Atom yadrosining tarkibi. Yadro kuchlari. Atom yadrosining massa nuqsoni va bog'lanish energiyasi. Yadro reaksiyalari. Yadro energiyasi. Yadroning massa nuqsoni va bog'lanish energiyasi Yadroning massa nuqsoni farqdir.

Yadro kuchlari

Atom yadrolari barqaror bo'lishi uchun protonlar va neytronlar yadrolar ichida juda katta kuchlar ta'sirida ushlab turilishi kerak, bu protonlarning Kulon itarish kuchlaridan ko'p marta kattaroqdir. Yadroda nuklonlarni ushlab turuvchi kuchlar deyiladi yadroviy ... Ular fizikada ma'lum bo'lgan barcha turdagi o'zaro ta'sirlarning eng qizg'in ko'rinishi - kuchli o'zaro ta'sir deb ataladi. Yadro kuchlari elektrostatik kuchlardan taxminan 100 marta katta va nuklonlarning tortishish kuchlaridan o'nlab marta kattaroqdir.

Yadro kuchlari quyidagi xususiyatlarga ega:

· tortishish kuchlariga egalik qilish;

· Bu kuchlar qisqa masofali(nuklonlar orasidagi kichik masofada paydo bo'ladi);

· Yadro kuchlari zarrachalarda elektr zaryadining bor yoki yo'qligiga bog'liq emas.

Atom yadrosining massa nuqsoni va bog'lanish energiyasi

Muhim rol yadro fizikasida tushuncha o'ynaydi asosiy bog'lovchi energiya .

Yadroning bog'lanish energiyasi yadroning alohida zarrachalarga to'liq bo'linishi uchun sarflanishi kerak bo'lgan minimal energiyaga teng. Energiyaning saqlanish qonunidan kelib chiqadiki, bog'lanish energiyasi alohida zarrachalardan yadro hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiyaga teng.

Har qanday yadroning bog'lanish energiyasini uning massasini aniq o'lchash orqali aniqlash mumkin. Hozirgi vaqtda fiziklar zarrachalar - elektronlar, protonlar, neytronlar, yadrolar va boshqalarning massalarini juda yuqori aniqlik bilan o'lchashni o'rgandilar. Bu o'lchovlar shuni ko'rsatadi har qanday yadroning massasi M Men har doim uni tashkil etuvchi proton va neytronlarning massalari yig'indisidan kamroqman:

Massa farqi deyiladi ommaviy nuqson... Eynshteyn formulasidan foydalangan holda ommaviy nuqson bo'yicha E = mc 2, ma'lum bir yadro hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiyani, ya'ni yadroning bog'lanish energiyasini aniqlash mumkin. E sv:

Bu energiya yadro hosil bo'lishida g-kvant nurlanishi shaklida ajralib chiqadi.

B21 1), B22 1), B23 1), B24 1), B25 2)

Magnit maydon

Agar oqim manbaiga ikkita parallel o'tkazgich ulangan bo'lsa elektr toki, keyin, ulardagi oqim yo'nalishiga qarab, o'tkazgichlar qaytaradi yoki tortadi.

Ushbu hodisani tushuntirish maxsus turdagi materiya - magnit maydonning o'tkazgichlari atrofida paydo bo'lishi nuqtai nazaridan mumkin.

Supero'tkazuvchilar oqim bilan o'zaro ta'sir qiladigan kuchlar deyiladi magnit.

Magnit maydon- bu materiyaning o'ziga xos turi bo'lib, uning o'ziga xos xususiyati harakatlanuvchi elektr zaryadiga, oqimga ega o'tkazgichlarga, magnit momentga ega bo'lgan jismlarga, zaryad tezligi vektoriga, oqim yo'nalishiga bog'liq bo'lgan kuchga ega. o'tkazgich va tananing magnit momentining yo'nalishi bo'yicha.

Magnitizm tarixi chuqur antik davrlarga, Kichik Osiyoning qadimgi sivilizatsiyalariga borib taqaladi. Aynan Kichik Osiyo hududida, Magnesiyada, namunalari bir-biriga tortilgan tosh topilgan. Hudud nomiga ko'ra, bunday namunalar "magnit" deb atala boshlandi. Bar yoki taqa shaklidagi har qanday magnitning ikkita uchi bor, ular qutblar deb ataladi; aynan shu joyda uning magnit xossalari eng yaqqol namoyon bo'ladi. Agar siz magnitni ipga osib qo'ysangiz, bitta qutb doimo shimolga qaratilgan. Kompas ushbu printsipga asoslanadi. Erkin osilgan magnitning shimolga qaragan qutbi magnitning shimoliy qutbi (N) deb ataladi. Qarama-qarshi qutb janubiy qutb (S) deb ataladi.

Magnit qutblar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi: qutblar kabi itaradi va qutblardan farqli o'laroq tortadi. Elektr zaryadini o'rab turgan elektr maydoni tushunchasiga o'xshab, magnit atrofidagi magnit maydon tushunchasi kiritiladi.

1820 yilda Oersted (1777-1851) elektr o'tkazgichning yonida joylashgan magnit igna o'tkazgichdan oqim o'tganda og'ishini aniqladi, ya'ni oqim bilan o'tkazgich atrofida magnit maydon hosil bo'ladi. Agar biz oqimga ega bo'lgan ramkani olsak, u holda tashqi magnit maydon ramkaning magnit maydoni bilan o'zaro ta'sir qiladi va unga yo'naltiruvchi ta'sir ko'rsatadi, ya'ni tashqi magnit maydon maksimal aylanish kuchiga ega bo'lgan ramka holati mavjud. unga ta'sir qiladi va moment kuchlari nolga teng bo'lgan pozitsiya mavjud.

Har qanday nuqtadagi magnit maydon B vektori bilan tavsiflanishi mumkin, bu deyiladi magnit induksiya vektori yoki magnit induksiya nuqtada.

Magnit induksiya B - bir nuqtadagi magnit maydonning kuch xarakteristikasi bo'lgan vektor fizik miqdori. Bu bir xil maydonda joylashgan oqimga ega bo'lgan ramkaga ta'sir qiluvchi kuchlarning maksimal mexanik momentining ramkadagi oqimning uning maydoni bo'yicha mahsulotiga nisbatiga teng:

Magnit induksiya vektori B ning yo'nalishi uchun musbat normaning ramkaga yo'nalishi olinadi, bu o'ng vint qoidasi bo'yicha ramkadagi oqim bilan bog'liq, mexanik moment nolga teng.

Elektr maydonining kuchlanish chiziqlari qanday tasvirlangan bo'lsa, magnit maydonning chiziqlari ham xuddi shunday tasvirlangan. Magnit maydon induktsiya chizig'i xayoliy chiziq bo'lib, uning teginishi nuqtadagi B yo'nalishiga to'g'ri keladi.

Ma'lum bir nuqtadagi magnit maydonning yo'nalishini ko'rsatadigan yo'nalish sifatida ham aniqlash mumkin

kompas ignasi shimoliy qutbi bu nuqtada joylashtirilgan. Magnit maydonning induksiya chiziqlari shimoliy qutbdan janubga yo'naltirilgan deb ishoniladi.

To'g'ri o'tkazgich orqali o'tadigan elektr toki tomonidan yaratilgan magnit maydonning magnit induksiya chiziqlari yo'nalishi gimbal yoki o'ng vintning qoidasi bilan belgilanadi. Magnit induktsiya chiziqlarining yo'nalishi uchun vint boshining aylanish yo'nalishi olinadi, bu uning elektr toki yo'nalishi bo'yicha translatsiya harakatini ta'minlaydi (59-rasm).

bu erda n 01 = 4 Pi 10 -7 V s / (A m). - magnit doimiy, R - masofa, I - o'tkazgichdagi oqim kuchi.

Elektrostatik maydonning musbat zaryaddan boshlanib, manfiy zaryad bilan tugaydigan intensivlik chiziqlaridan farqli o'laroq, magnit maydon induktsiya chiziqlari doimo yopiq bo'ladi. Elektr zaryadiga o'xshash magnit zaryad topilmadi.

Induksiya birligi sifatida bitta tesla (1 T) olinadi - bunday yagona magnit maydonning induksiyasi, bunda 1 N m ga teng kuchlarning maksimal aylanish mexanik momenti 1 m 2 maydonga ega bo'lgan ramkaga ta'sir qiladi. , u orqali 1 A oqim oqadi.

Magnit maydonning induksiyasini magnit maydondagi oqim bilan o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuch bilan ham aniqlash mumkin.

Amper kuchi magnit maydonga joylashtirilgan tok o'tkazgichga ta'sir qiladi, uning kattaligi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:

bu erda I o'tkazgichdagi oqim, l - o'tkazgichning uzunligi, V - magnit induksiya vektorining moduli va vektor va oqim yo'nalishi orasidagi burchak.

Amper kuchining yo'nalishini chap qo'l qoidasiga ko'ra aniqlash mumkin: biz chap qo'lning kaftini magnit induksiya chiziqlari kaftga kirishi uchun joylashtiramiz, to'rtta barmoqni o'tkazgichdagi oqim yo'nalishiga, so'ngra egilgan bosh barmog'i Amper kuchining yo'nalishini ko'rsatadi.

I = q 0 nSv ekanligini hisobga olib, bu ifodani (3.21) o‘rniga qo‘ysak, F = q 0 nSh / B sin hosil bo‘ladi. a... O'tkazgichning ma'lum hajmidagi zarrachalar soni (N) N = nSl ga teng, u holda F = q 0 NvB sin. a.

