Цөмийн хүчний шинж чанарууд. Цөмийн хүчний шинж чанарууд Цөмийн хүчийг юу гэж нэрлэдэг, тэдгээрийн шинж чанарууд юу вэ

Цөмийн хүч нь таталцлыг бий болгодог- энэ нь протон ба нейтроноос бүрдэх тогтвортой цөм байдаг гэсэн баримтаас үүдэлтэй юм.

Цөмийн хүч нь үнэмлэхүй хэмжээгээр агуу юм.Тэдний богино зайд үзүүлэх үйлдэл нь байгальд мэдэгдэж буй бүх хүч, түүний дотор цахилгаан соронзон хүчний үйлдлээс ихээхэн давж гардаг.

Одоогийн байдлаар бид дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэлийг мэддэг.

a) хүчтэй (цөмийн) харилцан үйлчлэл;

б) цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл;

в) сул харилцан үйлчлэл, ялангуяа хүчтэй ба цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл (нейтрино) харуулдаггүй бөөмсүүдэд тодорхой ажиглагддаг;

г) таталцлын харилцан үйлчлэл.

Эдгээр төрлийн харилцан үйлчлэлийн хүчний харьцуулалтыг эдгээр хүчинд харгалзах шинж чанарын харилцан үйлчлэлийн тогтмолууд ("цэнэгүүдийн" квадратууд) хэмжээсгүй байх нэгжийн системийг ашиглан олж авч болно.

Ийнхүү эдгээр бүх хүчийг агуулсан хоёр нуклонуудын цөм доторх харилцан үйлчлэлийн хувьд харилцан үйлчлэлийн тогтмолууд дараах дарааллаар байна.

Цөмийн хүч нь цөмийн оршихуйг баталгаажуулдаг. Цахилгаан соронзон - атом ба молекулууд. Цөм дэх нуклоныг холбох дундаж энерги нь нуклонын үлдсэн энерги хаана байгаатай тэнцүү байна. Устөрөгчийн атом дахь электроныг холбох энерги нь зөвхөн электроны үлдсэн энерги хаана байна гэсэн үг юм. Тиймээс, энэ масштаб дээр холбох энерги нь шинж чанарын тогтмолуудаар холбогддог.

Сул харилцан үйлчлэл нь задрал ба баригдах замаар харилцан хувирах (§ 19-ийг үзнэ үү), энгийн бөөмсийн янз бүрийн задрал, түүнчлэн нейтрино болон материйн харилцан үйлчлэлийн бүх үйл явцыг хариуцдаг.

Сансрын бие ба системийн тогтвортой байдал нь таталцлын харилцан үйлчлэлтэй холбоотой байдаг.

Хоёр ба дөрөв дэх хэлбэрийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь зайнаас багасдаг, өөрөөр хэлбэл нэлээд удаан, тиймээс хол зайд байдаг. Эхний болон гурав дахь төрлийн харилцан үйлчлэл нь зайнаас маш хурдан буурдаг тул богино зайд байдаг.

Цөмийн хүч нь богино зайнд байдаг.Үүнд: а) - бөөмсийг гэрлийн цөмөөр тараах тухай Рутерфордын туршилтаас (см-ээс дээш зайд туршилтын үр дүн)

- бөөмсийн цөмтэй цэвэр Кулоны харилцан үйлчлэлээр тайлбарлагддаг боловч бага зайд цөмийн хүчнээс болж Кулоны хуулиас хазайлт үүсдэг. Үүнээс үзэхэд цөмийн хүчний үйл ажиллагааны хүрээ ямар ч тохиолдолд бага байна

б) хүнд цөмийн задралын судалгаанаас (§ 15-ыг үзнэ үү);

в) нейтроныг протоноор, протоныг протоноор тараах туршилтаас.

Тэдгээрийг бага зэрэг нарийвчлан авч үзье.

Цагаан будаа. 17. Бөөм ба сарнилын зорилт

Бага нейтроны энергитэй үед тэдгээрийн инерцийн системийн төвд тархалт нь изотроп юм. Үнэн хэрэгтээ импульс бүхий сонгодог бөөмс нь бага зайд нисч байвал, өөрөөр хэлбэл траекторийн хавтгайд перпендикуляр чиглэлд түүний өнцгийн импульсийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь түүнээс хэтрэхгүй бол цөмийн хүчний үйлчлэлийн радиустай тараах бай руу "барих" болно. уулс (Зураг 17).

Гэвч тохиолдлын бөөмийн хувьд де Бройлийн хамаарлын дагуу, тиймээс,

Гэсэн хэдий ч бөөмийн тойрог замын импульсийн проекцын хамгийн их утга нь зөвхөн Тийм учраас тэнцүү байж болно

Тиймээс, a утгын хувьд системийн төлөвийг дүрсэлсэн долгионы функц нь c-д бөмбөрцөг тэгш хэмтэй байна. в. өөрөөр хэлбэл, энэ системд тархалт нь изотроп байх ёстой.

Хэзээ тархалт нь изотроп байхаа болино. Ирж буй нейтроны энергийг бууруулж, улмаар өсгөснөөр тархалтын изотропи үүсэх утгыг олж болно. Энэ нь цөмийн хүчний хүрээг тооцоолох боломжийг олгодог.

Бөмбөрцөг тэгш хэмтэй тархалт ажиглагдаж байсан нейтроны хамгийн их энерги нь тэнцүү байсан бөгөөд энэ нь цөмийн хүчний үйл ажиллагааны радиусын дээд хязгаарыг тодорхойлох боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь см-тэй тэнцүү болсон.

Цаашилбал, протоны урсгал нь протоны зорилтот дээр тархсан үед зөвхөн Кулоны хүч үйлчилбэл үйл явцын үр дүнтэй хөндлөн огтлолын хүлээгдэж буй утгыг тооцоолж болно. Гэсэн хэдий ч бөөмс хоорондоо маш ойртох үед цөмийн хүчнүүд давамгайлж эхэлдэг

Кулоноос дээш, тархсан протоны тархалт өөрчлөгдөнө.

Ийм туршилтаас цөмийн хүч нь протон хоорондын зай нэмэгдэх тусам огцом буурч байгааг олж мэдсэн. Тэдний үйл ажиллагааны талбай нь маш бага бөгөөд см-ийн дараалалтай байдаг.Харамсалтай нь бага энергитэй нуклонуудыг тараах туршилтын үр дүн нь цөмийн хүчний зайны өөрчлөлтийн хуулийн талаар мэдээлэл өгөхгүй байна. Боломжит худгийн нарийвчилсан хэлбэр тодорхойгүй хэвээр байна.

Дейтроны цөм дэх хоёр холбогдсон нуклонуудын шинж чанарыг судлах туршилтууд нь цөмийн хүчний талбайн потенциалын өөрчлөлтийн хуулийг зайнаас хоёрдмол утгагүйгээр тогтоох боломжийг бидэнд олгодоггүй. Үүний шалтгаан нь цөмийн хүчний үйл ажиллагааны ер бусын жижиг радиус, үйл ажиллагааны радиус доторх маш том хэмжээтэй байдаг. Дейтроны шинж чанарыг тодорхойлсон потенциалын эхний ойролцоолсноор бид нэлээд өргөн хүрээний янз бүрийн функцуудыг авч болох бөгөөд энэ нь зайнаас хурдан буурах ёстой.

Туршилтын өгөгдлүүд нь ойролцоогоор дараах функцээр хангагдсан байдаг.

Цагаан будаа. 18. Дейтроны потенциалын худгийн боломжит хэлбэрүүд: a - тэгш өнцөгт худаг; экспоненциал худаг; c нь Юкава потенциал дахь худгийн хэлбэр; -хатуу түлхэлтийн төвтэй боломжит сайн

1. Тэгш өнцөгт боломжит худаг (Зураг 18а):

Цөмийн хүчний үйлчлэлийн радиус, харилцан үйлчилж буй хоёр нуклонуудын төвүүдийн хоорондох зай хаана байна.

2. Экспоненциал функц (Зураг 18,б):

3. Юкава мезон потенциал (Зураг 18в):

4. Хатуу зэвүүн дунд хэсэгтэй потенциал (Зураг 18d):

Тархалтын бүтцийн нарийвчилсан судалгаа, онолын тооцоотой харьцуулах нь эдгээр хэлбэрүүдийн сүүлчийнх нь талаар ярьж байна. Одоогийн байдлаар тооцоололд илүү төвөгтэй хэлбэрүүдийг ашиглаж байгаа нь туршилтын өгөгдөлтэй илүү сайн тохирдог.

Бүх тохиолдолд боломжит худгийн гүн нь хэдэн аравтын дараалалтай байна.Зүрхэх дунд хэсэгтэй потенциалын утга нь Фермигийн аравны дараалалтай байна.

Цөмийн хүч нь харилцан үйлчлэгч бөөмсийн цахилгаан цэнэгээс хамаардаггүй.хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч эсвэл ижил байна. Энэ өмч нь дараах баримтуудаас үүдэлтэй.

Хөнгөн тогтвортой цөмд цахилгаан соронзон түлхэлтийг үл тоомсорлож болох үед протоны тоо нь нейтроны тоотой тэнцүү байна.Тиймээс тэдгээрийн хооронд үйлчилж буй хүчнүүд тэнцүү, эс тэгвээс ямар нэг чиглэлд шилжих болно (эсвэл

Гэрлийн толин тусгал цөм (жишээ нь нейтроныг протоноор солих замаар олж авсан цөмүүд нь ижил энергитэй байдаг.

Нейтроныг протоноор, протоныг протоноор тараах туршилтууд нь протонтой протон, протонтой нейтроны цөмийн таталцлын хэмжээ ижил байгааг харуулж байна.

Цөмийн хүчний энэ шинж чанар нь үндсэн шинж чанартай бөгөөд протон ба нейтрон гэсэн хоёр бөөмсийн хоорондох гүн тэгш хэмийг илэрхийлдэг. Үүнийг цэнэгийн бие даасан байдал (эсвэл тэгш хэм) гэж нэрлэдэг байсан бөгөөд протон ба нейтроныг ижил бөөмийн хоёр төлөв - нуклон гэж үзэх боломжтой болгосон.

Тиймээс нуклон нь нэмэлт дотоод эрх чөлөөний зэрэгтэй байдаг - цэнэгтэй байдаг бөгөөд үүнд протон ба нейтрон гэсэн хоёр төлөв байх боломжтой. Энэ нь бөөмсийн эргэлтийн шинж чанартай адил юм: спин нь орон зай дахь хөдөлгөөнөөс гадна бөөмийн дотоод эрх чөлөөний зэрэг бөгөөд үүнтэй холбоотойгоор электрон (эсвэл нуклон) зөвхөн хоёр боломжит төлөвтэй байдаг. Дараалсан квант механик

Эдгээр хоёр эрх чөлөөний зэрэглэлийн тодорхойлолт: цэнэг ба эргэх - албан ёсоор ижил байна. Иймээс изотоп гэж нэрлэгддэг ердийн гурван хэмжээст орон зайг ашиглан чөлөөт цэнэгийн зэрэглэлийг нүдээр дүрслэх нь заншилтай байдаг бөгөөд энэ орон зай дахь бөөмийн (нуклон) төлөвийг изотопын эргэлтээр тодорхойлдог.

Энгийн эргэлтийн тухай ойлголт руу буцаж очоод үүнийг бага зэрэг нарийвчлан авч үзье.

Бидний мэдэж байгаагаар хоёр электрон байдаг гэж бодъё. Тэд хоёулаа өөрийн гэсэн өнцгийн импульстэй байдаг - ээрэх. Гэсэн хэдий ч тэдний эргэлтийн чиглэлийг тодорхойлох боломжгүй юм. Одоо тэдгээрийг гадны соронзон орон дээр байрлуулцгаая. Квант механикийн үндсэн постулатуудын дагуу бөөмс бүрийн "эргэлтийн тэнхлэг" нь зөвхөн энэ гадаад оронтой харьцуулахад хатуу тодорхой байр суурийг эзэлдэг. Тэнцүү эргэлттэй бөөмсийн эргэх тэнхлэгийг талбайн дагуу эсвэл чиглэл рүү чиглүүлж болно (Зураг 19). Импульс бүхий бөөмс нь төлөвтэй байж болно; 2 төлөвтэй электрон. Спингийн проекцын утга нь байж болно Энэ нь соронзон орон дахь бөөмсүүд өөр өөр энергитэй болж, тэдгээрийг бие биенээсээ ялгах боломжтой болоход хүргэдэг. Энэ нь соронзон шинж чанараараа электроны төлөв нь давхар гэдгийг харуулж байна.

Гадаад соронзон оронгүйгээр электроны хоёр боломжит төлөвийг салгах арга байхгүй; муж улсууд үл ялгагдах муж болон хувирдаг гэж ярьдаг.

Үүнтэй төстэй нөхцөл байдал устөрөгчийн атомд тохиолддог. Атомын төлөв байдлыг тодорхойлохын тулд атомуудын тойрог замын өнцгийн импульсийг тодорхойлдог тойрог замын квант тоог оруулсан болно. Өгөгдсөн I-тэй атом нь төлөвтэй байж болно, учир нь гадаад талбарт талбайн чиглэл рүү чиглэсэн I проекцын зөвхөн бүрэн тодорхой утгууд байж болно (-ээс I хүртэл Гадаад талбар байхгүй үед төлөв нь хэд хэдэн удаа доройтдог. .

