრონების რაოდენობა მიუთითებს ელემენტის რომელი იზოტოპია ატომი.

ატომის ბირთვის ზომა

ბირთვი გაცილებით მცირეა ვიდრე ატომის საერთო დიამეტრი, რადგან ელექტრონები შეიძლება უფრო შორს იყვნენ ცენტრიდან. წყალბადის ატომი 145000-ჯერ აღემატება მის ბირთვს, ხოლო ურანის ატომი 23000-ჯერ აღემატება მის ცენტრს. წყალბადის ბირთვი ყველაზე პატარაა, რადგან ის შედგება ერთი პროტონისგან.

პროტონებისა და ნეიტრონების განლაგება ბირთვში

პროტონი და ნეიტრონები ჩვეულებრივ გამოსახულია როგორც შეფუთული და თანაბრად განაწილებული სფეროებში. თუმცა, ეს არის ფაქტობრივი სტრუქტურის გამარტივება. თითოეულ ნუკლეონს (პროტონს ან ნეიტრონს) შეუძლია დაიკავოს ენერგიის კონკრეტული დონე და მდებარეობის დიაპაზონი. მიუხედავად იმისა, რომ ბირთვი შეიძლება იყოს სფერული, ის ასევე შეიძლება იყოს მსხლის ფორმის, სფერული ან დისკის ფორმის.

პროტონებისა და ნეიტრონების ბირთვები არის ბარიონები, რომლებიც შედგება უმცირესი კვარკებისგან. მიზიდულობის ძალას აქვს ძალიან მოკლე დიაპაზონი, ამიტომ პროტონები და ნეიტრონები ერთმანეთთან ძალიან ახლოს უნდა იყვნენ ერთმანეთთან შეკავშირების მიზნით. ეს ძლიერი მიზიდულობა გადალახავს დამუხტული პროტონების ბუნებრივ მოგერიებას.

პროტონი, ნეიტრონი და ელექტრონი

ძლიერი იმპულსი ისეთი მეცნიერების განვითარებაში, როგორიცაა ბირთვული ფიზიკა, იყო ნეიტრონის აღმოჩენა (1932). ამისათვის მადლობა უნდა გადავუხადოთ ინგლისელ ფიზიკოსს, რომელიც რეზერფორდის სტუდენტი იყო. რა არის ნეიტრონი? ეს არის არასტაბილური ნაწილაკი, რომელიც თავისუფალ მდგომარეობაში მხოლოდ 15 წუთში დაიშლება პროტონად, ელექტრონად და ნეიტრინოდ, ეგრეთ წოდებულ უმასურ ნეიტრალურ ნაწილაკად.

ნაწილაკმა მიიღო სახელი, რადგან მას არ აქვს ელექტრული მუხტი, ის ნეიტრალურია. ნეიტრონები ძალიან მკვრივია. იზოლირებულ მდგომარეობაში, ერთი ნეიტრონის მასა იქნება მხოლოდ 1,67·10 - 27, და თუ აიღებთ ჩაის კოვზს, რომელიც მჭიდროდ არის შეფუთული ნეიტრონებით, მიღებული მატერიის ნაჭერი მილიონ ტონას იწონის.

ელემენტის ბირთვში პროტონების რაოდენობას ატომური რიცხვი ეწოდება. ეს რიცხვი თითოეულ ელემენტს აძლევს თავის უნიკალურ იდენტურობას. ზოგიერთი ელემენტის ატომებში, როგორიცაა ნახშირბადი, ბირთვებში პროტონების რაოდენობა ყოველთვის ერთნაირია, მაგრამ ნეიტრონების რაოდენობა შეიძლება განსხვავდებოდეს. მოცემული ელემენტის ატომს, რომელსაც აქვს გარკვეული რაოდენობის ნეიტრონები ბირთვში, იზოტოპი ეწოდება.

საშიშია თუ არა ცალკეული ნეიტრონები?