Magnit maydonda harakatlanuvchi alohida zaryadlangan zarrachaga magnit maydon tomonidan ta'sir qiluvchi kuchni aniqlaymiz:

Bu kuch Lorents kuchi deb ataladi (1853-1928). Lorentz kuchining yo'nalishini chap qo'l qoidasi bilan aniqlash mumkin: biz chap qo'lning kaftini magnit induksiya chiziqlari kaftga kirishi uchun joylashtiramiz, to'rtta barmoq musbat zaryadning harakat yo'nalishini, katta egilgan barmoqni ko'rsatadi. Lorenz kuchining yo'nalishini ko'rsatadi.

I 1 va I 2 oqimlari oqadigan ikkita parallel o'tkazgich orasidagi o'zaro ta'sir kuchi quyidagilarga teng:

qayerda l - magnit maydondagi o'tkazgichning bir qismi. Agar oqimlar bir yo'nalishda bo'lsa, u holda o'tkazgichlar tortiladi (60-rasm), agar ular teskari yo'nalishda bo'lsa, ular qaytariladi. Har bir o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuchlar kattaligi bo'yicha teng, yo'nalish bo'yicha qarama-qarshidir. Formula (3.22) 1 amper (1 A) oqim birligini aniqlash uchun asosdir.

Moddaning magnit xossalari skalyar fizik kattalik - magnit o'tkazuvchanlik bilan tavsiflanadi, bu maydonni to'liq to'ldiradigan moddadagi magnit maydonning B induksiyasi magnit maydonining B 0 induksiyasidan kattaligi bo'yicha necha marta farq qilishini ko'rsatadi. vakuum:

Magnit xususiyatlariga ko'ra barcha moddalar quyidagilarga bo'linadi diamagnetik, paramagnit va ferromagnit.

Moddalarning magnit xususiyatlarining tabiatini ko'rib chiqing.

Moddaning atomlari qobig'idagi elektronlar turli orbitalarda harakat qiladi. Oddiylik uchun biz bu orbitalarni aylana deb hisoblaymiz va atom yadrosi atrofida aylanadigan har bir elektronni aylana elektr toki deb hisoblash mumkin. Har bir elektron dumaloq oqim kabi magnit maydon hosil qiladi, biz uni orbital deb ataymiz. Bundan tashqari, atomdagi elektron spin deb ataladigan o'z magnit maydoniga ega.

Agar induksiya B 0 bo'lgan tashqi magnit maydonga kiritilganda, moddaning ichida B induksiyasi hosil bo'ladi.< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

V diamagnetik tashqi magnit maydon bo'lmaganda materiallar magnit maydonlar elektronlar kompensatsiya qilinadi va ular magnit maydonga kiritilganda atomning magnit maydonining induksiyasi tashqi maydonga qarshi yo'naltiriladi. Diamagnet tashqi magnit maydondan tashqariga suriladi.

bor paramagnit materiallar, atomlardagi elektronlarning magnit induksiyasi to'liq kompensatsiya qilinmaydi va butun atom kichik doimiy magnitga o'xshaydi. Odatda moddada bu kichik magnitlarning barchasi o'zboshimchalik bilan yo'naltirilgan va ularning barcha maydonlarining umumiy magnit induksiyasi nolga teng. Agar siz paramagnitni tashqi magnit maydonga qo'ysangiz, unda barcha kichik magnitlar - atomlar kompas o'qlari kabi tashqi magnit maydonda aylanadi va moddadagi magnit maydon kuchayadi ( n >= 1).

Ferromagnit bunday materiallar qaysi deyiladi n"1. Ferromagnit materiallarda o'z-o'zidan magnitlanishning makroskopik hududlari deb ataladigan domenlar yaratiladi.

Turli sohalarda magnit maydonlarning induksiyalari turli yo'nalishlarga ega (61-rasm) va katta kristalda

bir-birini o'zaro kompensatsiya qilish. Ferromagnit namunasi tashqi magnit maydonga kiritilganda, alohida domenlarning chegaralari tashqi maydon bo'ylab yo'naltirilgan domenlar hajmi oshib borishi uchun almashtiriladi.

B 0 tashqi maydon induksiyasi ortishi bilan magnitlangan moddaning magnit induksiyasi ortadi. B 0 ning ba'zi qiymatlarida induksiya keskin o'sishni to'xtatadi. Ushbu hodisa magnit to'yinganlik deb ataladi.

Aniq xususiyat ferromagnit materiallar - histerezis hodisasi, u o'zgarganda materialdagi induksiyaning tashqi magnit maydon induksiyasiga noaniq bog'liqligidan iborat.

Magnit histerezis halqasi yopiq egri chiziq (cdc`d`c) bo`lib, u materialdagi induksiyaning tashqi maydon induksiyasi amplitudasiga bog`liqligini ikkinchisining davriy, ancha sekin o`zgarishi bilan ifodalaydi (62-rasm). .

Gisterezis halqasi quyidagi qiymatlar bilan tavsiflanadi B s, B r, B c. B s - B 0s da materialning induksiyasining maksimal qiymati; B r - qoldiq induksiya, tashqi magnit maydon induktsiyasining B 0s dan nolga kamayishi bilan materialdagi induksiya qiymatiga teng; -B c va B c - majburlash kuchi - materialdagi induksiyani qoldiqdan nolga o'zgartirish uchun zarur bo'lgan tashqi magnit maydon induksiyasiga teng qiymat.

Har bir ferromagnit uchun shunday harorat mavjud (Kyuri nuqtasi (J.Kyuri, 1859-1906), uning ustida ferromagnit ferromagnit xususiyatlarini yo'qotadi.

Magnitlangan ferromagnitni magnitsizlangan holatga keltirishning ikki yo'li mavjud: a) Kyuri nuqtasidan yuqori qizdirish va sovutish; b) asta-sekin kamayib borayotgan amplitudali o'zgaruvchan magnit maydon bilan materialni magnitlash.

Past qoldiq induksiya va majburlash kuchiga ega ferromagnitlar yumshoq magnit deb ataladi. Ular ferromagnitni tez-tez qayta magnitlanishi kerak bo'lgan qurilmalarda qo'llaniladi (transformatorlar, generatorlar va boshqalar).

Doimiy magnitlarni ishlab chiqarish uchun yuqori majburlash kuchiga ega qattiq magnit ferromagnitlardan foydalaniladi.

B21 2) Fotoeffekt. Fotonlar

Fotoelektrik effekt 1887 yilda nemis fizigi G. Gerts tomonidan kashf etilgan va 1888-1890 yillarda A.G.Stoletov tomonidan eksperimental ravishda tekshirilgan. Fotoeffekt hodisasini eng toʻliq oʻrganishni 1900-yilda F.Lenard olib bordi.Bu vaqtga kelib elektron allaqachon kashf etilgan (1897, J.Tomson) va fotoeffekt (yoki, koʻproq) aniq boʻldi. aniqrogʻi, tashqi fotoeffekt) materiyadan unga tushayotgan yorugʻlik taʼsirida elektronlarni ajratib olishdan iborat.

Fotoelektr effektini o'rganish uchun eksperimental qurilmaning sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 5.2.1.

Tajribalarda biz ikkita metall elektrodli shisha vakuumli shardan foydalandik, uning yuzasi yaxshilab tozalandi. Elektrodlarga biroz kuchlanish qo'llanilgan U, qutbliligi ikki tugma yordamida o'zgartirilishi mumkin. Elektrodlardan biri (katod K) kvarts oynasi orqali ma'lum to'lqin uzunligi l monoxromatik yorug'lik bilan yoritilgan. Doimiy yorug'lik oqimi bilan fototokning kuchiga bog'liqligi o'lchandi I qo'llaniladigan kuchlanishdan. Shaklda. 5.2.2 katodga tushgan yorug'lik oqimi intensivligining ikki qiymatida olingan ushbu bog'liqlikning tipik egri chiziqlarini ko'rsatadi.

Egri chiziqlar shuni ko'rsatadiki, A anodidagi etarlicha yuqori musbat kuchlanishlarda fototok to'yinganlikka etadi, chunki katoddan yorug'lik bilan chiqarilgan barcha elektronlar anodga etib boradi. Ehtiyotkorlik bilan o'tkazilgan o'lchovlar to'yinganlik oqimini ko'rsatdi I n tushayotgan yorug'likning intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Anod kuchlanishi salbiy bo'lsa, elektr maydoni katod va anod o'rtasida elektronlar sekinlashadi. Anodga faqat kinetik energiyasi | dan oshadigan elektronlar erisha oladi yi|. Agar anod kuchlanishi - dan past bo'lsa U s, fototok to'xtaydi. O'lchash U s, siz fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasini aniqlashingiz mumkin:

Ko'pgina tajribachilar fotoelektr effektining quyidagi asosiy qonunlarini o'rnatdilar:

Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi n ortishi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq emas.
Har bir modda uchun shunday deb ataladigan narsa bor qizil chegara foto effekti , ya'ni, tashqi fotoelektrik effekt hali ham mumkin bo'lgan eng past chastotali n min.
Katoddan yorug'lik ta'sirida 1 soniyada chiqarilgan fotoelektronlar soni yorug'lik intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
Fotoelektr effekti amalda inersiyasizdir, yorug'lik chastotasi n>n min bo'lishi sharti bilan fototok katodning yoritilishi boshlangandan so'ng darhol paydo bo'ladi.