Нейтроныг нээсэн нь электроны соронзон доройтолтой төстэй үзэгдэл байдаг гэсэн санааг төрүүлэв.

Эцсийн эцэст, цөмийн хүчний цэнэгийн бие даасан байдал нь хүчтэй харилцан үйлчлэлд протон ба нейтрон нь ижил бөөмс шиг ажилладаг гэсэн үг юм. Хэрэв бид цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг харгалзан үзвэл тэдгээрийг ялгаж чадна. Хэрэв бид цахилгаан соронзон LED-үүдийг ямар нэгэн байдлаар "унтрааж" болно гэж төсөөлвөл (Зураг 20, а) протон ба нейтрон нь ялгагдахын аргагүй бөөмс болж, масс нь хүртэл тэнцүү байх болно (массын тэгш байдлын талаар дэлгэрэнгүй үзэх; § 12-ыг үзнэ үү. ). Тиймээс циклоныг нэг төлөв нь протон, нөгөө нь нейтроныг төлөөлдөг "цэнэг давхар" гэж үзэж болно. Хэрэв та цахилгаан соронзон хүчийг оруулбал нөхцөлтэйгээр

Зураг дээр үзүүлэв. 20b-ийг тасархай шугамаар, дараа нь цэнэгээс хамаарах цахилгаан хүчийг өмнөх цэнэгээс хамааралгүй хүчинд нэмнэ.

Цагаан будаа. 19. Соронзон орон дахь электрон спинийн чиглэл

Цагаан будаа. 20. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн улмаас протон ба нейтрон хоёрын ялгаа

Цэнэглэгдсэн бөөмсийн энерги нь төвийг сахисан хэсгүүдийн энергиээс ялгаатай байх ба протон ба нейтроныг салгаж болно. Үүний үр дүнд тэдний амрах масс тэнцүү биш байх болно.

Цөм дэх нуклоны төлөв байдлыг тодорхойлохын тулд Гейзенберг изотопын спиний тухай цэвэр албан ёсны ойлголтыг нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь квант тоонуудын адилаар нуклонын доройтсон төлөвийн тоог "изотоп" гэдэг үгээр илэрхийлдэгтэй тэнцүү байх ёстой. протон ба нейтрон нь шинж чанараараа ойролцоо байдаг (изотопууд - ижил химийн шинж чанартай атомууд, цөм дэх нейтроны тоогоор ялгаатай).

Энэхүү ойлголт дахь "эргэлт" гэдэг үг нь бөөмийн ердийн эргэлттэй цэвэр математикийн зүйрлэлээс үүссэн.

Изотопын спингийн квант механик векторыг ердийн орон зайд биш харин изотоп буюу цэнэгийн орон зай гэж нэрлэдэг ердийн орон зайд нэвтрүүлж байгааг дахин тэмдэглэх нь зүйтэй. Сүүлийнх нь ердийн тэнхлэгээс ялгаатай нь нөхцөлт тэнхлэгээр тодорхойлогддог. Энэ орон зайд бөөмс нь хөрвүүлэх замаар хөдөлж чадахгүй, зөвхөн эргэлддэг.

Тиймээс изотопын эргэлтийг протоныг нейтроноос ялгах математик шинж чанар гэж үзэх хэрэгтэй; физикийн хувьд тэдгээр нь цахилгаан соронзон оронтой өөр харьцаатай байдаг.

Нуклонын изотоп спин нь тэнцүү бөгөөд тэнхлэгт хамаарах бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй.Энэ тэнхлэг дээрх проекцийг тэмдэглэв.Изотопын үед протон ба нейтроны хувьд протон нейтрон болж хувирдаг гэж уламжлалт байдлаар хүлээн зөвшөөрсөн. Спин нь изотопын орон зайд 180°-аар эргэлддэг.

Энэхүү албан ёсны техникийг ашиглах үед цэнэгийн хамаарал нь хадгалалтын хуулийн хэлбэрийг авдаг: нуклонуудын харилцан үйлчлэлийн үед нийт изотопын эргэлт ба түүний проекц өөрчлөгдөөгүй, өөрөөр хэлбэл.

Энэхүү хадгалалтын хуулийг физикийн хуулиуд изотопын орон зай дахь эргэлтээс хараат бус байдлын үр дагавар гэж албан ёсоор үзэж болно. Гэсэн хэдий ч энэ хамгааллын хууль нь ойролцоо байна. Энэ нь цахилгаан соронзон хүчийг үл тоомсорлож, бага зэрэг зөрчих боломжтой - цахилгаан соронзон ба цөмийн хүчний харьцааны хэмжээнд хүчинтэй. Үүний физик утга нь систем дэх цөмийн хүчнүүд ижил байдагт оршдог.

Бид нэмэлт утгыг олж авдаг энгийн бөөмсийн тухай бүлэгт изотопын эргэлтийн тухай ойлголт руу буцах болно.

Цөмийн хүч нь эргэлтээс хамаардаг.Цөмийн хүч спинээс хамааралтай байгаа нь дараах баримтуудаас харагдаж байна.

Өөр өөр спинтэй мужуудын ижил цөм нь өөр өөр холбох энергитэй байдаг. Жишээлбэл, спин нь параллель байдаг дейтероны холболтын энерги тэнцүү, эсрэг параллель ээрэх үед тогтвортой төлөв огт байдаггүй.

Нейтрон-протоны тархалт нь спингийн чиг баримжааг мэдэрдэг. Нейтрон ба протонуудын харилцан үйлчлэлийн магадлалыг онолын хувьд харилцан үйлчлэлийн потенциал нь спинээс хамаардаггүй гэсэн таамаглалаар тооцоолсон. Туршилтын үр дүн онолын үр дүнгээс тав дахин зөрүүтэй болох нь тогтоогдсон.

Хэрэв харилцан үйлчлэл нь эргэлтийн харьцангуй чиг баримжаагаас хамаарна гэдгийг харгалзан үзвэл зөрүү арилна.

Цөмийн хүчний эргэлтийн чиглэлээс хамаарал нь орто- ба пара-устөрөгчийн молекулууд дээр нейтрон тархах туршилтаар илэрдэг.

Баримт нь хоёр төрлийн устөрөгчийн молекул байдаг: орто-устөрөгчийн молекулд хоёр протоны спин нь хоорондоо параллель, нийт спин нь 1 бөгөөд гурван чиглэлтэй байж болно (гурвалсан төлөв гэж нэрлэдэг); пара-устөрөгчийн молекул дахь спин нь эсрэг параллель, нийт спин нь тэг бөгөөд нэг төлөв байх боломжтой (сингл төлөв гэж нэрлэгддэг),

Өрөөний температурт орто- ба пара-устөрөгчийн молекулуудын тоо хоорондын харьцаа Энэ харьцаа нь боломжит төлөвийн тоогоор тодорхойлогддог.

Газрын пара төлөвийн энерги нь үндсэн орго төлөвийн энергиэс бага байна. Бага температурт орто-устөрөгчийн молекулууд пара-устөрөгчийн молекул болж хувирдаг. Катализаторын оролцоотойгоор энэ хувиргалт маш хурдан явагддаг бөгөөд пара-устөрөгчийн цэвэр төлөвт шингэн устөрөгч авах боломжтой. Хэзээ

орто-устөрөгч дээр нейтроны тархалт, нейтроны эргэлт нь хоёр протоны спинтэй параллель, эсвэл хоёуланд нь эсрэг параллель байна; өөрөөр хэлбэл тохиргоонууд байдаг:

Пара-устөрөгчөөр тараагдах үед нейтроны спирал нь нэг протоны спинтэй үргэлж параллель, нөгөө протоны спинтэй эсрэг параллель байдаг; Пара-устөрөгчийн молекулын чиглэлээс үл хамааран тохиргоо нь шинж чанартай байдаг

Цагаан будаа. 21 Устөрөгчийн молекулууд дээр нейтроны тархалт

Тархалтыг долгионы процесс гэж үзье. Хэрэв тархалт нь спинүүдийн харилцан чиглэлээс хамаардаг бол протоны аль алиных нь тархсан нейтрон долгионы ажиглагдсан хөндлөнгийн нөлөө нь орто- ба пара-устөрөгчийн молекулууд дээр тархах үйл явцын хувьд мэдэгдэхүйц ялгаатай байх болно.

Тархалтын ялгаа мэдэгдэхүйц байхын тулд нейтроны энерги ямар байх ёстой вэ? Молекул дахь протонууд нь цөмийн хүчний радиусаас хэд дахин их зайд байрладаг. см.Тиймээс нейтроны долгионы шинж чанараас шалтгаалж, хэрэв тархах процесс нь хоёр протон дээр нэгэн зэрэг тохиолдож болно (Зураг 21). Үүний тулд де Бройлийн давалгаа шаардлагатай

масс нь энергитэй тэнцэх нейтроны хувьд

Цөмийн хүч нь ханалтын шинж чанартай байдаг.§ 4-т дурьдсанчлан цөмийн хүчний ханалтын шинж чанар нь цөмийн холболтын энерги нь цөмийн нуклонуудын тоотой пропорциональ байдаг - А, харин

Цөмийн хүчний энэ шинж чанар нь хөнгөн цөмийн тогтвортой байдлаас үүдэлтэй. Жишээлбэл, дейтрон руу улам олон шинэ тоосонцор нэмэх боломжгүй, нэмэлт нейтрон-тритийтэй ийм нэгдэл л мэдэгдэж байна. Тиймээс протон нь хоёроос илүүгүй нейтронтой холбоотой төлөвүүдийг үүсгэж чаддаг.

Гейзенбергийн ханалтыг тайлбарлахын тулд цөмийн хүч нь солилцооны шинж чанартай байдаг гэж үзсэн.

Цөмийн хүч нь солилцооны шинж чанартай байдаг.Эхний удаад химийн холболтын хүчний солилцооны шинж чанарыг тогтоосон: электронуудыг нэг атомаас нөгөөд шилжүүлсний үр дүнд холбоо үүсдэг. Цахилгаан соронзон хүчийг солилцооны хүч гэж бас ангилж болно: цэнэгүүдийн харилцан үйлчлэл нь у-квантуудыг солилцдогтой холбон тайлбарладаг. Гэхдээ энэ тохиолдолд ханалт байхгүй, учир нь у-квантуудын солилцоо нь бөөм бүрийн шинж чанарыг өөрчилдөггүй.

Цөмийн хүчний солилцооны шинж чанар нь мөргөлдөөний үед нуклонууд бие биедээ цэнэг, эргэлтийн төсөөлөл болон бусад шинж чанаруудыг шилжүүлж чаддагт илэрдэг.

Солилцооны мөн чанарыг янз бүрийн туршилтаар, жишээлбэл, өндөр энергитэй нейтроныг протоноор тараах үед тэдгээрийн өнцгийн тархалтыг хэмжсэн үр дүнгээр баталгаажуулдаг. Үүнийг илүү дэлгэрэнгүй авч үзье.

Цөмийн физикт бөөмийн де Бройль долгион нь харьцааг хангаж байвал энергийг өндөр гэж нэрлэдэг.

Нуклонуудын хувьд де Бройлийн долгионы урт нь кинетик энергитэй тэгшитгэлээр хамааралтай байдаг

тиймээс нуклонын кинетик энерги нь мэдэгдэхүйц их байвал өндөр гэж нэрлэж болно

Квантын механик нь харилцан үйлчлэлийн боломж нь мэдэгдэж байгаа бол үр дүнтэй тархалтын хөндлөн огтлолын ослын нейтроны энерги ба тархалтын өнцгийн хамаарлыг олж авах боломжийг олгодог.

Тооцооллоос харахад тэгш өнцөгт худаг шиг потенциалын хувьд тархалтын хөндлөн огтлол нь бөөмсийн энергиэс хамаарч өөр өөр байхаас гадна тархалт нь өөрөө жижиг өнцгийн дотор явагдах ёстой.Тиймээс төв хэсэгт тархсан нейтроны өнцгийн тархалт. Инерцийн систем нь тэдний хөдөлгөөний чиглэлд хамгийн их байх ёстой бөгөөд ухрах протонуудын тархалт нь эсрэг чиглэлд хамгийн их байх ёстой.

Туршилтаар нейтроны хувьд зөвхөн урагш чиглэсэн өнцгийн тархалтын оргил биш, харин хойш чиглэсэн хоёр дахь оргилыг илрүүлсэн (Зураг 22).

Цагаан будаа. 22. Нейтроны тархалтын дифференциал хөндлөн огтлолын тархалтын өнцгөөс протоноос хамаарах хамаарал.

Туршилтын үр дүнг зөвхөн нуклонуудын хооронд солилцооны хүч үйлчилдэг ба тархалтын явцад нейтрон ба протонууд цэнэгээ солилцдог, өөрөөр хэлбэл "цэнэг солилцох" үед тархалт явагддаг гэж үзэх замаар л тайлбарлаж болно. Энэ тохиолдолд нейтронуудын нэг хэсэг нь протон болж хувирдаг бөгөөд протонууд нь цэнэгийн солилцооны протон гэж нэрлэгддэг нейтроны чиглэлд нисч байгааг ажигладаг. Үүний зэрэгцээ протонуудын нэг хэсэг нь нейтрон болж хувирч, s-д буцаж тархсан нейтрон хэлбэрээр бүртгэгддэг.