რა არის ნეიტრონი? ეს არის ნაწილაკი, რომელიც პროტონთან ერთად შედის, თუმცა, ზოგჯერ ისინი შეიძლება არსებობდნენ დამოუკიდებლად. როდესაც ნეიტრონები არიან ატომების ბირთვების გარეთ, ისინი იძენენ პოტენციურად საშიშ თვისებებს. როდესაც ისინი მოძრაობენ დიდი სიჩქარით, წარმოქმნიან მომაკვდინებელ გამოსხივებას. ეგრეთ წოდებული ნეიტრონული ბომბები, რომლებიც ცნობილია ადამიანებისა და ცხოველების მოკვლის უნარით, მაგრამ მინიმალური გავლენა აქვთ არაცოცხალ ფიზიკურ სტრუქტურებზე.

ნეიტრონები ატომის ძალიან მნიშვნელოვანი ნაწილია. ამ ნაწილაკების მაღალი სიმკვრივე, მათ სიჩქარესთან ერთად, აძლევს მათ უკიდურეს დესტრუქციულ ძალასა და ენერგიას. შედეგად, მათ შეუძლიათ შეცვალონ ან თუნდაც გაანადგურონ იმ ატომების ბირთვები, რომლებსაც ურტყამს. მიუხედავად იმისა, რომ ნეიტრონს აქვს წმინდა ნეიტრალური ელექტრული მუხტი, იგი შედგება დამუხტული კომპონენტებისგან, რომლებიც ერთმანეთს ანგრევენ მუხტის მიმართ.

ნეიტრონი ატომში არის პატარა ნაწილაკი. პროტონების მსგავსად, ისინი ძალიან მცირეა ელექტრონული მიკროსკოპითაც კი დასანახად, მაგრამ ისინი იქ არიან, რადგან ეს არის ატომების ქცევის ახსნის ერთადერთი გზა. ნეიტრონები ძალიან მნიშვნელოვანია ატომის სტაბილურობისთვის, მაგრამ მისი ატომური ცენტრის გარეთ ისინი დიდხანს ვერ იარსებებს და იშლება საშუალოდ მხოლოდ 885 წამში (დაახლოებით 15 წუთში).

თავი პირველი. სტაბილური ბირთვების თვისებები

ზემოთ უკვე ითქვა, რომ ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია ბირთვული ძალებით. თუ ბირთვის მასას გავზომავთ ატომური მასის ერთეულებში, ის ახლოს უნდა იყოს პროტონის მასასთან გამრავლებული მთელ რიცხვზე, რომელსაც მასის რიცხვი ეწოდება. თუ ბირთვის მუხტი მასობრივი რიცხვია, ეს ნიშნავს, რომ ბირთვი შეიცავს პროტონებს და ნეიტრონებს. (ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობა ჩვეულებრივ აღინიშნება

ბირთვის ეს თვისებები აისახება სიმბოლურ აღნიშვნით, რომელიც მოგვიანებით იქნება გამოყენებული ფორმაში

სადაც X არის ელემენტის სახელი, რომლის ატომსაც ეკუთვნის ბირთვი (მაგალითად, ბირთვები: ჰელიუმი - , ჟანგბადი - , რკინა - ურანი

სტაბილური ბირთვების ძირითადი მახასიათებლებია: მუხტი, მასა, რადიუსი, მექანიკური და მაგნიტური მომენტები, აღგზნებული მდგომარეობების სპექტრი, პარიტეტი და ოთხპოლუსიანი მომენტი. რადიოაქტიური (არასტაბილური) ბირთვები დამატებით ხასიათდება მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობით, რადიოაქტიური გარდაქმნების ტიპით, გამოსხივებული ნაწილაკების ენერგიით და რიგი სხვა სპეციალური თვისებებით, რომლებიც ქვემოთ იქნება განხილული.

პირველ რიგში, განვიხილოთ ბირთვის შემადგენელი ელემენტარული ნაწილაკების: პროტონისა და ნეიტრონის თვისებები.

§ 1. პროტონისა და ნეიტრონის ძირითადი მახასიათებლები

წონა.ელექტრონის მასის ერთეულებში: პროტონის მასა, ნეიტრონის მასა.

ატომური მასის ერთეულებში: პროტონული მასა, ნეიტრონული მასა

ენერგეტიკულ ერთეულებში, პროტონის დანარჩენი მასა არის ნეიტრონის დანარჩენი მასა.