Fotoelektrik effektning barcha bu qonuniyatlari yorug'likning materiya bilan o'zaro ta'siri haqidagi klassik fizikaning g'oyalariga tubdan zid edi. To'lqin tushunchalariga ko'ra, elektromagnit yorug'lik to'lqini bilan o'zaro ta'sirlashganda, elektron asta-sekin energiya to'plashi kerak va yorug'likning intensivligiga qarab, elektron yorug'likdan uchib ketish uchun etarli energiya to'plashi uchun sezilarli vaqt kerak bo'ladi. katod. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, bu vaqtni daqiqalar yoki soatlar bilan hisoblash kerak edi. Biroq, tajriba shuni ko'rsatadiki, fotoelektronlar katodning yoritilishi boshlangandan so'ng darhol paydo bo'ladi. Ushbu modelda fotoeffektning qizil chegarasi mavjudligini tushunish ham mumkin emas edi. Yorug'likning to'lqin nazariyasi fotoelektronlar energiyasining yorug'lik oqimining intensivligidan va maksimal kinetik energiyaning yorug'lik chastotasiga proporsionalligidan mustaqilligini tushuntirib bera olmadi.

Shunday qilib, yorug'likning elektromagnit nazariyasi bu naqshlarni tushuntira olmadi.

Buning yo‘lini 1905-yilda A.Eynshteyn topdi.Fotoeffektning kuzatilgan qonuniyatlarining nazariy izohini Eynshteyn M.Plankning yorug‘lik ma’lum qismlar tomonidan chiqariladi va so‘riladi degan gipotezasi va har birining energiyasiga asoslangan holda bergan. qismi formula bilan aniqlanadi E = h n, qayerda h Plank doimiysi. Eynshteyn kvant tushunchalarini ishlab chiqishda navbatdagi qadamni qo'ydi. U shunday xulosaga keldi yorug'lik uzluksiz (diskret) tuzilishga ega. Elektromagnit to'lqin alohida qismlardan - kvantlardan iborat keyinchalik nom oldi fotonlar... Modda bilan o'zaro ta'sirlashganda, foton butun energiyasini to'liq uzatadi h n bitta elektronga. Ushbu energiyaning bir qismi materiya atomlari bilan to'qnashuvda elektron tomonidan tarqalishi mumkin. Bundan tashqari, elektron energiyasining bir qismi metall - vakuum interfeysidagi potentsial to'siqni bartaraf etishga sarflanadi. Buning uchun elektron chiqish ishini bajarishi kerak A katod materialining xususiyatlariga qarab. Katoddan chiqarilgan fotoelektronning eng yuqori kinetik energiyasi energiyani tejash qonuni bilan aniqlanadi:

Ushbu formula odatda deyiladi Fotoelektrik effekt uchun Eynshteyn tenglamasi .

Eynshteyn tenglamasi yordamida tashqi fotoeffektning barcha qonuniyatlarini tushuntirish mumkin. Eynshteyn tenglamasi maksimal kinetik energiyaning chastotaga chiziqli bog'liqligini va yorug'lik intensivligidan mustaqilligini, qizil chegaraning mavjudligini va fotoelektrik effektning inertsiyasizligini nazarda tutadi. Katod yuzasidan 1 soniyada chiqib ketadigan fotoelektronlarning umumiy soni bir vaqtning o'zida yuzaga tushgan fotonlar soniga mutanosib bo'lishi kerak. Bundan kelib chiqadiki, to'yinganlik oqimi yorug'lik oqimining intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lishi kerak.

Eynshteyn tenglamasidan kelib chiqqan holda, qulflash potentsialining bog'liqligini ifodalovchi to'g'ri chiziq qiyaligi tangensi U s chastotadan n (5.2.3-rasm), Plank doimiysi nisbatiga teng. h elektron zaryadiga e:

qayerda c Yorug'lik tezligi, l cr - fotoeffektning qizil chegarasiga to'g'ri keladigan to'lqin uzunligi. Ko'pgina metallar ish funktsiyasiga ega A bir necha elektron voltdir (1 eV = 1,602 · 10 -19 J). Kvant fizikasida elektron volt ko'pincha energiya o'lchov birligi sifatida ishlatiladi. Plank konstantasining sekundiga elektron-voltlarda ifodalangan qiymati

Metalllar orasida ishqoriy elementlar eng kam ish funksiyasiga ega. Masalan, natriy A= 1,9 eV, bu fotoelektr effektining qizil chegarasiga to'g'ri keladi l cr ≈ 680 nm. Shuning uchun, gidroksidi metall birikmalari katodlarni yaratish uchun ishlatiladi fotoelementlar ko'rinadigan yorug'likni qayd qilish uchun mo'ljallangan.

Shunday qilib, fotoelektrik effekt qonunlari shuni ko'rsatadiki, yorug'lik chiqarilganda va so'rilganda o'zini zarrachalar oqimi kabi tutadi. fotonlar yoki yorug'lik kvantlari .

Foton energiyasi

bundan kelib chiqadiki, foton impulsga ega

Shunday qilib, yorug'lik nazariyasi ikki asr davom etgan inqilobni yakunlab, yana yorug'lik zarralari - korpuskulalar tushunchasiga qaytdi.

Ammo bu Nyutonning korpuskulyar nazariyasiga mexanik qaytish emas edi. 20-asrning boshlarida yorug'lik ikki tomonlama xususiyatga ega ekanligi ma'lum bo'ldi. Yorug'lik tarqalganda uning to'lqin xossalari (interferentsiya, difraksiya, qutblanish) namoyon bo'ladi va materiya bilan o'zaro ta'sirlashganda - korpuskulyar (fotoelektrik effekt). Yorug'likning bu ikki tomonlama tabiati deyiladi to'lqin-zarralar ikkiligi ... Keyinchalik elektronlar va boshqa elementar zarralar uchun dual tabiat aniqlandi. Klassik fizika mikro-ob'ektlardagi to'lqin va korpuskulyar xususiyatlarning kombinatsiyasining vizual modelini taqdim eta olmaydi. Mikro-ob'ektlarning harakati Nyutonning klassik mexanikasi qonunlari bilan emas, balki kvant mexanikasi qonunlari bilan boshqariladi. M.Plank tomonidan ishlab chiqilgan qora jismning nurlanishi nazariyasi va Eynshteynning fotoelektr effektining kvant nazariyasi ushbu zamonaviy fanning poydevorida yotadi.

B23 2) Xususiy nisbiylik nazariyasi, boshqa har qanday fizik nazariya kabi, asosiy tushunchalar va postulatlar (aksiomalar) va uning jismoniy ob'ektlariga muvofiqlik qoidalari asosida shakllantirilishi mumkin.

Asosiy tushunchalar [tahrirlash | wiki matnini tahrirlash]

Malumot tizimi - bu kadrning boshlanishi sifatida tanlangan ma'lum bir moddiy jism, ob'ektlarning mos yozuvlar tizimi boshlanishiga nisbatan o'rnini aniqlash usuli va vaqtni o'lchash usuli. Odatda mos yozuvlar tizimlari va koordinata tizimlari o'rtasida farqlanadi. Koordinatalar tizimiga vaqtni o'lchash protsedurasini qo'shish uni mos yozuvlar tizimiga "aylantiradi".

Inertial sanoq sistemasi (IRF) - tashqi ta'sirga duchor bo'lmagan ob'ekt bir tekis va to'g'ri chiziqli harakatlanadigan tizimga nisbatan. Taxminlarga ko'ra, IFR mavjud va berilgan inertial tizimga nisbatan bir tekis va to'g'ri chiziqli harakatlanadigan har qanday sanoq sistemasi ham IFR hisoblanadi.

Hodisa - bu kosmosda lokalizatsiya qilinadigan va juda qisqa davom etadigan har qanday jismoniy jarayon. Boshqacha qilib aytganda, hodisa to'liq koordinatalar (x, y, z) va vaqt t momenti bilan tavsiflanadi. Hodisalarga misollar: yorug'lik chaqnashi, ma'lum bir vaqtning o'zida moddiy nuqtaning holati va boshqalar.

Odatda, ikkita inertial sistema S va S ko‘rib chiqiladi.“S sistemaga nisbatan o‘lchangan hodisaning vaqti va koordinatalari (t, x, y, z), bir hodisaning koordinatalari va vaqti, deb belgilanadi. S tizimiga nisbatan o'lchanadi," kabi (t ", x", y ", z"). Tizimlarning koordinata o'qlari bir-biriga parallel bo'lib, S "sistema S tizimning x o'qi bo'ylab v, x, y, z tezlik bilan harakat qiladi, deb faraz qilish qulaydir), ular Lorentz o'zgarishlari deb ataladi. .

Vaqtni sinxronlashtirish [tahrirlash | wiki matnini tahrirlash]

SRT berilgan inertial mos yozuvlar tizimi doirasida bir xil vaqtni aniqlash imkoniyatini postulatlaydi. Buning uchun ISO ning turli nuqtalarida joylashgan ikkita soatni sinxronlashtirish tartibi joriy etiladi. Bir vaqtning o'zida birinchi soatdan (\ displaystyle t_ (1)) ikkinchisiga doimiy tezlikda (\ displaystyle u) signal (yorug'lik bo'lishi shart emas) yuborilsin. U ikkinchi soatga yetgan zahoti (vaqtdagi o'qishiga ko'ra (\ displaystyle T)), signal bir xil doimiy tezlikda qaytariladi (\ displaystyle u) va birinchi soatlarga (\ displaystyle t_ (2) yetib boradi. )). Agar (\ displaystyle T = (t_ (1) + t_ (2)) / 2) bo'lsa, soatlar sinxronlashtirilgan hisoblanadi.