Солилцоо ба энгийн хүчний харьцангуй үүрэг нь хойшоо нисч буй нейтроны тоог урагшаа нисч буй нейтроны тоотой харьцуулсан харьцаагаар тодорхойлогддог.

Квантын механик дээр үндэслэн бөөм нь олон бөөмстэй нэгэн зэрэг харилцан үйлчлэх боломжгүй тул солилцооны хүчнүүд үргэлж ханалтын үзэгдэлд хүргэдэг гэдгийг баталж болно.

Гэсэн хэдий ч нуклон-нуклон тархалтын туршилтыг илүү нарийвчилсан судалгаанаас үзэхэд харилцан үйлчлэлийн хүч нь үнэхээр солилцооны шинж чанартай боловч ердийн потенциалын солилцооны нэгтэй холилдох нь ханасан байдлыг бүрэн тайлбарлаж чадахгүй байгааг харуулж байна. Цөмийн хүчний өөр нэг шинж чанарыг мөн илрүүлсэн. Хэрэв нуклонуудын хоорондох хол зайд ихэвчлэн татах хүч үйлчилдэг бол нуклонууд хоорондоо ойртох үед (см-ийн зайд) огцом түлхэлт үүсдэг. Үүнийг нуклонд бие биенээ няцаах цөм байгаагаар тайлбарлаж болно.

Тооцооллоос харахад эдгээр цөм нь ханалтын нөлөөг голчлон хариуцдаг. Үүнтэй холбогдуулан цөмийн харилцан үйлчлэл нь тэгш өнцөгт худаг шиг жигд бус боломжоор тодорхойлогддог байх ёстой (Зураг. Жижиг зайд шинж чанартай цогц функц (Зураг 18d).

Тодорхой тооны протон ба нейтроноос бүрдэх атомын цөм нь цөмийн нуклонуудын хооронд үйлчилдэг тусгай хүчний улмаас нэг бүхэл юм. цөмийн.Цөмийн хүч нь протонуудын хоорондох электростатик түлхэлтийн хүчнээс хамаагүй их утгатай маш том утгатай болох нь туршилтаар батлагдсан. Энэ нь цөм дэх нуклонуудын тусгай холболтын энерги нь Кулоны түлхэлтийн хүчний хийсэн ажлаас хамаагүй их байдгаараа илэрдэг. Цөмийн хүчний үндсэн шинж чанаруудыг авч үзье.

1. Цөмийн хүчнүүд нь богино хугацааны таталцлын хүч . Тэдгээр нь 10-15 м-ийн дарааллын цөм дэх нуклонуудын хооронд маш бага зайд л гарч ирдэг.Урт нь (1.5-2.2) 10-15 м гэж нэрлэгддэг. цөмийн хүчний хүрээнуклон хоорондын зай ихсэх тусам тэдгээр нь хурдан буурдаг. (2-3) м-ийн зайд цөмийн харилцан үйлчлэл бараг байхгүй.

2. Цөмийн хүчин өмчтэй ханасан байдал, тэдгээр. нуклон бүр нь зөвхөн тодорхой тооны хамгийн ойрын хөршүүдтэй харилцан үйлчилдэг. Цөмийн хүчний ийм шинж чанар нь цэнэгийн дугаартай нуклонуудын тусгай холболтын энергийн ойролцоо тогтмол байдалд илэрдэг. А>40. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв ханалт байхгүй байсан бол цөм дэх нуклонуудын тоо нэмэгдэх тусам тусгай холболтын энерги нэмэгдэх болно.

3. Цөмийн хүчний нэг онцлог нь бас тэдний бие даасан байдлыг хариуцах , өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь нуклонуудын цэнэгээс хамаардаггүй тул протон ба нейтроны хоорондох цөмийн харилцан үйлчлэл ижил байна.Цөмийн хүчний цэнэгийн бие даасан байдал нь холболтын энергийн харьцуулалтаас харагдаж байна. толин тусгал цөм.Цөмийг ингэж нэрлэдэг, нуклонуудын нийт тоо ижил байна, гэхдээ нэг дэх протоны тоо нь нөгөө дэх нейтроны тоотой тэнцүү байна. Жишээлбэл, гелий ба хүнд устөрөгч - тритиум цөмийг холбох энерги нь 7.72 байна. МэВболон 8.49 МэВЭдгээр цөмүүдийн холболтын энергийн ялгаа нь 0.77 МэВ-тэй тэнцэх нь цөм дэх хоёр протоны Кулоны түлхэлтийн энергитэй тохирч байна. Энэ утгыг тэнцүү гэж үзвэл дундаж зайг олж болно rцөм дэх протонуудын хоорондох зай 1.9·10 –15 м байх нь цөмийн хүчний үйлчлэлийн радиустай тохирч байна.

4. Цөмийн хүч төв биш харилцан үйлчлэгч нуклонуудын спинүүдийн харилцан чиглэлээс хамаарна. Энэ нь орто- ба парагидроген молекулуудын нейтроны тархалтын янз бүрийн шинж чанараар нотлогддог. Ортогидрогений молекулд хоёр протоны спин нь хоорондоо параллель байдаг бол параустөрөгчийн молекулд эсрэг параллель байдаг. Пара устөрөгчөөс үүссэн нейтроны тархалт нь ортогидрогенээс 30 дахин их болохыг туршилтаар тогтоосон.

Цөмийн хүчний нарийн төвөгтэй шинж чанар нь цөмийн харилцан үйлчлэлийн нэг, тууштай онолыг боловсруулах боломжийг олгодоггүй боловч олон янзын арга барилыг санал болгосон. Японы физикч Х.Юкавагийн (1907-1981) 1935 онд дэвшүүлсэн таамаглалын дагуу цөмийн хүч нь солилцооны улмаас үүсдэг - мезон, i.e. масс нь нуклонуудын массаас ойролцоогоор 7 дахин бага энгийн бөөмс. Энэ загварын дагуу нуклон цаг м- мезон масс) мезон ялгаруулж, гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтайгаар хөдөлж, зайг туулж, дараа нь хоёр дахь нуклонд шингэдэг. Хариуд нь хоёр дахь нуклон нь мезон ялгаруулж, эхнийх нь шингээдэг. Тиймээс Х.Юкавагийн загварт нуклонуудын харилцан үйлчлэх зайг мезон замын уртаар тодорхойлдог бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 100 орчим зайтай тохирч байна. мба хэмжээний дарааллаар нь цөмийн хүчний үйл ажиллагааны радиустай давхцдаг.

Асуулт 26. Хуваалтын урвалууд. 1938 онд Германы эрдэмтэд О.Хан (1879-1968), Ф.Страсманн (1902-1980) ураныг нейтроноор бөмбөгдөхөд заримдаа анхны ураны цөмийн хагастай тэнцэх хэмжээний цөм гарч ирдэг болохыг олж тогтоожээ. Энэ үзэгдлийг нэрлэсэн цөмийн задрал.

Энэ нь туршилтаар ажиглагдсан анхны цөмийн хувирлын урвал юм. Жишээ нь уран-235 цөмийн задралын урвалуудын нэг юм.

Цөмийн задралын үйл явц маш хурдан явагддаг (~10 -12 секундын дотор). (7.14) төрлийн урвалын үед ялгарах энерги нь уран-235 цөмийн задралд ойролцоогоор 200 МэВ байна.

Ерөнхийдөө уран-235 цөмийн задралын урвалыг дараах байдлаар бичиж болно.

Нейтрон (7.15)

Явах урвалын механизмыг цөмийн гидродинамик загварын хүрээнд тайлбарлаж болно. Энэ загварын дагуу нейтроныг ураны цөмд шингээх үед өдөөгдсөн төлөвт ордог (Зураг 7.2).

Нейтроны шингээлтийн улмаас цөм хүлээн авсан илүүдэл энерги нь нуклонуудын илүү эрчимтэй хөдөлгөөнийг үүсгэдэг. Үүний үр дүнд цөм нь гажигтай бөгөөд энэ нь богино зайн цөмийн харилцан үйлчлэлийг сулруулахад хүргэдэг. Цөмийн өдөөх энерги нь тодорхой энергиэс их байвал идэвхжүүлэх энерги , дараа нь протонуудын электростатик түлхэлтийн нөлөөн дор цөм нь хоёр хэсэгт хуваагдан, ялгардаг. задралын нейтронууд . Хэрэв нейтроныг шингээх үед өдөөх энерги нь идэвхжүүлэх энергиэс бага байвал цөм нь хүрч чадахгүй.

хуваагдлын эгзэгтэй үе шат бөгөөд квант ялгаруулсны дараа газарт буцаж ирдэг

муж.

Цөмийн задралын урвалын чухал шинж чанар нь түүний үндсэн дээр өөрөө өөрийгөө тэтгэх цөмийн гинжин урвалыг хэрэгжүүлэх чадвар юм. . Энэ нь задралын үйл явдал бүр дунджаар нэгээс илүү нейтрон үүсгэдэгтэй холбоотой юм. Хэсэг хэсгүүдийн масс, цэнэг ба кинетик энерги XТэгээд Өө,(7.15) төрлийн хуваагдлын урвалын үед үүссэн . Эдгээр хэлтэрхийнүүд нь орчинг хурдан дарангуйлж, иончлох, халаах, түүний бүтцийг зөрчихөд хүргэдэг. Хүрээлэн буй орчныг халааснаас болж хуваагдлын хэсгүүдийн кинетик энергийг ашиглах нь цөмийн энергийг дулааны энерги болгон хувиргах үндэс суурь болдог. Цөмийн хуваагдлын хэсгүүд нь урвалын дараа өдөөгдсөн төлөвт орж, ялгарах замаар үндсэн төлөвт шилждэг. β - бөөмс ба -квант.

Хяналттай цөмийн урвалонд явуулсан цөмийн реактор мөн энерги ялгарах дагалддаг. Анхны цөмийн реакторыг 1942 онд АНУ-д (Чикаго) физикч Э.Ферми (1901 - 1954)-ийн удирдлага дор байгуулжээ. ЗХУ-д анхны цөмийн реакторыг 1946 онд И.В.Курчатовын удирдлаган дор байгуулжээ. Дараа нь цөмийн урвалыг хянах туршлага хуримтлуулсны дараа атомын цахилгаан станц барьж эхлэв.

Асуулт 27. Синтезийн урвал. Цөмийн нэгдэл протон ба нейтрон эсвэл бие даасан гэрлийн цөмүүдийн нэгдэх урвал гэж нэрлэгддэг бөгөөд үүний үр дүнд илүү хүнд цөм үүсдэг. Цөмийн хайлуулах хамгийн энгийн урвалууд нь:

, ΔQ = 17.59 МэВ; (7.17)

Тооцооллоос харахад нэгж массад ногдох цөмийн хайлуулах урвалын үед ялгарах энерги нь цөмийн задралын урвалаас ялгарах энергиэс хамаагүй их байна. Уран-235 цөмийн задралын урвалын үед ойролцоогоор 200 МэВ ялгардаг, өөрөөр хэлбэл. Нэг нуклонд 200:235=0,85 МэВ, нэгдэх урвалын үед (7,17) ялгарах энерги нь ойролцоогоор 17,5 МэВ, өөрөөр хэлбэл нэг нуклонд 3,5 МэВ (17,5:5=3,5 МэВ) байна. Тиймээс, хайлуулах үйл явц нь ураны задралаас 4 дахин илүү үр дүнтэй байдаг (хуваагдах урвалд оролцож буй цөмийн нэг нуклон тутамд).

Эдгээр урвалын өндөр хурд, харьцангуй өндөр энерги ялгардаг нь дейтерий ба тритий хоёрын тэнцүү хольцыг асуудлыг шийдвэрлэхэд хамгийн ирээдүйтэй болгодог. хяналттай термоядролын нэгдэл. Хүн төрөлхтний эрчим хүчний асуудлаа шийдэх итгэл найдвар нь хяналттай термоядролын хайлмалтай холбоотой юм. Атомын цахилгаан станцын түүхий эд болох ураны нөөц дэлхий дээрх хязгаарлагдмал байгаатай холбоотой. Гэхдээ далайн усанд агуулагддаг дейтерий нь хямд цөмийн түлшний бараг шавхагдашгүй эх үүсвэр юм. Тритиумтай холбоотой нөхцөл байдал арай илүү төвөгтэй байдаг. Тритиум нь цацраг идэвхт (хагас задралын хугацаа 12.5 жил, задралын урвал:) бөгөөд байгальд байдаггүй. Тиймээс ажлыг хангах хайлуулах реактортритиумыг цөмийн түлш болгон ашиглахын тулд түүнийг дахин үйлдвэрлэх боломжийг хангах ёстой.

Үүний тулд реакторын ажлын хэсэг нь урвал явагдах хөнгөн литийн изотопын давхаргаар хүрээлэгдсэн байх ёстой.

Энэ урвалын үр дүнд устөрөгчийн изотоп тритиум () үүсдэг.

Ирээдүйд дейтерий ба гелийн изотопын холимог ашиглан цацраг идэвхт багатай термоядролын реакторыг бий болгох боломжийг авч үзэж байгаа бөгөөд хайлуулах урвал нь дараахь хэлбэртэй байна.