Ელექტრული მუხტი. q არის პარამეტრი, რომელიც ახასიათებს ნაწილაკების ურთიერთქმედებას ელექტრულ ველთან, გამოხატული ელექტრონის მუხტის ერთეულებში, სადაც

ყველა ელემენტარული ნაწილაკი ატარებს ელექტროენერგიის ტოლფას 0-ს ან პროტონის მუხტს ნეიტრონის მუხტი ნულის ტოლია.

Დატრიალება.პროტონისა და ნეიტრონის სპინები ტოლია ორივე ნაწილაკი ფერმიონებია და ემორჩილება ფერმი-დირაკის სტატისტიკას და, შესაბამისად, პაულის პრინციპს.

მაგნიტური მომენტი.თუ პროტონის მასას შევცვლით ფორმულაში (10), რომელიც განსაზღვრავს ელექტრონის მაგნიტურ მომენტს ელექტრონული მასის ნაცვლად, მივიღებთ

რაოდენობას ბირთვული მაგნეტონი ეწოდება. ელექტრონის ანალოგიით შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ პროტონის სპინის მაგნიტური მომენტი ტოლია. თუმცა, გამოცდილებამ აჩვენა, რომ პროტონის საკუთარი მაგნიტური მომენტი უფრო დიდია, ვიდრე ბირთვული მაგნიტონი: თანამედროვე მონაცემებით.

გარდა ამისა, აღმოჩნდა, რომ დაუმუხტავ ნაწილაკს - ნეიტრონს ასევე აქვს მაგნიტური მომენტი, რომელიც განსხვავდება ნულიდან და ტოლია

ნეიტრონში მაგნიტური მომენტის არსებობა და პროტონში მაგნიტური მომენტის ასეთი დიდი მნიშვნელობა ეწინააღმდეგება ვარაუდებს ამ ნაწილაკების წერტილოვანი ბუნების შესახებ. ბოლო წლებში მოპოვებული არაერთი ექსპერიმენტული მონაცემი მიუთითებს, რომ პროტონსაც და ნეიტროსაც აქვს რთული არაჰომოგენური სტრუქტურა. ნეიტრონის ცენტრში არის დადებითი მუხტი, ხოლო პერიფერიაზე არის უარყოფითი მუხტი, რომელიც განაწილებულია ნაწილაკების მოცულობაში. მაგრამ ვინაიდან მაგნიტური მომენტი განისაზღვრება არა მხოლოდ დინების სიდიდით, არამედ მის მიერ დაფარული ფართობით, მათ მიერ შექმნილი მაგნიტური მომენტები არ იქნება ტოლი. ამრიგად, ნეიტრონს შეიძლება ჰქონდეს მაგნიტური მომენტი და დარჩეს ზოგადად ნეიტრალური.

ნუკლეონების ურთიერთ გარდაქმნები.ნეიტრონის მასა 0,14%-ით მეტია პროტონის მასაზე, ანუ 2,5-ჯერ ელექტრონის მასაზე.

თავისუფალ მდგომარეობაში ნეიტრონი იშლება პროტონად, ელექტრონად და ანტინეიტრინოდ: მისი სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა 17 წუთს უახლოვდება.

პროტონი არის სტაბილური ნაწილაკი. თუმცა, ბირთვის შიგნით ის შეიძლება გადაიქცეს ნეიტრონად; ამ შემთხვევაში რეაქცია მიმდინარეობს სქემის მიხედვით

მარცხნივ და მარჯვნივ ნაწილაკების მასების სხვაობა კომპენსირდება ბირთვის სხვა ნუკლეონების მიერ პროტონისთვის გადაცემული ენერგიით.

პროტონს და ნეიტრონს აქვთ ერთი და იგივე სპინები, თითქმის იგივე მასები და შეუძლიათ ერთმანეთში გარდაქმნა. მოგვიანებით ნაჩვენები იქნება, რომ ბირთვული ძალები, რომლებიც მოქმედებენ ამ ნაწილაკებს შორის წყვილებში, ასევე იდენტურია. აქედან გამომდინარე, მათ უწოდებენ საერთო სახელს - ნუკლეონს და ამბობენ, რომ ნუკლეონი შეიძლება იყოს ორ მდგომარეობაში: პროტონი და ნეიტრონი, რომლებიც განსხვავდება ელექტრომაგნიტური ველის მიმართ.