Berilgan inertial sanoq sistemasidagi bunday protsedura bir-biriga nisbatan harakatsiz har qanday soat uchun amalga oshirilishi mumkin, shuning uchun tranzitivlik xususiyati to'g'ri bo'ladi: agar soat A soat bilan sinxronlashtiriladi B va soat B soat bilan sinxronlashtiriladi C keyin tomosha qiling A va C ham sinxronlashtiriladi.

Klassik mexanikadan farqli o'laroq, bitta vaqtni faqat berilgan ma'lumot doirasi doirasida kiritish mumkin. SRTda vaqt turli tizimlar uchun umumiy deb hisoblanmaydi. Bu SRT aksiomatikasi va klassik mexanika o'rtasidagi asosiy farq bo'lib, u barcha mos yozuvlar tizimlari uchun yagona (mutlaq) vaqtning mavjudligini ta'kidlaydi.

O'lchov birliklarining muvofiqligi [tahrir | wiki matnini tahrirlash]

Turli xil ISO larda o'tkazilgan o'lchovlar bir-biri bilan taqqoslanadigan bo'lishi uchun o'lchov birliklarini mos yozuvlar tizimlari o'rtasida muvofiqlashtirish kerak. Demak, uzunlik birliklari inertial sanoq sistemalarining nisbiy harakatiga perpendikulyar yo‘nalishda uzunlik standartlarini solishtirish orqali mos kelishi mumkin. Masalan, bu x va x "o'qlariga parallel ravishda harakatlanuvchi va turli, lekin doimiy koordinatalarga (y, z) va (y, z ") ega bo'lgan ikkita zarrachaning traektoriyalari orasidagi eng qisqa masofa bo'lishi mumkin. Xuddi shunday soatdan foydalanish mumkin. vaqt birliklariga mos kelish uchun , masalan, atomik.

SRT postulatlari [tahrirlash | wiki matnini tahrirlash]

Avvalo, SRTda ham klassik mexanikada bo‘lgani kabi fazo va vaqt bir jinsli, fazo ham izotropik deb faraz qilinadi. Aniqroq aytganda (zamonaviy yondashuv), inertial sanoq sistemalari aslida fazo bir hil va izotropik, vaqt esa bir hil bo‘lgan sanoq sistemalari sifatida aniqlanadi. Darhaqiqat, bunday ma'lumot tizimlarining mavjudligi taxmin qilingan.

Postulat 1 (Eynshteynning nisbiylik printsipi). Tabiat qonunlari bir-biriga nisbatan to'g'ri chiziqli va bir tekis harakatlanuvchi barcha koordinata sistemalarida bir xil bo'ladi. Bu shuni anglatadiki shakl fizik qonunlarning fazo-vaqt koordinatalariga bog'liqligi barcha IFRlarda bir xil bo'lishi kerak, ya'ni IFRlar orasidagi o'tishlarga nisbatan qonunlar o'zgarmasdir. Nisbiylik printsipi barcha ISOlarning tengligini o'rnatadi.

Nyutonning ikkinchi qonunini (yoki Lagranj mexanikasidagi Eyler-Lagranj tenglamalarini) hisobga olib, shuni aytish mumkinki, agar berilgan IFRda jismning tezligi doimiy bo‘lsa (tezlanish nolga teng bo‘lsa), u hamma narsada doimiy bo‘lishi kerak. boshqa UFRlar. Bu ba'zan ISO ta'rifi bilan xato qilinadi.

Rasmiy ravishda Eynshteynning nisbiylik printsipi klassik nisbiylik printsipini (Galiley) mexanikdan barcha fizik hodisalargacha kengaytirdi. Biroq, Galiley davrida fizikaning o'zi mexanikada bo'lganligini hisobga olsak, klassik printsipni ham barcha fizik hodisalarga taalluqli deb hisoblash mumkin. Shu jumladan, unga nisbatan qo'llanilishi kerak elektromagnit hodisalar Maksvell tenglamalari bilan tavsiflanadi. Biroq, ikkinchisiga ko'ra (va buni empirik tarzda tasdiqlangan deb hisoblash mumkin, chunki tenglamalar empirik tarzda aniqlangan qonuniyatlardan kelib chiqadi), yorug'lik tarqalish tezligi manba tezligiga bog'liq bo'lmagan aniq miqdordir (hech bo'lmaganda bittada). ma'lumot doirasi). Bunday holda, nisbiylik printsipi ularning tengligi sababli barcha IFRlarda manba tezligiga bog'liq bo'lmasligi kerakligini aytadi. Bu barcha ISOlarda doimiy bo'lishi kerakligini anglatadi. Bu ikkinchi postulatning mohiyati:

Postulat 2 (yorug'lik tezligining doimiyligi printsipi). Vakuumdagi yorug'lik tezligi bir-biriga nisbatan to'g'ri chiziqli va bir xilda harakatlanadigan barcha koordinata tizimlarida bir xil bo'ladi.

Yorug'lik tezligining doimiyligi printsipi klassik mexanikaga, xususan, tezliklarni qo'shish qonuniga zid keladi. Ikkinchisini olishda faqat Galileyning nisbiylik printsipi va barcha IFRlarda bir xil vaqtni yashirin taxmin qilish qo'llaniladi. Shunday qilib, ikkinchi postulatning haqiqiyligidan kelib chiqadiki, vaqt bo'lishi kerak qarindosh- har xil ISO da bir xil emas. Shundan kelib chiqadiki, "masofalar" ham nisbiy bo'lishi kerak. Haqiqatan ham, agar yorug'lik ikki nuqta orasidagi masofani ma'lum bir vaqt ichida va boshqa tizimda - boshqa vaqt uchun va, bundan tashqari, bir xil tezlikda bosib o'tsa, darhol bu tizimdagi masofa boshqacha bo'lishi kerak degan xulosaga keladi.

Shuni ta'kidlash kerakki, SRTni oqlashda yorug'lik signallari, umuman olganda, talab qilinmaydi. Maksvell tenglamalarining Galiley o'zgarishlariga nisbatan o'zgarmasligi STRni qurishga olib kelgan bo'lsa-da, ikkinchisi umumiyroq xarakterga ega bo'lib, barcha turdagi o'zaro ta'sirlar va fizik jarayonlarga taalluqlidir. Lorentz konvertatsiyasida yuzaga keladigan asosiy konstanta (\ displaystyle c) mantiqiydir yakuniy moddiy jismlarning harakat tezligi. Raqamli jihatdan u yorug'lik tezligiga to'g'ri keladi, ammo bu fakt, zamonaviy kvant maydon nazariyasiga ko'ra (uning tenglamalari dastlab nisbiy invariant sifatida tuzilgan) elektromagnit maydonning (foton) massasizligi bilan bog'liq. Agar foton nol bo'lmagan massaga ega bo'lsa ham, Lorents o'zgarishlari bundan o'zgarmas edi. Shuning uchun asosiy tezlik (\ displaystyle c) va yorug'lik tezligi (\ displaystyle c_ (em)) o'rtasida farqlash mantiqan to'g'ri keladi. Birinchi konstanta fazo va vaqtning umumiy xossalarini aks ettirsa, ikkinchisi ma'lum o'zaro ta'sirning xususiyatlari bilan bog'liq.

Sabab-oqibat postulati ham qo'llaniladi: har qanday hodisa faqat o'zidan keyin sodir bo'lgan hodisalarga ta'sir qilishi mumkin va undan oldin sodir bo'lgan voqealarga ta'sir qila olmaydi. Nedensellik postulatidan va yorug'lik tezligining mos yozuvlar tizimini tanlashdan mustaqilligidan kelib chiqadiki, har qanday signal tezligi yorug'lik tezligidan oshmasligi kerak.

B24 2) Yadro fizikasining asosiy tushunchalari. Radioaktivlik. Radioaktiv parchalanish turlari.

Yadro fizikasi- Bu fizikaning atom yadrolarining tuzilishi va xossalari o'rganiladigan bo'limi. Yadro fizikasi ham radioaktiv parchalanish natijasida ham, turli yadro reaksiyalari natijasida yuzaga keladigan atom yadrolarining oʻzaro konversiyasini oʻrganish bilan ham shugʻullanadi. Uning asosiy vazifasi nuklonlar oʻrtasida taʼsir qiluvchi yadro kuchlarining tabiatini, yadrolardagi nuklonlar harakatining oʻziga xos xususiyatlarini yoritish bilan bogʻliq. Protonlar va neytronlar- bular atom yadrosini tashkil etuvchi asosiy elementar zarralardir. Nuklon ikki xil zaryad holatiga ega zarracha: proton va neytron. Asosiy zaryad- yadrodagi protonlar soni, Mendeleyev davriy tizimidagi elementning atom raqami bilan bir xil. Izotoplar- bir xil zaryadga ega yadrolar, agar nuklonlarning massa soni har xil bo'lsa.

Izobarlar nuklonlari soni bir xil va zaryadlari har xil bo'lgan yadrolardir.