МэВ.(7.20)

Энэхүү урвалын үр дүнд синтезийн бүтээгдэхүүнд нейтрон байхгүй тул реакторын биологийн аюулыг цөмийн задралын реактор, дейтерий, тритиум түлшээр ажилладаг термоядролын реакторуудтай харьцуулахад 4-5 баллын хэмжээгээр бууруулж болно. цацраг идэвхт материалыг үйлдвэрийн аргаар боловсруулах, тээвэрлэх шаардлагагүй, цацраг идэвхт хог хаягдлыг зайлуулах ажлыг чанарын хувьд хялбаршуулсан. Гэсэн хэдий ч ирээдүйд гелий изотоптой дейтерий () хольцыг ашиглан байгаль орчинд ээлтэй термоядролын реакторыг бий болгох хэтийн төлөв нь түүхий эдийн асуудлаас болж төвөгтэй байдаг: Дэлхий дээрх гелийн изотопын байгалийн нөөц нь ач холбогдолгүй юм. Байгаль орчинд ээлтэй термоядролын ирээдүйд дейтерийн үзүүлэх нөлөө

Газрын нөхцөлд хайлуулах урвалыг хэрэгжүүлэх замд гэрлийн цөмүүд цөмийн татах хүч ажиллаж эхлэх зайд ойртох үед цахилгаан статик түлхэлтийн асуудал үүсдэг. ойролцоогоор 10 -15 м, үүний дараа тэдгээрийн нэгдэх үйл явц нь улмаас үүсдэг туннелийн нөлөө. Боломжит саадыг даван туулахын тулд мөргөлдөж буй гэрлийн цөмд ≈10 энерги өгөх ёстой. кеВ,температуртай тохирч байна Т ≈10 8 Кба түүнээс дээш. Тиймээс байгалийн нөхцөлд термоядролын урвалууд зөвхөн оддын дотоод хэсэгт явагддаг. Тэдгээрийг хуурай газрын нөхцөлд хэрэгжүүлэхийн тулд цөмийн дэлбэрэлт, хүчтэй хийн ялгаруулалт, лазерын цацрагийн асар том импульс, эсвэл хүчтэй бөөмсөөр бөмбөгдөх замаар бодисыг хүчтэй халаах шаардлагатай. Термоядролын урвалыг одоог хүртэл зөвхөн термоядролын (устөрөгчийн) тэсрэх бөмбөгийн туршилтын дэлбэрэлтээр хийсэн.

Термоядролын реактор нь хяналттай термоядролын хайлалтыг хэрэгжүүлэх төхөөрөмжийн хувьд дараахь үндсэн шаардлагыг хангасан байх ёстой.

Нэгдүгээрт, халуун плазмыг найдвартай тусгаарлах шаардлагатай (≈10 8 K)урвалын бүсэд. Олон жилийн турш энэ асуудлыг шийдэх арга замыг тодорхойлсон үндсэн санааг 20-р зууны дунд үед ЗХУ, АНУ, Их Британид бараг нэгэн зэрэг илэрхийлсэн. Энэ санаа соронзон орон ашиглахөндөр температурт плазмыг хадгалах, дулаан тусгаарлах зориулалттай.

Хоёрдугаарт, тритий (устөрөгчийн өндөр цацраг идэвхт изотоп) агуулсан түлш дээр ажиллах үед хайлуулах реакторын камерын хананд цацрагийн гэмтэл үүснэ. Шинжээчдийн үзэж байгаагаар танхимын эхний хананы механик эсэргүүцэл 5-6 жилээс хэтрэхгүй байх магадлалтай. Энэ нь цацраг идэвхт бодисын үлдэгдэл онцгой өндөр байдаг тул уг суурилуулалтыг үе үе бүрэн буулгаж, дараа нь алсын робот ашиглан дахин угсарч байх ёстой гэсэн үг юм.

Гуравдугаарт, термоядролын нэгдлийн хангах ёстой гол шаардлага бол термоядролын урвалын үр дүнд ялгарах энерги нь урвалыг өөрөө хадгалахын тулд гадны эх үүсвэрээс зарцуулсан энергийг нөхөхөөс илүү байх явдал юм. "Цэвэр" термоядролын урвалууд ихээхэн сонирхол татдаг.

нейтрон үүсгэдэггүй ((7.20) ба доорх урвалыг үзнэ үү:

Асуулт 28. Цацраг идэвхт задрал α−, β−, γ− цацраг.

Доод цацраг идэвхт байдал зарим тогтворгүй атомын цөм нь цацраг идэвхт цацрагийн ялгаралтаар бусад атомын цөмд аяндаа хувирах чадварыг ойлгох.

Байгалийн цацраг идэвхт байдалбайгалийн тогтворгүй изотопуудад ажиглагдсан цацраг идэвхт .

Хиймэл цацраг идэвхт байдалхурдасгуур болон цөмийн реакторт явуулсан цөмийн урвалын үр дүнд олж авсан изотопын цацраг идэвхт байдал.

Цацраг идэвхт хувиргалт нь атомын цөмийн бүтэц, найрлага, энергийн төлөв байдал өөрчлөгдөхөд үүсдэг бөгөөд цэнэглэгдсэн эсвэл төвийг сахисан бөөмсийн ялгаралт, баригдах, цахилгаан соронзон шинж чанартай богино долгионы цацраг (гамма цацрагийн квант) ялгарах зэрэг дагалддаг. Эдгээр ялгарсан тоосонцор ба квантуудыг хамтад нь нэрлэдэг цацраг идэвхт (эсвэл ионжуулагч ) цацраг, цөм нь нэг шалтгаанаар (байгалийн болон хиймэл) аяндаа задарч болох элементүүдийг цацраг идэвхт буюу радионуклид . Цацраг идэвхт задралын шалтгаан нь цөмийн (богино зайн) татах хүч ба эерэг цэнэгтэй протонуудын цахилгаан соронзон (алсын зайн) түлхэх хүчний тэнцвэргүй байдал юм.

Ионжуулагч цацраг– Цэнэглэгдсэн буюу төвийг сахисан бөөмс, цахилгаан соронзон цацрагийн квантуудын урсгал, бодисоор дамжин өнгөрөх нь орчны атом эсвэл молекулуудын иончлол, өдөөлтөд хүргэдэг. Энэ нь мөн чанараараа фотон (гамма цацраг, бремстрах, рентген цацраг) ба корпускуляр (альфа цацраг, электрон, протон, нейтрон, мезон) гэж хуваагддаг.

Одоогийн байдлаар мэдэгдэж байгаа 2500 нуклидын зөвхөн 271 нь тогтвортой, үлдсэн хэсэг нь (90%) тогтворгүй, i.e. цацраг идэвхт; нэг буюу хэд хэдэн дараалсан задралаар бөөмс эсвэл γ-квант ялгарах замаар тэдгээр нь тогтвортой нуклид болж хувирдаг.

Цацраг идэвхт цацрагийн найрлагыг судлах нь түүнийг гурван өөр бүрэлдэхүүн хэсэгт хуваах боломжийг олгосон. α-цацраг эерэг цэнэгтэй бөөмсийн урсгал - гелийн цөм (), β цацраг - электрон эсвэл позитронуудын урсгал; γ цацраг – богино долгионы цахилгаан соронзон цацрагийн урсгал.

Ерөнхийдөө бүх төрлийн цацраг идэвхт бодисыг гамма туяа ялгаруулдаг - хатуу, богино долгионы цахилгаан соронзон цацраг. Гамма туяа нь цацраг идэвхт хувирлын өдөөгдсөн бүтээгдэхүүний энергийг бууруулах гол хэлбэр юм. Цацраг идэвхт задралд орж буй цөмийг нэрлэдэг эхийн; шинээр гарч ирж буй охин компани Дүрмээр бол цөм нь өдөөгдөж, үндсэн төлөвт шилжих нь квант ялгаруулалт дагалддаг.

Хамгаалалтын хуулиуд.Цацраг идэвхт задралын үед дараах үзүүлэлтүүд хадгалагдана.

1. Цэнэглэх . Цахилгаан цэнэгийг үүсгэх эсвэл устгах боломжгүй. Урвалын өмнөх болон дараах нийт цэнэгийг хадгалах ёстой, гэхдээ энэ нь янз бүрийн цөм, бөөмсийн хооронд өөр өөр тархсан байж болно.

2. Массын тоо эсвэл урвалын дараах нуклонуудын тоо нь урвалын өмнөх нуклонуудын тоотой тэнцүү байх ёстой.

3. Нийт эрчим хүч . Кулоны энерги болон түүнтэй тэнцүү массын энерги нь бүх урвал, задралд хадгалагдах ёстой.

4.Момент ба өнцгийн импульс . Шугаман импульсийн хадгалалт нь цөм, бөөмс ба/эсвэл цахилгаан соронзон цацрагийн хооронд Кулоны энергийг хуваарилах үүрэгтэй. Өнцгийн импульс нь бөөмсийн эргэлтийг хэлнэ.

α-ялзралатомын цөмөөс ялгарах ялгарал гэж нэрлэдэг α− тоосонцор. At α− ялзрал, урьдын адил энерги хадгалагдах хуулийг биелүүлэх ёстой. Үүний зэрэгцээ системийн энергийн аливаа өөрчлөлт нь түүний массын пропорциональ өөрчлөлттэй тохирч байна. Тиймээс цацраг идэвхт задралын үед эх цөмийн масс нь задралын бүтээгдэхүүний массаас задралын дараах системийн кинетик энергитэй тохирох хэмжээгээр давах ёстой (хэрэв задралын өмнө эх цөм тайван байсан бол). Тиймээс, тохиолдолд α− ялзралын нөхцөл хангагдсан байх ёстой

массын дугаартай эх цөмийн масс хаана байна Аболон серийн дугаар Z, нь охин цөмийн масс бөгөөд масс юм α− тоосонцор. Эдгээр масс бүрийг массын тоо ба массын согогийн нийлбэрээр илэрхийлж болно.

Эдгээр илэрхийллийг массын хувьд тэгш бус байдал (8.2) болгон орлуулснаар бид дараах нөхцөлийг олж авна α− задрал:, (8.3)

тэдгээр. эх, охины бөөмийн массын согогийн ялгаа нь массын согогоос их байх ёстой α− тоосонцор. Тиймээс, хэзээ α− задралын үед эх, охины бөөмийн массын тоо бие биенээсээ дөрөвөөр ялгаатай байх ёстой. Хэрэв массын тоонуудын зөрүү дөрөв байвал байгалийн изотопуудын массын согогууд үргэлж нэмэгдэх тусам буурдаг. А. Тиймээс (8.3) тэгш бус байдал хангагдаагүй үед эх цөм байх ёстой хүнд цөмийн массын гажиг нь хөнгөн цөмийн массын согогоос бага байдаг. Тиймээс, хэзээ α− цөмийн задрал үүсдэггүй. Ихэнх хиймэл изотопуудад мөн адил хамаарна. Үл хамаарах зүйл бол хэд хэдэн хөнгөн хиймэл изотопууд бөгөөд тэдгээрийн холболтын энергийн үсрэлт, улмаар массын согог нь хөрш зэргэлдээ изотопуудтай харьцуулахад маш их байдаг (жишээлбэл, хоёр болж задардаг бериллийн изотопууд). α− тоосонцор).

Эрчим хүч α− бөөмийн задралын үр дүнд үүссэн тоосонцор нь 2-оос 11 МэВ хүртэлх харьцангуй нарийн хязгаарт агуулагддаг.Үүний зэрэгцээ энерги нэмэгдэхийн хэрээр хагас задралын хугацаа буурах хандлагатай байдаг. α− тоосонцор. Энэ хандлага нь ялангуяа нэг цацраг идэвхт гэр бүлийн хүрээнд дараалсан цацраг идэвхт хувиргалтуудын үед илт ажиглагддаг (Гейгер-Наталл хууль). Жишээлбэл, эрчим хүч α− ураны задралын үеийн тоосонцор (T = 7.1 . 10 8 жил) 4.58 байна Мэв, протактиний задралын үед (T = 3.4 . 10 4 жил) - 5.04 Полони задралын үед Маев (T = 1.83 . 10 -3) -тай)- 7,36Мэв.

Ерөнхийдөө ижил изотопын цөм ялгарч болно α− хэд хэдэн хатуу тодорхойлогдсон энергийн утгатай хэсгүүд (өмнөх жишээнд хамгийн их энергийг харуулсан). Өөрөөр хэлбэл, α− бөөмс нь салангид энергийн спектртэй байдаг. Үүнийг дараах байдлаар тайлбарлав. Квант механикийн хуулиудын дагуу задралын үр дүнд үүссэн охин цөм нь хэд хэдэн өөр төлөвт байж болох бөгөөд тус бүр нь тодорхой энергитэй байдаг. Боломжит хамгийн бага энергитэй төлөвийг тогтвортой гэж нэрлэдэг гол . Үлдсэн мужуудыг дууддаг сэтгэл хөдөлсөн . Цөм нь тэдгээрийн дотор маш богино хугацаанд (10 -8 - 10 -12 сек) үлдэж, дараа нь ялгаруулалтаар бага энергитэй (заавал үндсэн рүү орох албагүй) төлөвт шилждэг. γ− квант.

Ажиллаж байна α− Ялзрах хоёр үе шат байдаг: үүсэх α− цөмийн нуклонуудын бөөмс ба ялгаралт α− цөмтэй бөөмс.

Бета задрал (цацраг туяа).Ялзралын тухай ойлголт нь электрон задрал, позитроны задрал, электрон барьж авах гэсэн гурван төрлийн аяндаа үүсэх цөмийн өөрчлөлтийг нэгтгэдэг. Э- барих).