ნეიტრონები და პროტონები ურთიერთქმედებენ ბირთვული ძალების არსებობის გამო, რომლებიც ბუნებით არაელექტრულია. ბირთვულ ძალებს მათი წარმოშობა მეზონების გაცვლას ევალება. თუ გამოვსახავთ პროტონსა და დაბალენერგიულ ნეიტრონს შორის ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის დამოკიდებულებას მათ შორის მანძილზე, მაშინ დაახლოებით ასე გამოიყურება ნახ. 5, ა, ანუ მას აქვს პოტენციური ჭაბურღილის ფორმა.

ბრინჯი. 5. პოტენციური ურთიერთქმედების ენერგიის დამოკიდებულება ნუკლეონებს შორის მანძილზე: ა - ნეიტრონი-ნეიტრონი ან ნეიტრონი-პროტონული წყვილებისთვის; b - პროტონ-პროტონის წყვილისთვის

ატომური მასის ერთეული
ატომური მასის ერთეული

ატომური მასის ერთეული (a.u.m. ან u) არის მასის ერთეული, რომელიც უდრის ნახშირბადის 12 C იზოტოპის ატომის მასის 1/12-ს და გამოიყენება ატომურ და ბირთვულ ფიზიკაში მოლეკულების, ატომების, ბირთვების, პროტონებისა და ნეიტრონების მასების გამოსახატავად. 1 ამუ ( u) ≈ 1.66054. 10-27 კგ. ბირთვულ და ნაწილაკების ფიზიკაში მასის ნაცვლად მგამოყენება აინშტაინის მიმართების შესაბამისად E = mc 2 მისი ენერგიის ეკვივალენტი mc 2 და 1 ელექტრონვოლტი (eV) და მისი წარმოებულები გამოიყენება როგორც ენერგიის ერთეული: 1 კილოელექტრონვოლტი (keV) = 10 3 eV, 1 მეგაელექტრონვოლტი (MeV) = 10 6 eV, 1 გიგაელექტრონვოლტი (GeV) = 10 9 eV, 1 ტერაელექტრონვოლტი (TeV) = 10 12 eV და ა.შ. 1 ევ არის ენერგია, რომელსაც იძენს ერთჯერადი დამუხტული ნაწილაკი (მაგალითად, ელექტრონი ან პროტონი) 1 ვოლტის პოტენციური სხვაობის ელექტრულ ველში გავლისას. როგორც ცნობილია, 1 eV = 1.6. 10 -12 ერგ = 1,6. 10 -19 J. ენერგეტიკულ ერთეულებში
1 ამუ ( u)931.494 მევ. პროტონის (m p) და ნეიტრონის (m n) მასები ატომური მასის ერთეულებში და ენერგიის ერთეულებში ასეთია: m p ≈ 1,0073 u≈ 938.272 მევ/ 2-დან, m n ≈ 1.0087 u≈ 939.565 მევ/წმ 2. ~1% სიზუსტით, პროტონისა და ნეიტრონის მასები უდრის ატომური მასის ერთეულს (1 u).

ატომების ზომები და მასები მცირეა. ატომების რადიუსი არის 10 -10 მ, ხოლო ბირთვის რადიუსი 10 -15 მ. (N A = 6,02·10 23 მოლი -1). ატომების მასა მერყეობს 10 -27 ~ 10 -25 კგ დიაპაზონში. როგორც წესი, ატომების მასა გამოიხატება ატომური მასის ერთეულებში (ამუ). ამისთვის a.u.m. აღებულია ნახშირბადის 12 C იზოტოპის ატომის მასის 1/12.

ატომის ძირითადი მახასიათებლებია მისი ბირთვის მუხტი (Z) და მასის რიცხვი (A). ატომში ელექტრონების რაოდენობა უდრის მისი ბირთვის მუხტს. ატომების თვისებები განისაზღვრება მათი ბირთვების მუხტით, ელექტრონების რაოდენობით და მათი მდგომარეობით ატომში.