Nuklid qadriyatlarga ega konkret yadrodir. Maxsus bog'lanish energiyasi- yadroning bir nukloniga to'g'ri keladigan bog'lanish energiyasi. U eksperimental tarzda aniqlanadi. Yadroning asosiy holati- bu bog'lanish energiyasiga teng bo'lgan eng kam energiyaga ega bo'lgan yadro holati. Yadroning qo'zg'aluvchan holati- bu yuqori bog'lanish energiyasining energiyasiga ega bo'lgan yadro holati. To'lqin-korpuskula dualizmi. Foto effekt Yorug'lik qo'sh to'lqin-zarracha tabiatga ega, ya'ni to'lqin-zarracha dualizm: birinchidan: to'lqin xossalariga ega; ikkinchidan: u zarralar oqimi - fotonlar vazifasini bajaradi. Elektromagnit nurlanish nafaqat kvantlarda chiqariladi, balki tarqaladi va elektromagnit maydonning zarralari (korpuskulalari) - fotonlar shaklida so'riladi. Fotonlar aslida elektromagnit maydonning mavjud zarralaridir. Kvantlash atomning statsionar holatlariga mos keladigan elektronlar orbitalarini tanlash usulidir.

RADIOFAOLLIK

Radioaktivlik - atom yadrosining zarrachalar chiqishi bilan o'z-o'zidan parchalanish qobiliyati deyiladi. Yadro izotoplarining sharoitda spontan yemirilishi tabiiy muhit deyiladi tabiiy radioaktivlik - bu tabiiy ravishda paydo bo'lgan beqaror izotoplarda kuzatilishi mumkin bo'lgan radioaktivlikdir. Va inson faoliyati natijasida laboratoriya sharoitida – sun'iy radioaktivlik - bu yadro reaksiyalari natijasida olingan izotoplarning radioaktivligi. Radioaktivlik bilan birga keladi

bir kimyoviy elementning boshqasiga aylanishi va har doim energiyaning ajralib chiqishi bilan birga keladi.Har bir radioaktiv element uchun miqdoriy hisoblar o'rnatiladi. Demak, bir sekundda bir atomning parchalanish ehtimoli berilgan elementning doimiy yemirilishi bilan tavsiflanadi va radioaktiv namunaning yarmi yemirilishi uchun ketadigan vaqt yarim yemirilish davri deyiladi.Radioaktiv parchalanishlar soni. bir soniya ichida namuna deyiladi radioaktiv preparatning faolligi. SI tizimidagi faollik birligi Bekkerel (Bq): 1 Bq = 1 yemirilish / 1 s.

Radioaktiv parchalanish radioaktiv element yadrolari bir-biridan mustaqil ravishda parchalanadigan statik jarayondir. RADIOAKTİV ERISH TURLARI

Radioaktiv parchalanishning asosiy turlari:

Alfa parchalanishi

Alfa zarralari faqat og'ir yadrolar tomonidan chiqariladi, ya'ni. o'z ichiga olgan katta raqam protonlar va neytronlar. Og'ir yadrolarning kuchi past. Yadroni tark etish uchun nuklon yadro kuchlarini yengishi kerak va buning uchun u yetarli energiyaga ega bo'lishi kerak. Ikki proton va ikkita neytron alfa zarrachaga birlashganda, bunday birikmadagi yadro kuchlari eng kuchli, boshqa nuklonlar bilan bog'lanishlari esa zaifroq bo'ladi, shuning uchun alfa zarrasi yadrodan "chiqish" mumkin. Qochib ketgan alfa zarrasi 2 birlik musbat zaryad va 4 birlik massani olib ketadi. Alfa-parchalanish natijasida radioaktiv element seriya raqami 2 birlik, massa soni esa 4 birlik kam bo'lgan boshqa elementga aylanadi. Qiz yadrosi odatda radioaktiv bo'lib, bir muncha vaqt o'tgach parchalanadi. Radioaktiv parchalanish jarayoni barqaror yadro, ko'pincha qo'rg'oshin yoki vismut yadrosi paydo bo'lguncha sodir bo'ladi.

Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, atom yadrolari barqaror shakllanishdir. Demak, yadrodagi nuklonlar o'rtasida ma'lum bir bog'lanish mavjud.

Yadrolarning massasini mass-spektrometrlar - elektr va magnit maydonlar yordamida turli o'ziga xos zaryadli Q/m bo'lgan zaryadlangan zarrachalar (odatda ionlar) nurlarini ajratuvchi o'lchash asboblari yordamida juda aniq aniqlash mumkin.Mass-spektrometrik o'lchovlar shuni ko'rsatdiki, yadroning massasi uni tashkil etuvchi nuklonlarning massalari yig'indisidan kichikdir. Ammo massaning har bir o'zgarishi (40-bandga qarang) energiyaning o'zgarishiga mos kelishi kerakligi sababli, demak, yadro hosil bo'lganda ma'lum bir energiya ajralib chiqishi kerak. Energiyaning saqlanish qonunidan buning teskarisi kelib chiqadi: yadroni uning tarkibiy qismlariga ajratish uchun uning hosil bo'lishi paytida ajralib chiqadigan energiyani bir xil miqdorda sarflash kerak. Yadroni alohida nuklonlarga bo'lish uchun sarflanishi kerak bo'lgan energiya yadroning bog'lanish energiyasi deb ataladi (40-§ ga qarang).

(40.9) ifodaga ko'ra, yadrodagi nuklonlarning bog'lanish energiyasi

qayerda t p, t n, t i - mos ravishda proton, neytron va yadro massalari. Jadvallarda odatda og'irlik ko'rsatilmaydi. T, yadrolar va massalar T atomlar. Shuning uchun, yadroning bog'lanish energiyasi uchun formuladan foydalaning

bu yerda m n vodorod atomining massasi. m n miqdori m p dan katta bo'lgani uchun e, keyin kvadrat qavs ichidagi birinchi atama massani o'z ichiga oladi Z elektronlar. Ammo atomning massasi m yadro massasidan farq qilganligi uchun m men faqat vazn uchun Z elektronlar, keyin (252.1) va (252.2) formulalar bo'yicha hisob-kitoblar bir xil natijalarga olib keladi. Kattaligi

yadro massasi nuqsoni deb ataladi. Bu miqdorga ko'ra, ulardan atom yadrosi hosil bo'lganda, barcha nuklonlarning massasi kamayadi.

Ko'pincha bog'lanish energiyasi o'rniga "o'ziga xos bog'lanish energiyasi hisobga olinadi 8E a- nuklonga to'g'ri keladigan bog'lanish energiyasi. U atom yadrolarining barqarorligini (kuchliligini) xarakterlaydi, ya'ni dE sv qancha ko'p bo'lsa, yadro shunchalik barqaror bo'ladi. Maxsus bog'lanish energiyasi massa soniga bog'liq A element (342-rasm). Yengil yadrolar uchun (A £ 12) o'ziga xos bog'lanish energiyasi bir qator sakrashlarni boshdan kechirib, 6¸7 MeV ga keskin oshadi (masalan, 2 1 H uchun dE bv = 1,1 MeV, 2 4 He - 7,1 MeV, 6 uchun 3 Li - 5,3 MeV), keyin A = 50 - 60 bo'lgan elementlar uchun maksimal 8,7 MeV qiymatiga sekinroq ortadi va keyin og'ir elementlar uchun asta-sekin kamayadi (masalan, 238 92 U uchun u 7,6 MeV). Taqqoslash uchun e'tibor bering, atomlardagi valent elektronlarning bog'lanish energiyasi taxminan 10 eV (10 6 marta kam).

Og'ir elementlarga o'tishda solishtirma bog'lanish energiyasining kamayishi yadrodagi protonlar sonining ko'payishi bilan ularning energiyasi ham ortishi bilan izohlanadi. Coulomb itarish. Shu sababli, nuklonlar orasidagi bog'lanish kuchsiz bo'lib qoladi va yadrolarning o'zi kamroq mustahkamlanadi.

Eng barqarorlari sehrli yadrolar deb ataladi, ulardagi protonlar soni yoki neytronlar soni sehrli raqamlardan biriga teng: 2, 8, 20,28, 50, 82, 126. Ayniqsa barqaror ikki marta sehrli. yadrolar, ularda protonlar soni ham, neytronlar soni ham (bu yadrolarning faqat beshtasi mavjud: 2 4 He, 16 8 O, 40 20 Ca, 48 20 Ca, 208 82 Ru.

Anjirdan. 342 Bundan kelib chiqadiki, energiya nuqtai nazaridan eng barqarorlari davriy sistemaning o'rta qismidagi yadrolardir. Og'ir va engil yadrolar kamroq barqaror. Bu quyidagi jarayonlarning energetik jihatdan qulay ekanligini bildiradi: 1) og'ir yadrolarning engilroqlarga bo'linishi; 2) engil yadrolarning bir-biri bilan og'irroq yadrolarga qo'shilishi. Ikkala jarayon ham juda katta miqdorda energiya chiqaradi; bu jarayonlar hozirda amaliyotda amalga oshirilmoqda: parchalanish reaksiyalari va termoyadro reaksiyalari.

Yuqorida aytib o'tilganidek (138-§ ga qarang), nuklonlar atom yadrosida yadro kuchlari bilan mustahkam bog'langan. Bu bog’lanishni uzish, ya’ni nuklonlarni to’liq ajratish uchun ma’lum miqdorda energiya sarflash (biroz ishni bajarish) kerak bo’ladi.

Yadroni tashkil etuvchi nuklonlarni ajratish uchun zarur bo'lgan energiya yadroning bog'lanish energiyasi deb ataladi. Bog'lanish energiyasining qiymati energiyaning saqlanish qonuni (18-bandga qarang) va massa mutanosiblik qonuni asosida aniqlanishi mumkin. va energiya (20-§ ga qarang).