Альфа цацраг идэвхт изотопуудаас хамаагүй илүү бета цацраг идэвхт изотопууд байдаг. Эдгээр нь бөөмийн массын тооны өөрчлөлтийн бүх хүрээг хамардаг (хөнгөн цөмөөс хамгийн хүнд хүртэл).

Атомын цөмийн бета задрал нь сул харилцан үйлчлэл энгийн бөөмс ба задралын нэгэн адил тодорхой хуулиудад захирагддаг. Эвдрэлийн үед цөм дэх нейтронуудын нэг нь протон болж хувирч, электрон ба электрон антинейтрино ялгаруулдаг. Энэ процесс дараах схемийн дагуу явагдана: . (8.8)

- задралын үед цөмийн протонуудын аль нэг нь позитрон ба электрон нейтрино ялгаруулж нейтрон болж хувирдаг.

Цөмийн нэг хэсэг биш чөлөөт нейтрон нь урвалын дагуу (8.8) аяндаа задарч хагас задралын хугацаа 12 минут орчим байдаг.Энэ нь нейтроны масс нь аму учраас боломжтой юм. протоны массаас их a.m.u. электрон амугийн амрах массаас давсан амугийн утгаараа. (нейтрино амрах масс тэг байна). Үүссэн бөөмс болох нейтрон ба позитроны үлдсэн массын нийлбэр нь протоны массаас их байдаг тул чөлөөт протоны задралыг энерги хадгалах хуулиар хориглодог. Тиймээс охин цөмийн масс нь эх цөмийн массаас позитроны үлдсэн массаас (позитрон ба электроны үлдсэн массаас) их хэмжээгээр бага байвал протоны задрал (8.9) нь зөвхөн цөмд л боломжтой. тэнцүү). Нөгөөтэйгүүр, цөмд орсон нейтроны задралын хувьд ижил төстэй нөхцөлийг хангасан байх ёстой.

(8.9) урвалын дагуу явагдах процессоос гадна протоныг нейтрон болгон хувиргах процесс нь электрон нейтрино ялгаруулж протонд электроныг барьж авснаар бас тохиолдож болно.

(8.9) процессын нэгэн адил (8.10) процесс нь чөлөөт протонтой хамт явагддаггүй. Гэхдээ хэрэв протон цөм дотор байгаа бол эх цөм ба электроны массын нийлбэр нь охин цөмийн массаас их байвал атомынхаа тойрог замын аль нэг электроныг барьж чадна. Цөм дотор байрлах протонуудыг атомын тойрог замын электронуудтай уулзах боломж нь квант механикийн дагуу атом дахь электронуудын хөдөлгөөн Борын онолд хүлээн зөвшөөрөгдсөн шиг нарийн тодорхой тойрог замд явагддаггүйтэй холбоотой юм. , гэхдээ атомын доторх орон зайн аль ч мужид, тухайлбал цөмд эзлэгдсэн бүсэд электронтой уулзах тодорхой магадлал байдаг.

Орбитын электроныг барьж авснаас үүссэн цөмийн өөрчлөлтийг гэнэ Э- барих. Ихэнх тохиолдолд цөмд хамгийн ойрхон К-бүрхүүлд хамаарах электроныг барьж авдаг (K-барьж авах). Дараагийн L бүрхүүлд багтсан электроныг барьж авах (L-барьж авах) нь ойролцоогоор 100 дахин бага тохиолддог.

Гамма цацраг. Гамма цацраг нь богино долгионы цахилгаан соронзон цацраг бөгөөд маш богино долгионы урттай бөгөөд үүний үр дүнд тод корпускуляр шинж чанартай байдаг. энергитэй квантуудын урсгал юм ( ν − цацрагийн давтамж), импульс ба эргэлт Ж(нэгжээр ħ ).

Гамма цацраг нь бөөмийн задралыг дагалдаж, бөөмс ба эсрэг бөөмс устах, орчин дахь хурдан цэнэгтэй тоосонцорыг сааруулах, мезон задрах, сансар огторгуйн цацраг, цөмийн урвал зэрэгт үүсдэг. Үүнийг туршилтаар хийсэн. задралын үр дүнд үүссэн өдөөгдсөн цөм нь хэд хэдэн завсрын, бага өдөөлттэй төлөвийг даван туулж болохыг тогтоожээ. Тиймээс ижил цацраг идэвхт изотопын цацраг нь эрчим хүчний утгаараа бие биенээсээ ялгаатай хэд хэдэн төрлийн квантуудыг агуулж болно. Цөмийн өдөөгдсөн төлөв байдлын ашиглалтын хугацаа нь тэдний энерги багасч, эхний болон эцсийн төлөв дэх цөмийн эргэлтүүдийн ялгаа ихсэх тусам огцом нэмэгддэг.

Квантын ялгарал нь атомын цөмийг энергитэй өдөөгдсөн төлөвөөс цацрагийн шилжилтийн үед бас тохиолддог. Э биэрчим хүчээр газар эсвэл бага өдөөх төлөв рүү Э к (E i >E k). Энерги хадгалагдах хуулийн дагуу (цөмийн буцах энерги хүртэл) квантын энергийг дараах илэрхийллээр тодорхойлно. (8.11)

Цацрагийн үед импульс ба өнцгийн импульс хадгалагдах хуулиуд бас хангагдана.

Цөмийн энергийн түвшний салангид байдлаас шалтгаалан цацраг нь эрчим хүч, давтамжийн шугаман спектртэй байдаг. Бодит байдал дээр цөмийн энергийн спектр нь салангид ба тасралтгүй мужуудад хуваагддаг. Дискрет спектрийн мужид цөмийн энергийн түвшний хоорондох зай нь энергийн өргөнөөс хамаагүй их байдаг. ГЭнэ төлөв дэх цөмийн ашиглалтын хугацаагаар тодорхойлогддог түвшин:

Цаг хугацаа нь өдөөгдсөн цөмийн задралын хурдыг тодорхойлдог.

Эхний үеийн цөмийн тоо хаана байна (); нэг удаад ялзраагүй цөмийн тоо т.

асуулт 29. Шилжилтийн хуулиуд.Бөөм ялгаруулах үед цөм нь хоёр протон, хоёр нейтроныг алддаг. Иймээс үүссэн (охин) цөм нь анхны (эх) цөмтэй харьцуулахад массын тоо дөрөв, дарааллын тоо хоёроор бага байна.

Ийнхүү задралын дараа элементийг олж авдаг бөгөөд энэ нь үечилсэн хүснэгтэд анхныхтай харьцуулахад зүүн талд хоёр нүдийг эзэлдэг. (8.14)

Эвдрэлийн үед цөм дэх нейтроны аль нэг нь электрон ба антинейтрино ялгаруулж протон болж хувирдаг. Эвдрэлийн үр дүнд цөм дэх нуклонуудын тоо өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Тиймээс массын тоо өөрчлөгддөггүй, өөрөөр хэлбэл нэг изобар нөгөөд хувирах нь тохиолддог. Гэсэн хэдий ч охин цөмийн цэнэг ба түүний атомын дугаар өөрчлөгддөг. Эвдрэлийн үед нейтрон протон болж хувирах үед атомын тоо нэгээр нэмэгддэг, өөрөөр хэлбэл. Энэ тохиолдолд үечилсэн хүснэгтэд анхныхтай харьцуулахад баруун тийш нэг нүдээр шилжсэн элемент гарч ирнэ.

Эвдрэлийн үед протон нейтрон болж хувирах үед атомын тоо нэгээр буурч, шинээр үүссэн элемент нь үелэх системийн зүүн тал руу шилждэг.

(8.14) − (8.16) илэрхийлэлд X- эхийн цөмийн бэлэг тэмдэг, Ю– охин цөмийн бэлгэдэл – гелийн цөм ба – электроны бэлгэдлийн тэмдэглэгээ. А= 0 ба З= –1 ба позитрон, үүний төлөө А= 0 ба З=+1.

Байгалийн цацраг идэвхт цөм үүсдэг гурван цацраг идэвхт гэр бүл , дуудсан ураны гэр бүл (), торийн гэр бүл () Мөн далайн анемоны гэр бүл (). Тэд хамгийн урт хагас задралтай урт наслалттай изотопуудаас нэрээ авсан. α− ба β− задралын гинжин хэлхээний дараа бүх гэр бүлүүд хар тугалга изотопуудын тогтвортой цөм дээр төгсдөг – , ба. Нептуний гэр бүл нь трансуран элемент болох нептуниас эхлээд хиймэл аргаар үйлдвэрлэгдэж, висмутын изотопоор төгсдөг.

Тодорхой тооны протон ба нейтроноос бүрдэх атомын цөм нь цөмийн нуклонуудын хооронд үйлчилдэг тусгай хүчний улмаас нэг бүхэл юм. цөмийн.Цөмийн хүч нь протонуудын хоорондох электростатик түлхэлтийн хүчнээс хамаагүй их утгатай маш том утгатай болох нь туршилтаар батлагдсан. Энэ нь цөм дэх нуклонуудын тусгай холболтын энерги нь Кулоны түлхэлтийн хүчний хийсэн ажлаас хамаагүй их байдгаараа илэрдэг. Цөмийн хүчний үндсэн шинж чанаруудыг авч үзье.

1. Цөмийн хүчнүүд нь богино зайн татах хүч . Тэдгээр нь 10-15 м-ийн дарааллын цөм дэх нуклонуудын хооронд маш бага зайд л гарч ирдэг.(1.5 – 2.2)·10–15 м-ийн дарааллын зайг цөмийн хүчний үйлчлэлийн радиус гэж нэрлэдэг бөгөөд түүний өсөлтийг харгалзан үздэг. , цөмийн хүч хурдан буурдаг. (2-3) м-ийн зайд нуклонуудын хоорондох цөмийн харилцан үйлчлэл бараг байдаггүй.

2. Цөмийн хүчин өмчтэй ханасан байдал, тэдгээр. нуклон бүр нь зөвхөн тодорхой тооны хамгийн ойрын хөршүүдтэй харилцан үйлчилдэг. Цөмийн хүчний ийм шинж чанар нь цэнэгийн дугаартай нуклонуудын тусгай холболтын энергийн ойролцоо тогтмол байдалд илэрдэг. А>40. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв ханалт байхгүй байсан бол цөм дэх нуклонуудын тоо нэмэгдэх тусам тусгай холболтын энерги нэмэгдэх болно.

3. Цөмийн хүчний нэг онцлог нь бас тэдний бие даасан байдлыг хариуцах , өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь нуклонуудын цэнэгээс хамаардаггүй тул протон ба нейтроны хоорондох цөмийн харилцан үйлчлэл ижил байна. Цөмийн хүчний цэнэгийн бие даасан байдал нь холболтын энергийн харьцуулалтаас харагдаж байна. толин тусгал цөм . Энэ нь нийт нуклонуудын тоо ижил боловч нэг дэх протоны тоо нь нөгөө дэх нейтроны тоотой тэнцүү байдаг цөмүүдийг ингэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, гелий ба хүнд устөрөгч - тритиум цөмийг холбох энерги нь 7.72 байна. МэВболон 8.49 МэВ. Эдгээр цөмүүдийн холбох энергийн ялгаа нь 0.77 МэВ-тэй тэнцэх нь цөм дэх хоёр протоны Кулоны түлхэлтийн энергитэй тохирч байна. Энэ утгыг -тэй тэнцүү гэж үзвэл дундаж зайг олж болно rцөм дэх протонуудын хоорондох зай 1.9·10 –15 м байх нь цөмийн хүчний үйлчлэлийн радиустай тохирч байна.

4. Цөмийн хүч төв биш харилцан үйлчлэгч нуклонуудын спинүүдийн харилцан чиглэлээс хамаарна. Энэ нь орто- ба парагидроген молекулуудын нейтроны тархалтын янз бүрийн шинж чанараар нотлогддог. Ортогидрогений молекулд хоёр протоны спин нь хоорондоо параллель байдаг бол параустөрөгчийн молекулд эсрэг параллель байдаг. Пара устөрөгч дээрх нейтроны тархалт нь ортогидроген дээр цацагдахаас 30 дахин их болохыг туршилтаар тогтоосон.

Цөмийн хүчний нарийн төвөгтэй шинж чанар нь цөмийн харилцан үйлчлэлийн нэг, тууштай онолыг боловсруулах боломжийг олгодоггүй боловч олон янзын арга барилыг санал болгосон. Японы физикч Х.Юкавагийн 1935 онд дэвшүүлсэн таамаглалаар цөмийн хүч нь солилцооны улмаас үүсдэг - мезон, өөрөөр хэлбэл. масс нь нуклонуудын массаас ойролцоогоор 7 дахин бага энгийн бөөмс. Энэ загварын дагуу цаг хугацааны хувьд нуклон м- мезон масс) мезон ялгаруулж, гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтайгаар хөдөлж, зайг хамардаг. , үүний дараа хоёр дахь нуклонд шингэдэг. Хариуд нь хоёр дахь нуклон нь мезон ялгаруулж, эхнийх нь шингээдэг. Тиймээс Х.Юкавагийн загварт нуклонуудын харилцан үйлчлэх зайг мезон замын уртаар тодорхойлдог бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 100 орчим зайтай тохирч байна. мба хэмжээний дарааллаар нь цөмийн хүчний үйл ажиллагааны радиустай давхцдаг.