ბირთვის ძირითადი თვისებები და სტრუქტურა (ატომის ბირთვების შემადგენლობის თეორია)

1. ყველა ელემენტის ატომური ბირთვი (წყალბადის გარდა) შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან.

2. ბირთვში პროტონების რაოდენობა განსაზღვრავს მისი დადებითი მუხტის (Z) მნიშვნელობას. ზ- ქიმიური ელემენტის სერიული ნომერი მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში.

3. პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა არის მისი მასის მნიშვნელობა, ვინაიდან ატომის მასა ძირითადად კონცენტრირებულია ბირთვში (ატომის მასის 99,97%). ბირთვულ ნაწილაკებს - პროტონებს და ნეიტრონებს - ერთობლივად უწოდებენ ნუკლეონები(ლათინური სიტყვიდან nucleus, რაც ნიშნავს "ბირთს"). ნუკლეონების საერთო რაოდენობა შეესაბამება მასურ რაოდენობას, ე.ი. მისი ატომური მასა A დამრგვალებულია უახლოეს მთელ რიცხვამდე.

ბირთვები იგივე ზ, მაგრამ განსხვავებული აუწოდებენ იზოტოპები. Cores რომ, იგივე აგანსხვავებული აქვთ ზ, უწოდებენ იზობარები. საერთო ჯამში ცნობილია ქიმიური ელემენტების დაახლოებით 300 სტაბილური იზოტოპი და 2000-ზე მეტი ბუნებრივი და ხელოვნურად წარმოებული რადიოაქტიური იზოტოპი.

4. ნეიტრონების რაოდენობა ბირთვში ნშეიძლება მოიძებნოს მასის რიცხვს შორის სხვაობიდან ( ა) და სერიული ნომერი ( ზ):

5. ახასიათებს ბირთვის ზომა ბირთვის რადიუსი, რომელსაც აქვს პირობითი მნიშვნელობა ბირთვის საზღვრის დაბინდვის გამო.

ბირთვული ნივთიერების სიმკვრივე არის 10 17 კგ/მ 3 სიდიდის რიგის და მუდმივია ყველა ბირთვისთვის. ის მნიშვნელოვნად აღემატება მკვრივი ჩვეულებრივი ნივთიერებების სიმკვრივეს.

პროტონ-ნეიტრონის თეორიამ შესაძლებელი გახადა ადრე წარმოშობილი წინააღმდეგობების გადაჭრა იდეებში ატომის ბირთვების შემადგენლობისა და მისი ურთიერთობის შესახებ ატომურ რიცხვთან და ატომურ მასასთან.

ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგიაგანისაზღვრება იმ სამუშაოს მოცულობით, რომელიც უნდა გაკეთდეს ბირთვის შემადგენელ ნუკლეონებად გასაყოფად მათთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე. ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან გამომდინარეობს, რომ ბირთვის ფორმირებისას უნდა გამოიყოფა იგივე ენერგია, რაც უნდა დაიხარჯოს ბირთვის შემადგენელ ნუკლეონებად დაყოფისას. ბირთვის შეკავშირების ენერგია არის სხვაობა ბირთვის შემადგენელი ყველა თავისუფალი ნუკლეონის ენერგიასა და ბირთვში მათ ენერგიას შორის.

როდესაც ბირთვი წარმოიქმნება, მისი მასა მცირდება: ბირთვის მასა ნაკლებია მისი შემადგენელი ნუკლეონების მასების ჯამზე. ბირთვის მასის კლება მისი ფორმირებისას აიხსნება შემაკავშირებელი ენერგიის გამოყოფით. თუ ვ sv არის ბირთვის წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის რაოდენობა, შემდეგ შესაბამისი მასა Dm, ტოლია

დაურეკა მასობრივი დეფექტიდა ახასიათებს მთლიანი მასის შემცირებას მისი შემადგენელი ნუკლეონებიდან ბირთვის წარმოქმნის დროს. ერთი ატომური მასის ერთეული შეესაბამება ატომური ენერგიის ერთეული(a.u.e.): a.u.e.=931.5016 მევ.