Energiyaning saqlanish qonuniga ko'ra, yadroda bog'langan nuklonlarning energiyasi, yadroning bog'lanish energiyasi miqdoriga bog'liq bo'lmagan nuklonlarning energiyasidan kam bo'lishi kerak 8. Boshqa tomondan, proportsionallik qonuniga ko'ra. massa va energiya, tizim energiyasining o'zgarishi tizim massasining proportsional o'zgarishi bilan birga keladi.

Bu erda c - vakuumdagi yorug'lik tezligi. Ko'rib chiqilayotgan holatda yadroning bog'lanish energiyasi bo'lganligi sababli, atom yadrosining massasi yadroni tashkil etuvchi nuklonlarning massalari yig'indisidan yadroning massa nuqsoni deb ataladigan miqdorga kam bo'lishi kerak. . (10) formuladan foydalanib, agar yadroning massa nuqsoni ma'lum bo'lsa, yadroning bog'lanish energiyasini hisoblash mumkin.

Hozirgi vaqtda atom yadrolarining massalari dan aniqlanadi yuqori daraja ommaviy spektrograf yordamida aniqlik (102-§ ga qarang); nuklonlarning massalari ham ma'lum (138-§ ga qarang). Bu har qanday yadroning massa nuqsonini aniqlash va (10) formuladan foydalanib yadroning bog'lanish energiyasini hisoblash imkonini beradi.

Misol tariqasida geliy atomi yadrosining bog'lanish energiyasini hisoblaylik. U ikkita proton va ikkita neytrondan iborat. Protonning massasi neytronning massasi Demak, yadro hosil qiluvchi nuklonlarning massasi ga teng geliy atomi yadrosining massasi Shunday qilib, geliy atom yadrosining nuqsoni.

Keyin geliy yadrosining bog'lanish energiyasi

Har qanday yadroning massa nuqsonidan jouldagi bog'lanish energiyasini hisoblashning umumiy formulasi aniq shaklga ega bo'ladi.

bu erda atom raqami, A - massa raqami. Nuklonlar va yadrolarning massasini atom massa birliklarida ifodalash va shuni hisobga olish

siz yadroning bog'lanish energiyasining formulasini megaelektronvoltlarda yozishingiz mumkin:

Yadroning bir nuklondagi bog'lanish energiyasi xususiy bog'lanish energiyasi deb ataladi.

Geliy yadrosida

O'ziga xos bog'lanish energiyasi atom yadrolarining barqarorligini (kuchini) tavsiflaydi: yadro qancha ko'p bo'lsa, shunchalik barqaror. (11) va (12) formulalarga muvofiq,

Formulalarda va (13) nuklonlar va yadrolarning massalari atom massa birliklarida ifodalanganligini yana bir bor ta'kidlaymiz (138-§ ga qarang).

Formula (13) har qanday yadrolarning o'ziga xos bog'lanish energiyasini hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. Ushbu hisob-kitoblarning natijalari rasmda grafik shaklida keltirilgan. 386; ordinatada o'ziga xos bog'lanish energiyalari b, abtsissada A massa raqamlari ko'rsatilgan. Grafikdan ko'rinadiki, massa sonlari 100 ga teng bo'lgan yadrolar uchun solishtirma bog'lanish energiyasi maksimal (8,65 MeV); og'ir va engil yadrolarda u biroz kamroq (masalan, uran, geliy). Vodorod atom yadrosining o'ziga xos bog'lanish energiyasi nolga teng, bu juda tushunarli, chunki bu yadroda ajratiladigan hech narsa yo'q: u faqat bitta nuklondan (proton) iborat.

Har qanday yadroviy reaktsiya energiyaning chiqishi yoki yutilishi bilan birga keladi. Bu yerdagi A bog'liqlik syujeti yadroning qaysi o'zgarishlarida energiya chiqishi va qaysi vaqtda - uning yutilishini aniqlash imkonini beradi. Og'ir yadro 100 (yoki undan ko'p) ga teng bo'lgan massa raqamlari bo'lgan yadrolarga bo'linganda energiya (yadro energiyasi) ajralib chiqadi. Keling, buni quyidagi mantiq bilan izohlaylik. Masalan, uran yadrosi ikkiga bo'linsin

atom yadrolarining ("parcha") massa raqamlari Uran yadrosining o'ziga xos bog'lanish energiyasi Har bir yangi yadroning o'ziga xos bog'lanish energiyasi

Ushbu nuklonlar massa soni 119 bo'lgan ikkita yangi atom yadrosiga birlashganda, yangi yadrolarning bog'lanish energiyalari yig'indisiga teng energiya ajralib chiqadi:

Shunday qilib, uran yadrosining bo'linish reaktsiyasi natijasida yadro energiyasi yangi yadrolarning bog'lanish energiyasi va uran yadrosining bog'lanish energiyasi o'rtasidagi farqga teng miqdorda chiqariladi:

Yadro energiyasining chiqishi boshqa turdagi yadro reaktsiyalarida ham sodir bo'ladi - bir nechta engil yadrolar bir yadroga birlashganda (birikma). Darhaqiqat, masalan, ikkita natriy yadrosining massa soni bo'lgan yadroga sintezi bo'lsin. Natriy yadrosining o'ziga xos bog'lanish energiyasi Sintezlangan yadroning o'ziga xos bog'lanish energiyasi Ikki natriy yadrosini hosil qiluvchi barcha nuklonlarni ajratish uchun quyidagilar zarur: natriy yadrosining ikki marta bog'lanish energiyasiga teng energiya sarflang:

Ushbu nuklonlar yangi yadroga birlashganda (massa soni 46 ga teng), yangi yadroning bog'lanish energiyasiga teng energiya ajralib chiqadi:

Binobarin, natriy yadrolari sintezi reaksiyasi sintez qilingan yadroning bogʻlanish energiyasi va natriy yadrolarining bogʻlanish energiyasi oʻrtasidagi farqga teng miqdorda yadro energiyasining chiqishi bilan birga kechadi:

Shunday qilib, biz shunday xulosaga kelamiz

yadro energiyasining chiqishi ogʻir yadrolarning boʻlinish reaksiyalarida ham, yengil yadrolarning sintez reaksiyalarida ham sodir boʻladi. Har bir reaksiyaga kirishuvchi yadro tomonidan ajralib chiqadigan yadro energiyasining miqdori reaksiya mahsulotining bog'lanish energiyasi 82 va dastlabki yadro materialining bog'lanish energiyasi 81 o'rtasidagi farqga teng:

Ushbu qoida juda muhim, chunki yadro energiyasini olishning sanoat usullari unga asoslanadi.

E'tibor bering, energiya hosil bo'lishi nuqtai nazaridan eng qulayi vodorod yoki deyteriy yadrolarining sintezi reaktsiyasidir.

Chunki, grafikdan quyidagicha (386-rasmga qarang), bu holda sintez qilingan yadro va boshlang'ich yadrolarning bog'lanish energiyalari orasidagi farq eng katta bo'ladi.

Atom yadrosining tarkibi

Yadro fizikasi- atom yadrolarining tuzilishi, xossalari va o'zgarishlari haqidagi fan. 1911-yilda E.Rezerford a-zarrachalarning materiyadan oʻtayotganda sochilishi boʻyicha tajribalarida neytral atom ixcham musbat zaryadlangan yadro va manfiy elektron bulutidan iborat ekanligini aniqladi. V. Geyzenberg va D.D. Ivanenko (mustaqil ravishda) yadro proton va neytronlardan iborat, deb faraz qildi.

Atom yadrosi- atomning proton va neytronlardan tashkil topgan markaziy massiv qismi, ular birgalikda deyiladi. nuklonlar... Atomning deyarli butun massasi (99,95% dan ortiq) yadroda to'plangan. Yadrolarning o'lchamlari 10 -13 - 10 -12 sm gacha bo'lib, yadrodagi nuklonlar soniga bog'liq. Yengil va og'ir yadrolar uchun yadroviy moddalarning zichligi deyarli bir xil va taxminan 10 17 kg / m 3 ni tashkil qiladi, ya'ni. 1 sm 3 yadro moddasining og'irligi 100 million tonna bo'lar edi.Yadrolarning musbat elektr zaryadi atomdagi elektronlarning umumiy zaryadining mutlaq qiymatiga teng.

Proton (ramz p) - elementar zarracha, vodorod atomining yadrosi. Protonning kattaligi elektronning zaryadiga teng bo'lgan musbat zaryadga ega. Proton massasi m p = 1,6726 10 -27 kg = 1836 m e, bu erda m e - elektron massasi.

Yadro fizikasida massalarni atom massa birliklarida ifodalash odatiy holdir:

1 am = 1,65976 10 -27 kg.

Demak, protonning amuda ifodalangan massasi ga teng

m p = 1,0075957 amu

Yadrodagi protonlar soni deyiladi zaryad raqami Z. Berilgan elementning atom raqamiga teng va shuning uchun elementning Mendeleyev elementlar davriy sistemasidagi oʻrnini aniqlaydi.

Neytron (n belgisi) - elektr zaryadiga ega bo'lmagan, massasi protonning massasidan biroz kattaroq bo'lgan elementar zarracha.

Neytron massasi m n = 1,675 10 -27 kg = 1,008982 amu Yadrodagi neytronlar soni N bilan belgilanadi.

Yadrodagi proton va neytronlarning umumiy soni (nuklonlar soni) deyiladi massiv raqam va A harfi bilan belgilanadi,

Yadrolarni belgilash uchun X elementning kimyoviy belgisi bo'lgan belgidan foydalaniladi.