Нуклон хоорондын солилцооны харилцан үйлчлэлийн талаар авч үзье. Эерэг, сөрөг, төвийг сахисан мезонууд байдаг. - эсвэл - мезонуудын цэнэгийн модуль нь тоон хувьд энгийн цэнэгтэй тэнцүү байна д. Цэнэглэгдсэн мезонуудын масс нь ижил бөгөөд тэнцүү (140 МэВ), мезон масс 264 (135 МэВ). Цэнэгтэй ба саармаг мезонуудын спирал нь 0. Гурван бөөмс бүгд тогтворгүй. - ба - мезонуудын амьдрах хугацаа 2.6 байна -тай, - мезон – 0.8·10 -16 -тай. Нуклонуудын харилцан үйлчлэлийг дараахь схемүүдийн аль нэгний дагуу гүйцэтгэдэг.

(22.7)
1. Нуклонууд мезон солилцдог:

Энэ тохиолдолд протон нь мезон ялгаруулж, нейтрон болж хувирдаг. Мезон нь нейтроноор шингэж, улмаар протон болж хувирдаг бөгөөд эсрэг чиглэлд ижил үйл явц явагддаг. Ийнхүү харилцан үйлчлэлцэж буй нуклон бүр цагийнхаа нэг хэсгийг цэнэгтэй, нэг хэсэг нь саармаг төлөвт зарцуулдаг.

2. Нуклонуудын солилцоо - мезонууд:

3. Нуклонуудын солилцоо - мезонууд:

. (22.10)

Эдгээр бүх үйл явц нь туршилтаар батлагдсан. Ялангуяа нейтроны цацраг устөрөгчөөр дамжин өнгөрөхөд эхний процессыг баталгаажуулдаг. Хөдөлгөөнт протонууд цацрагт гарч ирэх ба зорилтот хэсэгт тохирох тооны бараг амарч буй нейтронууд илэрдэг.

Цөмийн загварууд.Цөмийн хүчний хувьд математикийн хууль байхгүй байгаа нь цөмийн нэгдсэн онолыг бий болгох боломжийг олгодоггүй. Ийм онолыг бий болгох оролдлого нь ноцтой бэрхшээлтэй тулгардаг. Тэдгээрийн заримыг энд дурдъя:

1. Нуклонуудын хооронд үйлчлэх хүчний талаарх мэдлэг дутмаг.

2. Квантын олон биеийн бодлогын (массын тоотой цөм) туйлын төвөгтэй байдал А-ийн систем юм Аутас).

Эдгээр бэрхшээлүүд нь харьцангуй энгийн математик аргуудыг ашиглан цөмийн шинж чанарын тодорхой багцыг дүрслэх боломжийг олгодог цөмийн загварыг бий болгох замаар биднийг шахаж байна. Эдгээр загваруудын аль нь ч цөмийн талаар үнэн зөв тодорхойлолт өгч чадахгүй. Тиймээс та хэд хэдэн загварыг ашиглах хэрэгтэй.

Доод цөмийн загвар Цөмийн физикийн хувьд тэд физик, математикийн багц таамаглалыг ойлгодог бөгөөд тэдгээрийн тусламжтайгаар цөмийн системийн шинж чанарыг тооцоолох боломжтой. Ануклонууд. Янз бүрийн түвшний нарийн төвөгтэй олон загварыг санал болгож, боловсруулсан. Бид зөвхөн хамгийн алдартайг нь авч үзэх болно.

Цөмийн гидродинамик (дуслын) загвар 1939 онд боловсруулсан. Н.Бор, Зөвлөлтийн эрдэмтэн Ж.Френкель нар. Энэ нь цөм дэх нуклонуудын өндөр нягтрал, тэдгээрийн хоорондын маш хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас бие даасан нуклонуудын бие даасан хөдөлгөөн боломжгүй бөгөөд цөм нь нягтралтай цэнэглэгдсэн шингэний дусал юм гэсэн таамаглал дээр суурилдаг. Ердийн дусал шингэний нэгэн адил цөмийн гадаргуу нь хэлбэлзэж болно. Хэрэв чичиргээний далайц хангалттай том бол цөмийн задралын процесс явагдана. Дуслын загвар нь цөм дэх нуклонуудын холболтын энергийн томъёог олж авах боломжтой болгож, зарим цөмийн урвалын механизмыг тайлбарлав. Гэсэн хэдий ч энэ загвар нь атомын цөмийн өдөөх спектрүүдийн ихэнхийг тайлбарлаж, тэдгээрийн заримын онцгой тогтвортой байдлыг тайлбарладаггүй. Энэ нь гидродинамик загвар нь цөмийн дотоод бүтцийн мөн чанарыг маш ойролцоогоор тусгасантай холбоотой юм.

Цөмийн бүрхүүлийн загвар 1940-1950 онд Америкийн физикч М.Гепперт - Майер, Германы физикч Х.Женсен нар боловсруулсан. Энэ нь нуклон бүр нь ямар нэг дундаж потенциал талбарт бусдаасаа үл хамааран хөдөлдөг гэж үздэг (цөмийн үлдсэн нуклонуудын үүсгэсэн боломжит худаг. Бүрхүүл загварын хүрээнд функцийг тооцоолдоггүй, харин хамгийн сайн тохирч байхаар сонгосон. туршилтын өгөгдөлд хүрч болно.

Боломжит худгийн гүн нь ихэвчлэн ~ (40-50) байдаг. МэВмөн цөм дэх нуклонуудын тооноос хамаардаггүй. Квантын онолын дагуу талбар дахь нуклонууд нь тодорхой энергийн түвшинд байдаг. Дундаж боломжит талбар дахь нуклонуудын бие даасан хөдөлгөөний талаархи бүрхүүлийн загварыг бүтээгчдийн үндсэн таамаглал нь гидродинамик загварыг бүтээгчдийн үндсэн заалтуудтай зөрчилдөж байна. Тиймээс гидродинамик загвараар сайн тодорхойлсон цөмийн шинж чанарыг (жишээлбэл, холбох энергийн утга) бүрхүүлийн загварын хүрээнд тайлбарлах боломжгүй ба эсрэгээр.

Цөмийн ерөнхий загвар , 1950-1953 онд боловсруулсан нь гидродинамик болон бүрхүүлийн загварыг бүтээгчдийн үндсэн заалтуудыг нэгтгэсэн. Ерөнхий загварт цөм нь дотоод тогтвортой хэсэг буюу дүүрсэн бүрхүүлийн нуклонуудаас бүрддэг цөм ба цөмийн нуклонуудын үүсгэсэн талбарт хөдөлж буй гадаад нуклонуудаас бүрдэнэ гэж үздэг. Үүнтэй холбогдуулан цөмийн хөдөлгөөнийг гидродинамик загвараар, гаднах нуклонуудын хөдөлгөөнийг бүрхүүлийн загвараар дүрсэлдэг. Гадны нуклонуудтай харилцан үйлчлэлийн улмаас цөм нь гажигтай, гол нь деформацийн тэнхлэгт перпендикуляр тэнхлэгийг тойрон эргэлддэг. Ерөнхий загвар нь атомын цөмийн эргэлтийн болон чичиргээний спектрийн үндсэн шинж чанарууд, түүнчлэн тэдгээрийн заримын дөрвөлжин туйлын цахилгаан моментийн өндөр утгыг тайлбарлах боломжийг олгосон.

Бид феноменологийн гол зүйлийг авч үзсэн, i.e. тайлбарлах, цөмийн загварууд. Гэсэн хэдий ч цөмийн шинж чанар, бүтцийг тодорхойлдог цөмийн харилцан үйлчлэлийн мөн чанарыг бүрэн ойлгохын тулд цөмийг харилцан үйлчлэгч нуклонуудын систем гэж үзэх онолыг бий болгох шаардлагатай.

Тодорхой тооны протон ба нейтроноос бүрдэх атомын цөм нь цөмийн нуклонуудын хооронд үйлчилдэг тусгай хүчний улмаас нэг бүхэл юм. цөмийн.Цөмийн хүч нь протонуудын хоорондох электростатик түлхэлтийн хүчнээс хамаагүй их утгатай маш том утгатай болох нь туршилтаар батлагдсан. Энэ нь цөм дэх нуклонуудын тусгай холболтын энерги нь Кулоны түлхэлтийн хүчний хийсэн ажлаас хамаагүй их байдгаараа илэрдэг. Гол зүйлийг харцгаая цөмийн хүчний онцлог.

1. Цөмийн хүчнүүд нь богино зайн татах хүч . Тэдгээр нь 10-15 м-ийн дарааллын цөм дэх нуклонуудын хооронд маш бага зайд л гарч ирдэг.(1.5-2.2) 10-15 м-ийн дарааллын зайг гэнэ. цөмийн хүчний хүрээ, нэмэгдэх тусам цөмийн хүч хурдан буурдаг. (2-3) м-ийн зайд нуклонуудын хоорондох цөмийн харилцан үйлчлэл бараг байдаггүй.

2. Цөмийн хүчин өмчтэй ханасан байдал, тэдгээр. нуклон бүр нь зөвхөн тодорхой тооны хамгийн ойрын хөршүүдтэй харилцан үйлчилдэг. Цөмийн хүчний ийм шинж чанар нь цэнэгийн дугаартай нуклонуудын тусгай холболтын энергийн ойролцоо тогтмол байдалд илэрдэг. А>40. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв ханалт байхгүй байсан бол цөм дэх нуклонуудын тоо нэмэгдэх тусам тусгай холболтын энерги нэмэгдэх болно.

3. Цөмийн хүчний нэг онцлог нь бас тэдний бие даасан байдлыг хариуцах , өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь нуклонуудын цэнэгээс хамаардаггүй тул протон ба нейтроны хоорондох цөмийн харилцан үйлчлэл ижил байна. Цөмийн хүчний цэнэгийн бие даасан байдал нь холболтын энергийн харьцуулалтаас харагдаж байна. толин тусгал цөм . Энэ нь нийт нуклонуудын тоо ижил боловч нэг дэх протоны тоо нь нөгөө дэх нейтроны тоотой тэнцүү байдаг цөмүүдийг ингэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, гелий ба хүнд устөрөгч - тритиум цөмийг холбох энерги нь 7.72 байна. МэВболон 8.49 МэВ. Эдгээр цөмүүдийн холбох энергийн ялгаа нь 0.77 МэВ-тэй тэнцэх нь цөм дэх хоёр протоны Кулоны түлхэлтийн энергитэй тохирч байна. Энэ утгыг -тэй тэнцүү гэж үзвэл дундаж зайг олж болно rцөм дэх протонуудын хоорондох зай 1.9·10 –15 м байх нь цөмийн хүчний үйлчлэлийн радиустай тохирч байна.

4. Цөмийн хүч төв биш харилцан үйлчлэгч нуклонуудын спинүүдийн харилцан чиглэлээс хамаарна. Энэ нь орто- ба парагидроген молекулуудын нейтроны тархалтын янз бүрийн шинж чанараар нотлогддог. Ортогидрогений молекулд хоёр протоны спин нь хоорондоо параллель байдаг бол параустөрөгчийн молекулд эсрэг параллель байдаг. Пара устөрөгч дээрх нейтроны тархалт нь ортогидроген дээр цацагдахаас 30 дахин их болохыг туршилтаар тогтоосон.

Цөмийн хүчний нарийн төвөгтэй шинж чанар нь цөмийн харилцан үйлчлэлийн нэг, тууштай онолыг боловсруулах боломжийг олгодоггүй боловч олон янзын арга барилыг санал болгосон. Японы физикч Х.Юкавагийн (1907-1981) 1935 онд дэвшүүлсэн таамаглалын дагуу цөмийн хүч нь солилцооны улмаас үүсдэг - мезон, i.e. масс нь нуклонуудын массаас ойролцоогоор 7 дахин бага энгийн бөөмс. Энэ загварын дагуу цаг хугацааны хувьд нуклон м- мезон масс) мезон ялгаруулж, гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтайгаар хөдөлж, зайг хамардаг. , үүний дараа хоёр дахь нуклонд шингэдэг. Хариуд нь хоёр дахь нуклон нь мезон ялгаруулж, эхнийх нь шингээдэг. Тиймээс Х.Юкавагийн загварт нуклонуудын харилцан үйлчлэх зайг мезон замын уртаар тодорхойлдог бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 100 орчим зайтай тохирч байна. мба хэмжээний дарааллаар нь цөмийн хүчний үйл ажиллагааны радиустай давхцдаг.

Нуклон хоорондын солилцооны харилцан үйлчлэлийн талаар авч үзье. Эерэг, сөрөг, төвийг сахисан мезонууд байдаг. - эсвэл - мезонуудын цэнэгийн модуль нь тоон хувьд энгийн цэнэгтэй тэнцүү байна д . Цэнэглэгдсэн мезонуудын масс нь ижил бөгөөд тэнцүү (140 МэВ), мезон масс 264 (135 МэВ). Цэнэгтэй ба саармаг мезонуудын спирал нь 0. Гурван бөөмс бүгд тогтворгүй. - ба - мезонуудын амьдрах хугацаа 2.6 байна -тай, - мезон – 0.8·10 -16 -тай. Нуклонуудын харилцан үйлчлэлийг дараахь схемүүдийн аль нэгний дагуу гүйцэтгэдэг.