სპეციფიკური ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია wთითო ნუკლეონზე შემაკავშირებელ ენერგიას ეწოდება: ვ sv= . მაგნიტუდა ვსაშუალოდ 8 მევ/ნუკლეონი. ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობის მატებასთან ერთად, სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია მცირდება.

ატომის ბირთვების მდგრადობის კრიტერიუმიარის თანაფარდობა პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობას შორის სტაბილურ ბირთვში მოცემული იზობარებისთვის. ( ა= კონსტი).

ბირთვული ძალები

1. ბირთვული ურთიერთქმედება მიუთითებს, რომ არსებობს სპეციალური ბირთვული ძალები, არ შემცირდება კლასიკურ ფიზიკაში ცნობილ ძალთა რომელიმე ტიპზე (გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური).

2. ბირთვული ძალები მოკლე დისტანციური ძალებია. ისინი ჩნდებიან მხოლოდ ძალიან მცირე მანძილზე ნუკლეონებს შორის 10-15 მ რიგის სიგრძის (1,5 x 2,2) 10-15 მ ბირთვული ძალების დიაპაზონი.

3. აღმოჩენილია ბირთვული ძალები დააკისროს დამოუკიდებლობა: ორ ნუკლეონს შორის მიზიდულობა ერთნაირია, მიუხედავად ნუკლეონის მუხტის მდგომარეობისა - პროტონისა თუ ნუკლეონისა. ბირთვული ძალების მუხტის დამოუკიდებლობა აშკარაა შემაკავშირებელ ენერგიების შედარებიდან სარკის ბირთვები. ასე ეძახიან ბირთვებს, რომლებშიც ნუკლეონების საერთო რაოდენობა ერთნაირია, მაგრამ პროტონების რაოდენობა ერთში უდრის მეორეში ნეიტრონების რაოდენობას. მაგალითად, ჰელიუმის ბირთვები მძიმე წყალბადის ტრიტიუმი - .

4. ბირთვულ ძალებს აქვთ გაჯერების თვისება, რაც გამოიხატება იმაში, რომ ბირთვში არსებული ნუკლეონი ურთიერთქმედებს მხოლოდ მასთან ყველაზე ახლოს მეზობელ ნუკლეონებთან შეზღუდულ რაოდენობასთან. სწორედ ამიტომ არსებობს ბირთვების შემაკავშირებელ ენერგიების წრფივი დამოკიდებულება მათ მასურ რიცხვებზე (A). ბირთვული ძალების თითქმის სრული გაჯერება მიიღწევა a-ნაწილაკში, რომელიც ძალიან სტაბილური წარმონაქმნია.

რადიოაქტიურობა, g-გამოსხივება, a და b - დაშლა

1.რადიოაქტიურობაეწოდება ერთი ქიმიური ელემენტის არასტაბილური იზოტოპების გარდაქმნას სხვა ელემენტის იზოტოპებად, რასაც თან ახლავს ელემენტარული ნაწილაკების, ბირთვების ან მძიმე რენტგენის სხივების გამოსხივება. ბუნებრივი რადიოაქტიურობაეწოდება რადიოაქტიურობა, რომელიც შეინიშნება ბუნებრივ არასტაბილურ იზოტოპებში. ხელოვნური რადიოაქტიურობაბირთვული რეაქციების შედეგად მიღებული იზოტოპების რადიოაქტიურობას უწოდებენ.

2. როგორც წესი, ყველა სახის რადიოაქტიურობას თან ახლავს გამა გამოსხივების ემისია – მყარი, მოკლეტალღოვანი ელექტროტალღური გამოსხივება. გამა გამოსხივება არის რადიოაქტიური გარდაქმნების აღგზნებული პროდუქტების ენერგიის შემცირების მთავარი ფორმა. ბირთვს, რომელიც განიცდის რადიოაქტიურ დაშლას, ეწოდება დედობრივი; აღმოცენებული შვილობილიბირთვი, როგორც წესი, აღგზნებული აღმოჩნდება და მის ძირითად მდგომარეობაში გადასვლას თან ახლავს გ-ფოტონის გამოსხივება.