Izotoplar- bir xil kimyoviy element atomlarining navlari, ularning atom yadrolari bir xil miqdordagi proton (Z) va neytronlarning soni boshqacha (N). Bunday atomlarning yadrolari izotoplar deb ham ataladi. Izotoplar elementlarning davriy tizimida bir xil o'rinni egallaydi. Misol tariqasida vodorod izotoplarini olaylik:

Yadro kuchlari tushunchasi.

Atom yadrolari juda kuchli shakllanishlardir, garchi o'xshash zaryadlangan protonlar atom yadrosida juda kichik masofada joylashgan bo'lsa ham, bir-birini juda katta kuch bilan qaytarishi kerak. Binobarin, nuklonlar orasidagi juda katta tortishish kuchlari yadro ichida harakat qiladi, bu esa protonlar orasidagi itarilish elektr kuchlaridan ko'p marta oshib ketadi. Yadro kuchlari - bu kuchlarning maxsus turi bo'lib, tabiatdagi barcha ma'lum o'zaro ta'sirlardan eng kuchlisi.

Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, yadroviy kuchlar quyidagi xususiyatlarga ega:

yadro tortishish kuchlari zaryad holatidan qat'iy nazar har qanday nuklonlar orasida harakat qiladi;
Yadro tortishish kuchlari qisqa masofali: ular zarrachalar markazlari orasidagi taxminan 2 · 10 -15 m masofada har qanday ikkita nuklon o'rtasida ta'sir qiladi va masofa ortishi bilan keskin kamayadi (3 · 10 -15 m dan ortiq masofalarda, ular allaqachon deyarli nolga teng);
yadro kuchlari to'yinganlik bilan tavsiflanadi, ya'ni. har bir nuklon faqat o'ziga yaqin bo'lgan yadro nuklonlari bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin;
yadroviy kuchlar markaziy emas, ya'ni. ular o'zaro ta'sir qiluvchi nuklonlarning markazlarini bog'lovchi chiziq bo'ylab harakat qilmaydi.

Hozirgi vaqtda yadro kuchlarining tabiati to'liq tushunilmagan. Ular ayirboshlash kuchlari deb ataladigan narsalar ekanligi aniqlandi. Almashinuv kuchlari kvant xarakteriga ega va klassik fizikada o'xshashi yo'q. Nuklonlar uchinchi zarracha bilan bog'langan bo'lib, ular doimiy ravishda almashadilar. 1935-yilda yapon fizigi X.Yukava nuklonlar massasi elektron massasidan taxminan 250 marta zarrachalar almashinishini ko‘rsatdi. Bashorat qilingan zarralar 1947 yilda ingliz olimi S. Pauell tomonidan kosmik nurlarni o'rganishda kashf etilgan va keyinchalik p-mezonlar yoki pionlar deb nomlangan.

Neytron va protonning o'zaro o'zgarishi turli tajribalar bilan tasdiqlangan.

Atom yadrolari massalaridagi nuqson. Atom yadrosining bog'lanish energiyasi.

Atom yadrosidagi nuklonlar yadro kuchlari bilan o'zaro bog'langan, shuning uchun yadroni alohida proton va neytronlarga bo'lish uchun juda ko'p energiya sarflash kerak.

Yadroni tashkil etuvchi nuklonlarga ajratish uchun zarur bo'lgan minimal energiya deyiladi yadroning bog'lanish energiyasi... Erkin neytronlar va protonlar qo'shilib, yadro hosil qilsa, xuddi shunday energiya chiqariladi.

Yadro massalarining aniq massa-spektroskopik o‘lchovlari shuni ko‘rsatdiki, atom yadrosining qolgan massasi yadro hosil bo‘lgan erkin neytron va protonlarning qolgan massalari yig‘indisidan kichikdir. Yadro hosil bo'lgan erkin nuklonlarning qolgan massalari yig'indisi bilan yadro massasi o'rtasidagi farq deyiladi. ommaviy nuqson:

Bu massa farqi Dm yadroning bog'lanish energiyasiga to'g'ri keladi E sv Eynshteyn munosabatlari bilan belgilanadi:

yoki ifodani D o‘rniga qo‘yish m, biz olamiz:

Bog'lanish energiyasi odatda megaelektronvoltlarda (MeV) ifodalanadi. Bir atom massa birligiga (, yorug'likning vakuumdagi tezligi) mos keladigan bog'lanish energiyasini aniqlaymiz:

Olingan qiymatni elektron voltga aylantiramiz:

Shu munosabat bilan amalda bog'lanish energiyasi uchun quyidagi ifodadan foydalanish qulayroqdir:

bu erda Dm omil atom massa birliklarida ifodalanadi.

Yadroning muhim xarakteristikasi - yadroning o'ziga xos bog'lanish energiyasi, ya'ni. Nuklonga bog'lanish energiyasi:

Qanchalik ko'p bo'lsa, nuklonlar shunchalik kuchli bog'lanadi.

E ning yadroning massa soniga bog'liqligi 1-rasmda ko'rsatilgan. Grafikdan ko'rinib turibdiki, massa sonlari 50-60 (Cr-Zn) tartibli yadrolardagi nuklonlar eng kuchli bog'langan. Ushbu yadrolar uchun bog'lanish energiyasiga etadi

8,7 MeV / nuklon. A ortishi bilan o'ziga xos bog'lanish energiyasi asta-sekin kamayadi.

Radioaktiv nurlanish va uning turlari. Radioaktiv parchalanish qonuni.

Fransuz fizigi A. Bekkerel 1896 yil. uran tuzlarining lyuminessensiyasini oʻrganar ekan, tasodifan ular tomonidan nomaʼlum tabiatli nurlanishning oʻz-oʻzidan paydo boʻlishini aniqladi, bu nurlanish fotoplastinkaga taʼsir etib, havoni ionlashtirib, yupqa metall plitalardan oʻtib, bir qancha moddalarning lyuminestsensiyasiga sabab boʻladi.

Ushbu hodisani o'rganishni davom ettirib, Kyurilar bunday nurlanish nafaqat uranga, balki boshqa ko'plab og'ir elementlarga (toriy, anemonlar, poloniy, radiy) xosligini aniqladilar.

Aniqlangan nurlanish radioaktiv, hodisaning o'zi esa radioaktivlik deb ataldi.

Keyingi tajribalar shuni ko'rsatdiki, kimyoviy moddaning turi preparatning radiatsiya tabiatiga ta'sir qilmaydi. ulanishlar, agregatsiya holati, bosim, harorat, elektr va magnit maydonlar, ya'ni. atomning elektron qobig'i holatining o'zgarishiga olib kelishi mumkin bo'lgan barcha ta'sirlar. Binobarin, elementning radioaktiv xossalari faqat uning yadrosining tuzilishiga bog'liq.

Ba'zi atom yadrolarining o'z-o'zidan boshqasiga o'tishi, elementar zarrachalar chiqishi bilan radioaktivlik deyiladi. Radioaktivlik tabiiy (tabiatda mavjud boʻlgan beqaror izotoplarda kuzatiladi) va sunʼiy (yadro reaksiyalari natijasida olingan izotoplarda kuzatiladi)ga boʻlinadi. Ularning o'rtasida tub farq yo'q, radioaktiv o'zgarishlar qonunlari bir xil. Radioaktiv nurlanish murakkab tarkibga ega (2-rasm).

- radiatsiya geliy yadrolarining oqimidir,,, yuqori ionlash qobiliyatiga ega va past penetratsion qobiliyatga ega (mm bilan alyuminiy qatlami tomonidan so'riladi).

- radiatsiya- tez elektronlar oqimi. Ionlashtiruvchi quvvat taxminan 2 daraja kichikroq va penetratsion quvvat ancha yuqori, u mm bilan alyuminiy qatlami tomonidan so'riladi.

- radiatsiya- m bilan qisqa to'lqinli elektromagnit nurlanish va buning natijasida aniq korpuskulyar xususiyatlarga ega, ya'ni. kvantlar oqimidir. Nisbatan zaif ionlash qobiliyatiga va juda yuqori penetratsion qobiliyatiga ega (sm bilan qo'rg'oshin qatlamidan o'tadi).

Alohida radioaktiv yadrolar bir-biridan mustaqil ravishda transformatsiyalarga uchraydi. Shunday qilib, vaqt o'tishi bilan parchalangan yadrolar soni mavjud radioaktiv yadrolar soniga va vaqtga mutanosib deb taxmin qilishimiz mumkin:

Minus belgisi radioaktiv yadrolar sonining kamayib borayotganini aks ettiradi.

Berilgan radioaktiv moddaning radioaktiv parchalanish doimiy xarakteristikasi radioaktiv parchalanish tezligini belgilaydi.

, ,

- radioaktiv parchalanish qonuni,

Vaqtning dastlabki momentidagi yadrolar soni,

Bir vaqtning o'zida parchalanmagan yadrolar soni.

Yemirmagan yadrolar soni eksponent ravishda kamayadi.

Vaqt o'tishi bilan parchalanadigan yadrolar soni ifoda bilan aniqlanadi

Yadrolarning dastlabki sonining yarmi yemirilishi uchun ketadigan vaqt deyiladi yarim hayot... Keling, uning ma'nosini aniqlaylik.

, , ,

, .

Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan radioaktiv yadrolarning yarimparchalanish davri 3 × 10 -7 s dan 5 × 10 15 yilni tashkil qiladi.