1. Нуклонууд мезон солилцдог: . (22.8)

Энэ тохиолдолд протон нь мезон ялгаруулж, нейтрон болж хувирдаг. Мезон нь нейтроноор шингэж, улмаар протон болж хувирдаг бөгөөд эсрэг чиглэлд ижил үйл явц явагддаг. Ийнхүү харилцан үйлчлэлцэж буй нуклон бүр цагийнхаа нэг хэсгийг цэнэгтэй, нэг хэсэг нь саармаг төлөвт зарцуулдаг.

2. Нуклонуудын солилцоо - мезонууд:

3. Нуклонуудын солилцоо - мезонууд:

, (22.10)

Эдгээр бүх үйл явц нь туршилтаар батлагдсан. Ялангуяа нейтроны цацраг устөрөгчөөр дамжин өнгөрөхөд эхний процессыг баталгаажуулдаг. Хөдөлгөөнт протонууд цацрагт гарч ирэх ба зорилтот хэсэгт тохирох тооны бараг амарч буй нейтронууд илэрдэг.

Цөмийн загварууд.Доод цөмийн загвар Цөмийн физикийн хувьд тэд физик, математикийн багц таамаглалыг ойлгодог бөгөөд тэдгээрийн тусламжтайгаар цөмийн системийн шинж чанарыг тооцоолох боломжтой. Ануклонууд.

Цөмийн гидродинамик (дуслын) загварЭнэ нь цөм дэх нуклонуудын өндөр нягтрал, тэдгээрийн хоорондын маш хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас бие даасан нуклонуудын бие даасан хөдөлгөөн боломжгүй бөгөөд цөм нь нягтралтай цэнэглэгдсэн шингэний дусал юм гэсэн таамаглал дээр суурилдаг. .

Цөмийн бүрхүүлийн загварЭнэ нь нуклон бүр ямар нэг дундаж потенциал талбарт бусдаас үл хамааран хөдөлдөг гэж үздэг (цөмийн үлдсэн нуклонуудын үүсгэсэн боломжит худаг).

Цөмийн ерөнхий загвар, гидродинамик болон бүрхүүлийн загварыг бүтээгчдийн үндсэн заалтуудыг нэгтгэсэн. Ерөнхий загварт цөм нь дотоод тогтвортой хэсэг буюу дүүрсэн бүрхүүлийн нуклонуудаас бүрддэг цөм ба цөмийн нуклонуудын үүсгэсэн талбарт хөдөлж буй гадаад нуклонуудаас бүрдэнэ гэж үздэг. Үүнтэй холбогдуулан цөмийн хөдөлгөөнийг гидродинамик загвараар, гаднах нуклонуудын хөдөлгөөнийг бүрхүүлийн загвараар дүрсэлдэг. Гадны нуклонуудтай харилцан үйлчлэлийн улмаас цөм нь гажигтай, гол нь деформацийн тэнхлэгт перпендикуляр тэнхлэгийг тойрон эргэлддэг.

26. Атомын цөмийн задралын урвал. Цөмийн эрчим хүч.

Цөмийн урвалӨөр хоорондоо эсвэл бусад цөм, элементар бөөмстэй харилцан үйлчлэлцсэний улмаас атомын цөмүүдийн хувирал гэж нэрлэдэг. Цөмийн урвалын тухай анхны мэдээ нь Э.Рутерфордынх юм. 1919 онд тэрээр бөөмс азотын хийгээр дамжин өнгөрөхөд тэдгээрийн зарим нь шингэж, протон нэгэн зэрэг ялгардаг болохыг олж мэдэв. Рутерфорд дараахь хэлбэрийн цөмийн урвалын үр дүнд азотын цөмүүд хүчилтөрөгчийн цөм болж хувирсан гэж дүгнэжээ.

, (22.11)

энд - бөөмс; - протон (устөрөгч).

Цөмийн урвалын чухал үзүүлэлт бол түүний энергийн гарц бөгөөд дараахь томъёогоор тодорхойлогддог.

(22.12)

Энд ба урвалын өмнөх болон дараах хэсгүүдийн амрах массын нийлбэр байна. Цөмийн урвал нь энерги шингээх үед үүсдэг тул тэдгээрийг нэрлэдэг эндотермик, ба хэзээ - энерги ялгарах үед. Энэ тохиолдолд тэдгээрийг дууддаг экзотермик.

Аливаа цөмийн урвалын үед дараахь зүйлийг үргэлж биелүүлдэг. хамгааллын хуулиуд :

− цахилгаан цэнэг;

- нуклонуудын тоо;

- эрчим хүч;

- импульс.

Эхний хоёр хууль нь урвалд оролцож буй хэсгүүдийн аль нэг нь эсвэл түүний бүтээгдэхүүний аль нэг нь тодорхойгүй тохиолдолд ч цөмийн урвалыг зөв бичих боломжийг олгодог. Эрчим хүч ба импульс хадгалагдах хуулиудыг ашиглан урвалын явцад үүссэн бөөмсийн кинетик энерги, түүнчлэн тэдгээрийн дараагийн хөдөлгөөний чиглэлийг тодорхойлох боломжтой.

Эндотермик урвалыг тодорхойлохын тулд ойлголтыг нэвтрүүлсэн босго кинетик энерги , эсвэл цөмийн урвалын босго , тэдгээр. Цөмийн урвал явагдах боломжтой болсон бөөмийн хамгийн бага кинетик энерги (зорилтот цөм амарч байгаа газар). Эрчим хүч ба импульсийн хадгалалтын хуулиас харахад цөмийн урвалын босго энергийг дараах томъёогоор тооцоолно.

. (22.13)

Энд цөмийн урвалын энерги (7.12); -хөдөлгөөнгүй цөмийн масс – зорилтот; нь цөмд туссан бөөмийн масс юм.

Хуваалтын урвалууд. 1938 онд Германы эрдэмтэн О.Хан, Ф.Страсман нар ураныг нейтроноор бөмбөгдөхөд заримдаа анхны ураны цөмийн хагастай тэнцэх хэмжээний цөм гарч ирдэг болохыг олж тогтоожээ. Энэ үзэгдлийг нэрлэсэн цөмийн задрал.

Энэ нь туршилтаар ажиглагдсан анхны цөмийн хувирлын урвал юм. Жишээ нь уран-235 цөмийн задралын урвалуудын нэг юм.

Цөмийн задралын үйл явц ~10-12 секундын дотор маш хурдан явагддаг. (22.14) гэх мэт урвалын үед ялгарах энерги нь уран-235 цөмийн задралд ойролцоогоор 200 МэВ байна.

Ерөнхийдөө уран-235 цөмийн задралын урвалыг дараах байдлаар бичиж болно.

+ нейтрон . (22.15)

Явах урвалын механизмыг цөмийн гидродинамик загварын хүрээнд тайлбарлаж болно. Энэ загварын дагуу нейтроныг ураны цөмд шингээх үед өдөөгдсөн төлөвт ордог (Зураг 22.2).

Нейтроны шингээлтийн улмаас цөм хүлээн авсан илүүдэл энерги нь нуклонуудын илүү эрчимтэй хөдөлгөөнийг үүсгэдэг. Үүний үр дүнд цөм нь гажигтай бөгөөд энэ нь богино зайн цөмийн харилцан үйлчлэлийг сулруулахад хүргэдэг. Цөмийн өдөөх энерги нь тодорхой энергиэс их байвал идэвхжүүлэх энерги , дараа нь протонуудын электростатик түлхэлтийн нөлөөн дор цөм нь хоёр хэсэгт хуваагдан, ялгардаг. задралын нейтронууд . Хэрэв нейтроныг шингээх үед өдөөх энерги нь идэвхжүүлэх энергиэс бага байвал цөм нь хүрч чадахгүй.

хуваагдлын эгзэгтэй үе шат бөгөөд квант ялгаруулсны дараа үндсэн рүү буцна

Физикийн хувьд "хүч" гэсэн ойлголт нь материаллаг формацийн харилцан үйлчлэлийн хэмжүүр, түүний дотор материйн хэсгүүдийн (макроскопийн биетүүд, энгийн бөөмсүүд) бие биетэйгээ болон физик оронтой (цахилгаан соронзон, таталцлын) харилцан үйлчлэлийг илэрхийлдэг. Байгальд нийтдээ дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэлийг мэддэг: хүчтэй, сул, цахилгаан соронзон ба таталцал, тус бүр өөрийн гэсэн төрлийн хүчтэй байдаг. Тэдгээрийн эхнийх нь атомын цөм дотор ажилладаг цөмийн хүчнүүдтэй тохирч байна.

Цөмийг юу нэгтгэдэг вэ?

Атомын цөм нь өчүүхэн, хэмжээ нь атомынх нь хэмжээнээс 4-5 дахин бага байдаг нь нийтлэг ойлголт юм. Эндээс тодорхой асуулт гарч ирнэ: яагаад ийм жижиг юм бэ? Эцсийн эцэст, өчүүхэн жижиг хэсгүүдээс бүрдсэн атомууд агуулагдах хэсгүүдээс хамаагүй том хэвээр байна.

Үүний эсрэгээр, цөмүүд нь үүссэн нуклонуудаас (протон ба нейтрон) хэмжээнээсээ тийм ч их ялгаатай биш юм. Үүнд ямар нэг шалтгаан байна уу, эсвэл санамсаргүй тохиолдол уу?

Үүний зэрэгцээ, сөрөг цэнэгтэй электронуудыг атомын цөмд ойртуулдаг цахилгаан хүчнүүд байдаг нь мэдэгдэж байна. Цөмийн бөөмсийг ямар хүч эсвэл ямар хүчинд барьж байдаг вэ? Энэ ажлыг хүчтэй харилцан үйлчлэлийн хэмжүүр болох цөмийн хүч гүйцэтгэдэг.

Хүчтэй цөмийн хүч

Хэрэв байгальд зөвхөн таталцлын болон цахилгаан хүч байсан бол, өөрөөр хэлбэл. Бидний өдөр тутмын амьдралд тааралддаг, тэгвэл олон тооны эерэг цэнэгтэй протонуудаас бүрдэх атомын цөмүүд тогтворгүй байх болно: протонуудыг бие биенээсээ холдуулах цахилгаан хүч нь тэднийг найздаа татах таталцлын хүчнээс олон сая дахин хүчтэй байх болно. . Цөмийн хүч нь цахилгаан түлхэлтээс ч илүү хүчтэй таталцлыг бий болгодог ч цөмийн бүтцэд тэдгээрийн жинхэнэ хэмжээний сүүдэр л илэрдэг. Бид протон ба нейтроны бүтцийг судлахдаа цөмийн хүчтэй харилцан үйлчлэл гэж нэрлэгддэг бодит боломжуудыг олж хардаг. Цөмийн хүч бол түүний илрэл юм.

Дээрх зургаас харахад цөм дэх эсрэг тэсрэг хоёр хүч нь эерэг цэнэгтэй протон ба цөмийн хүчний хоорондох цахилгаан түлхэлт бөгөөд протоныг (болон нейтроныг) хамтад нь татдаг. Хэрэв протон ба нейтроны тоо тийм ч их ялгаатай биш бол хоёр дахь хүч нь эхнийхээсээ илүү байна.

Протон нь атомын аналог, цөм нь молекулын аналог уу?

Цөмийн хүч ямар хэсгүүдийн хооронд ажилладаг вэ? Юуны өмнө, цөм дэх нуклонуудын (протон ба нейтрон) хооронд. Эцсийн эцэст тэд протон эсвэл нейтроны доторх бөөмс (кварк, глюон, антикварк) хооронд үйлчилдэг. Протон ба нейтрон нь нарийн төвөгтэй гэдгийг хүлээн зөвшөөрөхөд энэ нь гайхах зүйл биш юм.

Атом дахь жижиг цөмүүд, тэр ч байтугай жижиг электронууд нь хэмжээнээсээ харьцангуй хол зайд байдаг бөгөөд тэдгээрийг атомд нэгтгэдэг цахилгаан хүч нь маш энгийн байдаг. Гэхдээ молекулуудын хувьд атомуудын хоорондох зай нь атомын хэмжээтэй харьцуулж болох тул сүүлийнх нь дотоод нарийн төвөгтэй байдал нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Атомын доторх цахилгаан хүчийг хэсэгчлэн нөхөхөөс үүдэлтэй олон янзын, төвөгтэй нөхцөл байдал нь электронууд нэг атомаас нөгөөд шилжих процессыг үүсгэдэг. Энэ нь молекулуудын физикийг атомын физикээс хамаагүй баялаг, илүү төвөгтэй болгодог. Үүний нэгэн адил цөм дэх протон ба нейтроны хоорондох зай нь тэдгээрийн хэмжээтэй харьцуулах боломжтой бөгөөд молекулуудын нэгэн адил цөмүүдийг хамтад нь байлгадаг цөмийн хүчний шинж чанарууд нь протон ба нейтронуудын энгийн таталцлаас хамаагүй илүү төвөгтэй байдаг.

Устөрөгчөөс өөр нейтронгүй цөм гэж байдаггүй

Зарим химийн элементүүдийн цөмүүд тогтвортой байдаг бол зарим нь тасралтгүй задралд ордог нь мэдэгдэж байгаа бөгөөд энэ задралын хурдны хүрээ маш өргөн байдаг. Цөм дэх нуклонуудыг агуулж байдаг хүч яагаад ажиллахаа больдог вэ? Цөмийн хүчний шинж чанаруудын талаархи энгийн ойлголтуудаас юу сурч болохыг харцгаая.

