Атом ядросының физикасы

Атом ядросының  физикасы

Атом бүтіндей алғанда зарядсыз, бейтарап бөлшек. Ол ортасында  өзінен радиусы 10⁴ -10⁵ есе кіші көлемді алып жатқан оң зарядты ядродан және оны айнала қозғалып жүрген теріс зарядты электрондардан тұрады. Атом өзінің сыртқы бір немесе бірнеше электрондарын жоғалтқанда оң, ал сырттан электрон қосып алғанда теріс ионға айналады. Атомның сызықтық өлшемдері ~ 10^-8 см, көлденең қимасының ауданы ~10^-16 см², көлемі ~10^-24 см³. Бордың атом теориясында ең қарапайым атом – сутегі атомы.

“барлығына бастама тап, сонда ғана түсінесің”. 

                                                                      (Козьма Прутков.)

ДЕМОКРИТ

 460-370 до н.э.

 

ТОМСОН (Thomson) Джозеф (1856-1940)

 

РЕЗЕРФОРД (Rutherford) Эрнест (1871- 1937)

 

ЧЕДВИК 

(Chadwick) 

Джеймс (1891-1974)

 

 

 АТОМның  құрылысы 

Атом («бөлінбейтін өте кішкентай бөлшек») Атомдар бос кеңістікте бір жерден екінші жерге ауысып, үздіксіз қозғалып отырады. Осы қозғалыс процесінде олар бір-бірімен қосылып, тұтас материяны құрайды: отты, суды, жерді тудырады. Атомдар-болмыс, ал бос кеңістік-болмыс емес.

 

Демокрит   460-370 б.д.д 

 

Демокрит танымның материалистік  теориясын дамыта келіп, адамның  санасы-обьективті түрде атомдардың  сезім мүшелеріне жасайтын әсерінің  нәтижесі деп есептеді. Дүниені  танып-білудің екі түрін көрсетеді:

Сезім арқылы танып-білу,

Ақылмен танып-білу.

Демокрит біздің сезім мүшелеріміз-көру, есту, иіс сезу, дәм білу, тән сезімдеріміз-заттар  мен қозғалыстардың бәрін бірдей  қабылдай алмайды, дүниеде шексіз  ұсақ нәрселер бар, адам оларды  ақыл-ойы арқылы ғана тани алады.

Томсон моделі

 

ТОМСОН (Thomson) Джозеф Джон (1856-1940),

Ағылшын физигі,ғылыми орталықтың  негізін салушысы, (1915-1920) Лондонның  королдік орталығының президенті. Кавендиш лабораториясының директоры (1884-1919). Атомның алғашқы үлгілерінің бірін ұсынды. Бұл үлгіде атом радиусы ~10^-10К)м оң зарядталған шар ретінде қарастырылады. Шардың ішінде тепе-теңдік жағдайының маңында электрондар тербеліп тұрады. Электрондардың теріс зарядтарының қосындысы шарға біркелкі таралған оң зарядты теңестіреді, сондықтан тұтас алғанда атом электрлік бейтарап бөлшек болады. Кейінгі зерттеулер бұл модельдің дұрыс емес екенін көрсетті, сондықтан Томсон моделі қазір тек тарихи тұрғыдан қарастырылады.

 

1903 жыл

Эрнест Резерфорд

 

РЕЗЕРФОРД (Rutherford) Эрнест (30 тамыз 1871, Спринг Гроув, Жаңа  Зеландия — 19 қазан 1937, Кембридж),

ағылшын физигі, Жаңа Зеландияда  туып өскен, ядролық физиканың  негізін салған, атомның планетарлық  моделінің авторы, (1925-30 президент) Лондонның  королдік орталығының өкілі, дүние-жүзі  академиясының өкілі, Нобель сыйлығының  лауреаты (1908), үлкен ғылыми мектептің  негізін қалаушысы.

Кавандиш лабараториясының директоры (1919ж бастап). (1899) альфа- , бета-сәулелерін  тауып, олардың табиғатын құрастырды. (1903, Ф. Соддимен бірге) радиоактивтік  теорияны ашты. Атомның планетарлық  моделін ұсынды(1911) .(1919) бірінші жасанды  ядролық реакцияны іске асырды.(1921) нейтронның бар екенін болжады.

Резерфорд тәжірибесі

Атомның ішінде электр  зарядтарының орналасу тәртібін  анықтау үшін 1911 жылы Резерфорд  өзінің шекірттері Г. Гейгер және  Э . Марсденмен бірге альфа-бөлшектер  шоғын өте жұқа алтын фольгадан  өткізіп, бірнеше тәжірибелер жасады. Осы тәжірибелерді зерделеу нәтижесінде  атомның ядролық, басқаша айтсақ, планетарлық моделі өмірге келді.

Тәжірибенің нәтижесінде  альфа-бөлшектердің басым көпшілігі  фольгадан өткенде алғашқы бағыттан aуытқымайтыны (φ≈1-2°) анықталды. Бұл  нәтиже, негізінен, Томсон моделіне  сүйеніп жасалған есептеулермен  дәл келді. Бірақ, альфа- бөлшектердің  мардымсыз аз бөлігі 90°-тан артық  бұрышқа ауытқитыны, яғни олар  фольгаға соғылып, кері бағытта  ұшатыны таңдандырды. Сегіз мыңға  жуық бөлшектердің біреуі ғана  осындай үлкен бұрышқа ауытқиды  екен! Мұны Томсон моделі негізінде  түсіндіру тіпті мүмкін болмады.