3. ალფა დაშლაეწოდება a-ნაწილაკების გამოყოფას გარკვეული ქიმიური ელემენტების ბირთვებით. ალფა დაშლა არის მასობრივი რიცხვების მქონე მძიმე ბირთვების თვისება ა>200 და ბირთვული მუხტი ზ>82. ასეთი ბირთვების შიგნით ხდება იზოლირებული a-ნაწილაკების წარმოქმნა, რომელთაგან თითოეული შედგება ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან, ე.ი. იქმნება ელემენტის ატომი, რომელიც გადატანილია ელემენტების პერიოდული სისტემის ცხრილში D.I. მენდელეევის (PSE) ორი უჯრედი ორიგინალური რადიოაქტიური ელემენტის მარცხნივ 4 ერთეულზე ნაკლები მასის რიცხვით.(სოდი-ფაიანსის წესი):

4. ტერმინი ბეტა დაშლა ეხება ბირთვული ტრანსფორმაციის სამ ტიპს: ელექტრონული(ბ-) და პოზიტრონიული(ბ+) იშლება, ასევე ელექტრონული გადაღება.

b-დაშლა ხდება ძირითადად ნეიტრონებით შედარებით მდიდარ ბირთვებში. ამ შემთხვევაში, ბირთვის ნეიტრონი იშლება პროტონად, ელექტრონად და ანტინეიტრინოდ () ნულოვანი მუხტით და მასით.

b-დაშლის დროს იზოტოპის მასური რიცხვი არ იცვლება, რადგან პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა შენარჩუნებულია და მუხტი იზრდება 1-ით. მიღებული ქიმიური ელემენტის ატომი გადაადგილდება PSE-ით ერთი უჯრედის მარჯვნივ საწყისი ელემენტისგან, მაგრამ მისი მასური რიცხვი არ იცვლება.(სოდი-ფაიანსის წესი):

b+- დაშლა ხდება უპირატესად პროტონებით მდიდარ ბირთვებში. ამ შემთხვევაში, ბირთვის პროტონი იშლება ნეიტრონად, პოზიტრონად და ნეიტრინოდ ().

.

b+ დაშლის დროს იზოტოპის მასური რიცხვი არ იცვლება, რადგან პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა შენარჩუნებულია და მუხტი მცირდება 1-ით. შედეგად მიღებული ქიმიური ელემენტის ატომი გადაადგილდება PSE-ით ერთი უჯრედით მარცხნივ საწყისი ელემენტისგან, მაგრამ მისი მასური რიცხვი არ იცვლება.(სოდი-ფაიანსის წესი):

5. ელექტრონის დაჭერის შემთხვევაში, ტრანსფორმაცია შედგება ბირთვთან ყველაზე ახლოს მდებარე შრეში ერთ-ერთი ელექტრონის გაქრობით. პროტონი, რომელიც ნეიტრონად იქცევა, "იჭერს" ელექტრონს; აქედან მოდის ტერმინი "ელექტრონული დაჭერა". ელექტრონულ დაჭერას, განსხვავებით b±-დაჭერისგან, თან ახლავს დამახასიათებელი რენტგენის გამოსხივება.

6. ბ-დაშლა ხდება ბუნებრივად რადიოაქტიურ და ხელოვნურად რადიოაქტიურ ბირთვებში; b+ დაშლა დამახასიათებელია მხოლოდ ხელოვნური რადიოაქტიურობის ფენომენისთვის.

7. გ-გამოსხივება: აღგზნებისას ატომის ბირთვი ასხივებს მოკლე ტალღის სიგრძისა და მაღალი სიხშირის ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, რომელიც უფრო მკაცრი და გამჭოლია ვიდრე რენტგენის სხივები. შედეგად, ბირთვის ენერგია მცირდება, მაგრამ ბირთვის მასის რაოდენობა და მუხტი უცვლელი რჩება. აქედან გამომდინარე, ქიმიური ელემენტის სხვაში გადაქცევა არ შეინიშნება და ატომის ბირთვი გადადის ნაკლებად აღგზნებულ მდგომარეობაში.