Нэг нь хамгийн түгээмэл изотоп устөрөгчөөс бусад бүх цөмд (зөвхөн нэг протонтой) нейтрон агуулагддаг; өөрөөр хэлбэл, нейтрон агуулаагүй хэд хэдэн протонтой цөм байдаггүй (доорх зургийг үз). Тиймээс нейтронууд протонуудыг наалдахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг нь тодорхой юм.

Зураг дээр. Дээр нь нейтроны хамт гэрэл тогтвортой эсвэл бараг тогтвортой цөмүүдийг үзүүлэв. Сүүлийнх нь тритий шиг тасархай шугамаар дүрслэгдсэн бөгөөд энэ нь эцэстээ ялзарч байгааг илтгэнэ. Цөөн тооны протон ба нейтронтой бусад хослолууд нь цөмийг огт үүсгэдэггүй, эсвэл туйлын тогтворгүй цөм үүсгэдэг. Мөн эдгээр объектуудын заримд ихэвчлэн өгөгдсөн өөр нэрсийг налуу үсгээр харуулсан; Жишээлбэл, гелий-4-ийн цөмийг ихэвчлэн α бөөмс гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг 1890-ээд онд цацраг идэвхт бодисын эхэн үеийн судалгаанд анх илрүүлсэн үед өгсөн нэр юм.

Нейтронууд протоны хоньчин мэт

Харин ч протонгүй зөвхөн нейтроноос бүтсэн цөм гэж байдаггүй; хүчилтөрөгч, цахиур зэрэг ихэнх хөнгөн цөмүүд ойролцоогоор ижил тооны нейтрон ба протонтой байдаг (Зураг 2). Алт, радий зэрэг том масстай том цөмд протоноос арай илүү нейтрон байдаг.

Энэ нь хоёр зүйлийг хэлж байна:

1. Протоныг хамт байлгахын тулд зөвхөн нейтрон шаардлагатай биш, харин нейтроныг хамт байлгахад протон хэрэгтэй.

2. Хэрэв протон ба нейтроны тоо маш их болвол протонуудын цахилгаан түлхэлтийг хэд хэдэн нэмэлт нейтрон нэмэх замаар нөхөх шаардлагатай.

Сүүлийн мэдэгдлийг доорх зурагт үзүүлэв.

Дээрх зурагт тогтвортой, бараг тогтвортой атомын цөмүүдийг P (протоны тоо) ба N (нейтроны тоо) функцээр харуулав. Хар цэгээр харуулсан шугам нь тогтвортой цөмийг заана. Хар шугамаас дээш эсвэл доош шилжих нь бөөмийн ашиглалтын хугацаа багасна гэсэн үг юм - түүний ойролцоо цөмүүдийн амьдрал хэдэн сая жил ба түүнээс дээш байдаг тул цэнхэр, хүрэн эсвэл шар өнгийн хэсэг рүү шилжинэ (өөр өөр өнгө нь өөр өөр өнгөтэй тохирч байна). цөмийн задралын механизмууд), тэдний амьдрах хугацаа секундын нэг хэсэг хүртэл богиносдог.

Тогтвортой цөмд P ба N нь жижиг P ба N-ийн хувьд ойролцоогоор тэнцүү байдаг боловч N нь аажмаар P-ээс нэг хагасаас илүү дахин том болдог гэдгийг анхаарна уу. Тогтвортой, урт насалдаг тогтворгүй цөмүүдийн бүлэг нь P-ийн 82 хүртэлх бүх утгын хувьд нэлээд нарийн зурваст байдгийг анхаарна уу. Илүү олон тооны хувьд мэдэгдэж буй цөмүүд нь зарчмын хувьд тогтворгүй байдаг (хэдийгээр хэдэн сая жилийн турш оршин тогтнох боломжтой). ). Дээр дурдсан цөм дэх протонуудад нейтрон нэмэх замаар тогтворжуулах механизм нь 100% үр дүнтэй биш бололтой.

Атомын хэмжээ нь электронуудын массаас хэрхэн хамаардаг вэ?

Атомын цөмийн бүтцэд авч үзэх хүчнүүд хэрхэн нөлөөлдөг вэ? Цөмийн хүч нь юуны түрүүнд түүний хэмжээнд нөлөөлдөг. Цөмүүд яагаад атомуудтай харьцуулахад тийм жижиг байдаг вэ? Үүнийг олж мэдэхийн тулд протон ба нейтрон хоёулаа байдаг хамгийн энгийн цөмөөс эхэлцгээе: энэ нь устөрөгчийн хоёр дахь хамгийн түгээмэл изотоп бөгөөд нэг электрон (бүх устөрөгчийн изотопуудын нэгэн адил), нэг протон, нэг нейтроны цөм агуулсан атом юм. . Энэ изотопыг ихэвчлэн "дейтерий" гэж нэрлэдэг бөгөөд түүний цөмийг (2-р зургийг үз) заримдаа "дейтерон" гэж нэрлэдэг. Дейтероныг юу холбож байгааг бид хэрхэн тайлбарлах вэ? Энэ нь бас хоёр бөөмс (протон ба электрон) агуулсан энгийн устөрөгчийн атомаас тийм ч их ялгаатай биш гэж та төсөөлж болно.

Зураг дээр. Устөрөгчийн атом дахь атом нь цөмөөсөө хамаагүй том (мөн электрон нь бүр бага байдаг) гэсэн утгаараа цөм, электрон нь бие биенээсээ маш хол зайд оршдогийг дээр харуулсан боловч дейтеронд протоны хоорондох зай ба нейтрон нь тэдгээрийн хэмжээтэй харьцуулж болно. Энэ нь цөмийн хүч яагаад атомын хүчнээс хамаагүй илүү төвөгтэй байдгийг зарим талаар тайлбарлаж байна.

Электронууд протон ба нейтронтой харьцуулахад бага масстай байдаг нь мэдэгдэж байна. Үүнийг дагадаг

• атомын масс нь үндсэндээ түүний цөмийн масстай ойролцоо байдаг.
• атомын хэмжээ (үндсэндээ электрон үүлний хэмжээ) нь электронуудын масстай урвуу пропорциональ, нийт цахилгаан соронзон хүчинтэй урвуу хамааралтай; Квант механикийн тодорхойгүй байдлын зарчим шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг.

Цөмийн хүч нь цахилгаан соронзонтой төстэй байвал яах вэ?

Дейтероны тухай юу? Энэ нь атомын нэгэн адил хоёр биетээс тогтдог боловч тэдгээр нь бараг ижил масстай (нейтрон ба протоны масс нь 1500-д зөвхөн нэг хэсэгт л ялгаатай байдаг) тиймээс хоёр бөөмс нь дейтроны массыг тодорхойлоход адилхан чухал юм. ба түүний хэмжээ. Одоо цөмийн хүч нь цахилгаан соронзон хүчний нэгэн адил протоныг нейтрон руу татдаг гэж бодъё (энэ нь яг үнэн биш, гэхдээ хэсэг зуур төсөөлөөд үз дээ); дараа нь устөрөгчтэй зүйрлэвэл дейтроны хэмжээ нь протон эсвэл нейтроны масстай урвуу пропорциональ, цөмийн хүчний хэмжээтэй урвуу пропорциональ байна гэж бид хүлээж байна. Хэрэв түүний хэмжээ нь цахилгаан соронзон хүчнийхтэй ижил (тодорхой зайд) байсан бол энэ нь протон нь электроноос 1850 дахин хүнд байдаг тул дейтерон (мөн ямар ч цөм) дор хаяж мянга дахин байх ёстой гэсэн үг юм. устөрөгчөөс бага.

Цөмийн болон цахилгаан соронзон хүчний хоорондох мэдэгдэхүйц ялгааг харгалзан үзэх нь юу өгдөг вэ?

Гэхдээ цөмийн хүч нь цахилгаан соронзон хүчнээс хамаагүй их (ижил зайд) гэдгийг бид аль хэдийн таамаглаж байсан, учир нь хэрэв тийм биш байсан бол цөм задрах хүртэл протонуудын хоорондох цахилгаан соронзон түлхэлтээс сэргийлж чадахгүй байх байсан. Тиймээс түүний нөлөөн дор байгаа протон, нейтрон хоёр илүү нягт нийлдэг. Тиймээс дейтрон болон бусад цөмүүд нь атомуудаас нэг мянга биш, харин зуун мянга дахин жижиг байдаг нь гайхах зүйл биш юм! Дахин хэлэхэд энэ нь зөвхөн учир юм

• протон ба нейтрон нь электроноос бараг 2000 дахин хүнд,
• Эдгээр зайд цөм дэх протон ба нейтроны хоорондох том цөмийн хүч нь холбогдох цахилгаан соронзон хүчнээс (цөм дэх протонуудын хоорондох цахилгаан соронзон түлхэлтийг оруулаад) хэд дахин их байдаг.

Энэхүү гэнэн таамаглал нь ойролцоогоор зөв хариултыг өгдөг! Гэхдээ энэ нь протон ба нейтроны хоорондын харилцан үйлчлэлийн нарийн төвөгтэй байдлыг бүрэн илэрхийлж чадахгүй. Нэг тодорхой асуудал бол цахилгаан соронзон хүчтэй төстэй, гэхдээ илүү их татах эсвэл зэвүүн хүч нь өдөр тутмын амьдралд илт илрэх ёстой, гэхдээ бид ийм зүйлийг ажигладаггүй. Тэгэхээр энэ хүчний тухай ямар нэг зүйл цахилгаан хүчнээс өөр байх ёстой.

Цөмийн хүчний богино хүрээ

Тэдний ялгаатай зүйл нь атомын цөмийг задрахаас хамгаалдаг цөмийн хүч нь маш чухал бөгөөд бие биенээсээ маш богино зайд байрладаг, гэхдээ тодорхой зайд байдаг протон ба нейтроны хувьд хүчтэй байдаг. хүч), тэд маш хурдан унадаг, цахилгаан соронзоноос хамаагүй хурдан. Энэ хүрээ нь дунд зэргийн том цөмийн хэмжээтэй, протоноос хэд дахин том хэмжээтэй байж болох юм. Хэрэв та протон ба нейтроныг энэ мужтай харьцуулах боломжтой зайд байрлуулбал тэд бие биенээ татаж, дейтрон үүсгэдэг; Хэрэв тэд илүү хол зайд тусгаарлагдвал тэд ямар ч таталцлыг бараг мэдрэхгүй. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв тэдгээр нь хоорондоо давхцаж эхлэх хүртэл хэт ойрхон байрлуулсан бол тэд бие биенээ няцаах болно. Энэ нь цөмийн хүч гэх мэт ойлголтын нарийн төвөгтэй байдлыг харуулж байна. Физик нь тэдний үйл ажиллагааны механизмыг тайлбарлах чиглэлд тасралтгүй хөгжиж байна.

Цөмийн харилцан үйлчлэлийн физик механизм

Аливаа материаллаг процесс, түүний дотор нуклонуудын харилцан үйлчлэл нь материаллаг тээвэрлэгчтэй байх ёстой. Эдгээр нь цөмийн талбайн квантууд - пи-мезонууд (пионууд) бөгөөд тэдгээрийн солилцооны улмаас нуклонуудын хооронд таталцал үүсдэг.

Квант механикийн зарчмын дагуу пи-мезонууд байнга гарч ирээд шууд алга болж, мезон бүрхэвч гэж нэрлэгддэг "нүцгэн" нуклоныг тойрон үүл шиг зүйлийг үүсгэдэг (атом дахь электрон үүлийг санаарай). Ийм бүрхүүлээр хүрээлэгдсэн хоёр нуклон нь ойролцоогоор 10-15 м-ийн зайд байх үед молекул үүсэх үед атом дахь валентийн электронуудын солилцоотой төстэй пионы солилцоо үүсч, нуклонуудын хооронд таталцал үүсдэг.

Хэрэв нуклонуудын хоорондох зай 0.7∙10-15 м-ээс бага бол тэд шинэ бөөмсийг солилцож эхэлдэг. ω ба ρ-мезонууд, үүний үр дүнд таталцал биш харин түлхэлт нь нуклонуудын хооронд үүсдэг.

Цөмийн хүч: цөмийн бүтэц нь хамгийн энгийнээс том хүртэл

Дээр дурдсан бүх зүйлийг нэгтгэн дүгнэж хэлэхэд бид дараахь зүйлийг тэмдэглэж болно.

• хүчирхэг цөмийн хүч нь ердийн цөмийн хэмжээнээс хамаагүй том зайд цахилгаан соронзон хүчнээс хамаагүй сул байдаг тул бид өдөр тутмын амьдралдаа тааралддаггүй; Гэхдээ
• цөмтэй харьцуулах боломжтой богино зайд энэ нь илүү хүчтэй болдог - татах хүч (зай хэт богино биш тохиолдолд) протонуудын хоорондох цахилгаан түлхэлтийг даван туулах чадвартай.

Тиймээс энэ хүч нь зөвхөн цөмийн хэмжээтэй харьцуулах зайд л чухал юм. Доорх зураг нь нуклон хоорондын зайнаас түүний хамаарлыг харуулж байна.

Том цөмүүд нь дэйтероныг холбодог ижил хүчнээс бага багаар тогтдог боловч үйл явцын нарийн ширийнийг тайлбарлахад амаргүй байдаг. Тэд бас бүрэн ойлгогдоогүй байна. Цөмийн физикийн үндсэн тоймыг олон арван жилийн турш сайн ойлгосон ч олон чухал нарийн ширийн зүйлийг идэвхтэй судалж байна.