  Резерфордтың атом моделі

 

Атомның планетарлық моделі

              Атом ядросы

 

Атом ядросы — протондар мен нейтрондардан (нуклондардан) құралатын атомның ең ауыр, орталық бөлігі

 

                   Атом ядросының заряды

 

Атом ядросының зарядын алғаш  рет 1913ж Г.Мозли өлшеген. Ал ядроның  зарядын тікелей өлшеуді ағылшын  физигі Дж.Чедвик 1920ж жүзеге асырды.

 

Атом ядросының физикалық қасиеттері  оның зарядымен қатар массасымен  де анықталады.

 

, ядролық физикадағы ең үлкен қашықтық атом радиусының өзі 10^-10 м-ге тең.

 Ұзындық бірлігі ретінде ферми алынады: 1фм = 10^-15 м.

Массаның бірлігі ретінде көміртегі    атомы массасының бөлігі алынады,

 ол массаның атомдық бірлігі болып табылады:

 

 

1 м.а.б.=1,660546 · 10^-27 кг, 1 кг=6,023091 · 10²⁶ м.а.б.

 

Атом ядросының пішіні  мен өлшемі

Чедвик Джеймс

 

1932 жыл

 

нейтрон

 

протон

 

нейтрон

 

Тыныштық массасы

m_^p=1,6726*10^-27 кг = 1,00728 а.е.м.

 

Тыныштық массасы

m_ⁿ=1,6749*10^-27кг = 1,00866 а.е.м.

 

Заряд

e= 1,60219*10^-19 Кл

 

Заряд

0

 

Практикум:

Атомның  планетарлық моделі

 

Z

 

N

 

+

 

=

 

A

 

Массалық сан

Ядроның нуклондық моделі

 

                                              Протонның ашылуы

  Атом ядросы ашылғаннан кейін оның құрылымы қандай деген мәселе қойылды

. 1919 ж. Э. Резерфорд α-бөлшектермен  жасаған тәжірибелерін жалғастыра  отырып,

 ядроның құрамына кіретін бірінші бөлшекті ашты.

 

    

Магнит және электр өрістерінің  осы белгісіз бөлшектерге әсерлерін  зерттеу нәтижелері, оның оң электр  заряды бар бөлшек екенін көрсетті  және осы бөлшектің массасы  сутегі атомы ядросының массасына  тең болып шыққан. Оларды α-бөлшектермен  аткылағанда, әр кезде сутегі  атомның ядросы ұшып шығады. Бұл, ядро құрамына сутегі атомы  ядросының кіретінін дәлелдейді. Осы сутегі атомының ядросы протон деп аталды.

 

 

            m^р = 1,6726 · 10^-27кг = 1,00728 м.а.б. = 938,27 МэВ.

 

    Нейтронның ашылуы

 

Ядроның құрамына кіретін тағы  бір бөлшекті ашуға талпынғандар  неміс ғалымдары В.Боте мен  Г.Беккер. Олар 1930 жылы жасаған тәжірибелерінде  литий мен берилийді а-бөлшектермен  атқылағанда, протонның орнына өте  нашар жұтылатын бөлшектер ұшып  шығатынын байқайды. Бұл бөлшектер  қалыңдығы 20 см болатын қорғасын  қабатынан өтіп кеткен.

 

mⁿ = 1,6749 · 10^-27 кг = 1,00866 м.а.б. = 939,56 МэВ.

 

Атом ядросының құрамы

1932 жылы нейтрон ашылғаннан  соң, орыс ғалымы Д.Д. Иваненко  мен неміс ғалымы В. Гейзенберг  ядроның протон-нейтрондың моделі  туралы болжам ұсынды. Ядроның құрамына кіретін оң зарядты протон мен электрлік бейтарап нейтрондардың жалпы санын нуклондар деп атауға келісілген. Ядродағы нуклондардың жалпы саны А массалық сан деп аталады:

 

 

Атом ядроларының массаларын  дәл өлшеу химиялық элементтердің  басым көпшілігінде зарядтық  сандары бірдей,

бірақ массалары әр түрлі  атомдардың бар екенін көрсетті.

Ядролық зарядтары (реттік нөмірлері Z) бірдей,

 ал массалық сандары А әр түрлі элементтер атомдарын изотоптар (грекше isos— бірдей және topos — орын) деп атайды.

 

Массалық сандары А бірдей, зарядтық сандары Z әр түрлі нуклидтерді изобаралар (бірдей ауыр деген сөз) деп атайды.

Химиялық элемент

 

Ядро

 

Электрон саны

 

Протон саны

 

Нейтрон саны

 

^23  ₁₁Na

 

  

 

^{19 ₉} F

 

^247₉₆Cm

 

^107₄₇Ag

 

^257₁₀₁Md

 

Таблицаны толтырыңыз

 

11

 

12

 

11

 

9

 

10

 

9

 

96

 

151

 

96

 

47

 

60

 

47

 

101

 

156

 

101

Электрондардың атомдар бойынша

орналасу схемасы

 

Br

 

Mg

 

Si

 

К – 2

L  - 8

M – 18

N – 7

 

К – 2

L  - 8

M – 2

 

К – 2

L  - 8

M – 4

Назарларыңызға рахмет!