Vaqt birligida parchalanadigan yadrolar soni deyiladi radioaktiv manbadagi elementning faolligi;

Moddaning birlik massasining faolligi muayyan faoliyat,

S dagi faollik birligi bekkerel (Bq).

1 Bq - elementning faolligi, bunda 1 soniyada 1 ta yemirilish akti sodir bo'ladi;

Radioaktivlikning tizimdan tashqari birligi - kyuri (Ki). 1Ki - 1 soniyada 3,7 × 10 10 parchalanish hodisasi sodir bo'lgan faoliyat.

Radioaktiv parchalanish va yadro reaksiyalarining saqlanish qonunlari.

Yemirilayotgan atom yadrosi deyiladi onalik hosil bo'lgan yadro sho'ba korxonasi.

Radioaktiv parchalanish siljish qoidalari deb ataladigan qoidalarga muvofiq sodir bo'ladi, bu esa ma'lum bir asosiy yadroning parchalanishi natijasida qaysi yadro paydo bo'lishini aniqlashga imkon beradi.

O'zgartirish qoidalari radioaktiv parchalanish uchun amal qiladigan ikkita qonunning natijasidir.

1.Elektr zaryadining saqlanish qonuni:

paydo bo'ladigan yadro va zarrachalarning zaryadlari yig'indisi boshlang'ich yadro zaryadiga teng.

2. Massa sonining saqlanish qonuni:

paydo bo'lgan yadro va zarrachalarning massa sonlari yig'indisi boshlang'ich yadroning massa soniga teng.

Alfa parchalanishi.

Nurlar yadrolar oqimidir. Chirish sxema bo'yicha davom etadi

X- ona yadrosining kimyoviy belgisi, - qizi.

Alfa parchalanishi odatda qiz yadrosi - nurlarning emissiyasi bilan birga keladi.

Diagramma shuni ko'rsatadiki, qiz yadrosining atom raqami ota-ona yadrosidan 2 birlik kam, massa soni esa 4 birlik, ya'ni. parchalanish natijasida hosil bo'lgan element davriy jadvalning 2-hujayrasida dastlabki elementning chap tomonida joylashgan bo'ladi.

Foton atomning ichki qismida tugallangan shaklda mavjud bo'lmagani va faqat nurlanish paytida paydo bo'lgani kabi, zarra ham yadroda tugallangan shaklda mavjud emas, balki radioaktiv parchalanish paytida paydo bo'ladi. 2 proton va 2 x neytron.

Beta parchalanishi.

Chirish yoki elektron parchalanish sxema bo'yicha davom etadi

Olingan element asl elementdan jadvalning o'ng tomonida (ofset) bitta katakchada joylashgan bo'ladi.

Beta-parchalanish - nurlarning emissiyasi bilan birga bo'lishi mumkin.

Gamma nurlanishi ... Radiatsiya radioaktivlikning mustaqil turi emas, balki faqat yadroviy reaktsiyalar, zaryadlangan zarrachalarning sekinlashishi, ularning parchalanishi va hokazolar paytida paydo bo'ladigan va - parchalanish bilan birga bo'lishi eksperimental ravishda aniqlangan.

Yadro reaktsiyasi atom yadrosining elementar zarracha yoki boshqa yadro bilan kuchli o'zaro ta'siri, yadro (yoki yadrolar) ning o'zgarishiga olib keladigan jarayon deb ataladi. Reaksiyaga kiruvchi zarrachalarning o'zaro ta'siri ular bir-biriga 10 -15 m tartibli masofalarga yaqinlashganda sodir bo'ladi, ya'ni. yadro kuchlarining ta'siri mumkin bo'lgan masofalarga, r ~ 10 -15 m.

Yadro reaktsiyasining eng keng tarqalgan turi bu yorug'lik zarrasining "" X yadrosi bilan o'zaro ta'siri reaktsiyasi, buning natijasida yorug'lik zarrasi hosil bo'ladi " v"va yadro Y.

X - boshlang'ich yadro, Y - yakuniy yadro.

Reaksiyani keltirib chiqaruvchi zarracha

v- reaksiya natijasida hosil bo'lgan zarracha.

Yengil zarralar sifatida a va v neytron, proton, deytron, - zarracha, - foton paydo bo'lishi mumkin.

Har qanday yadro reaktsiyasida saqlanish qonunlari bajariladi:

1) elektr zaryadlari: reaksiyaga kiruvchi yadro va zarrachalar zaryadlarining yig‘indisi reaksiyaning yakuniy mahsulotlari (yadro va zarrachalar) zaryadlarining yig‘indisiga teng;

2) massa raqamlari;

3) energiya;

4) impuls;

5) burchak momenti.

Yadro reaktsiyasining energiya ta'sirini reaksiyaning energiya balansini tuzish orqali hisoblash mumkin. Chiqarilgan va yutilgan energiya miqdori reaksiya energiyasi deb ataladi va yadro reaktsiyasining boshlang'ich va yakuniy mahsulotlarining massalari farqi (energiya birliklarida ifodalangan) bilan belgilanadi. Agar hosil bo'lgan yadro va zarrachalarning massalari yig'indisi boshlang'ich yadro va zarrachalarning massalari yig'indisidan oshsa, reaktsiya energiyani yutish bilan boradi (va aksincha).

Yadroning qanday transformatsiyalari ostida energiyaning yutilishi yoki chiqarilishi masalasini xususiy bog'lanish energiyasining A massa soniga bog'liqligi grafigi yordamida hal qilish mumkin (1-rasm). Grafikdan ko'rinib turibdiki, davriy tizimning boshi va oxiri elementlarining yadrolari kamroq barqarordir, chunki e ular kamroq.

Binobarin, yadro energiyasining ajralib chiqishi ogʻir yadrolarning boʻlinish reaksiyalarida ham, yengil yadrolarning sintez reaksiyalarida ham sodir boʻladi.

Ushbu qoida juda muhim, chunki atom energiyasini olishning sanoat usullari unga asoslanadi.

Elektron va teshikli yarimo'tkazgichlarning aloqasi ...

O'zlarining yarim o'tkazgichlarining elektronlar tufayli o'tkazuvchanligi deyiladi ... Elektron o'tkazuvchanlik yoki n-tipli o'tkazuvchanlik... Elementlarni 1-zonadan 2-chi zonaga issiqlik oʻtkazish jarayonida valentlik zonasida nomlarni olgan boʻsh holatlar paydo boʻladi. teshiklar. Tashqi elektr maydonida qo'shni darajadagi elektron elektrondan ozod bo'lgan joyga o'tishi mumkin, teshik va elektron chiqib ketgan joyda teshik paydo bo'ladi va hokazo. teshiklarni elektronlar bilan to'ldirishning bunday jarayoni teshikning elektronning harakatiga qarama-qarshi yo'nalishda siljishiga teng, go'yo teshik elektronning zaryadiga teng bo'lgan musbat zaryadga ega bo'lgandek. O'zlarining yarimo'tkazgichlarining o'tkazuvchanligi, kvazizarralar tufayli - teshiklari, nomi. Teshik o'tkazuvchanligi yoki p tipidagi o'tkazuvchanlik... O'tkazuvchanlik turining fazoviy o'zgarishi sodir bo'lgan yarimo'tkazgich mintaqasi (elektron n dan p teshikka). Chunki p-mintaqada E.-d. teshiklarning kontsentratsiyasi n-mintaqasiga qaraganda ancha yuqori, n-mintaqaning teshiklari elektron hududga tarqalishga moyil. Elektronlar p-mintaqaga tarqaladi. Biroq, n-mintaqada teshiklar qochib ketgandan so'ng, manfiy zaryadlangan akseptor atomlar, n-mintaqada elektronlar qochib ketganidan keyin esa musbat zaryadlangan donor atomlar qoladi. Akseptor va donor atomlari harakatsiz bo'lgani uchun E.-l sohasida. p. kosmik zaryadning ikki qatlami hosil bo'ladi - p-mintaqada manfiy zaryadlar va n-mintaqada musbat zaryadlar (1-rasm). Olingan kontakt elektr maydoni kattaligi va yo'nalishi bo'yicha shunday bo'ladiki, u elektromotor kuch orqali erkin oqim tashuvchilarning tarqalishiga qarshi turadi. P.; tashqi elektr kuchlanishi bo'lmaganda termal muvozanat sharoitida, emf orqali umumiy oqim. n. nolga teng. Shunday qilib, E.-D da. Dinamik muvozanat mavjud bo'lib, unda ozchilik tashuvchilari (p-mintaqasidagi elektronlar va n-hududdagi teshiklar) tomonidan yaratilgan kichik oqim elektronlarga oqadi. va kontakt maydonining ta'siri ostida u orqali o'tadi va ko'pchilik tashuvchilarning (n-mintaqasidagi elektronlar va p-mintaqasidagi teshiklar) tarqalishi natijasida hosil bo'lgan teng oqim emf orqali oqadi. teskari yo'nalishda va boshqalar. Bunday holda, asosiy tashuvchilar aloqa maydonini engib o'tishlari kerak (Potensial to'siq). Kontakt maydoni (kontakt potentsial farqi yoki potentsial to'siq balandligi) mavjudligi sababli p- va n-mintaqalar o'rtasida yuzaga keladigan potentsial farq odatda voltning o'ndan bir qismini tashkil qiladi. Tashqi elektr maydoni potentsial to'siqning balandligini o'zgartiradi va u orqali oqim tashuvchisi oqimlarining muvozanatini buzadi. Agar siz uni qo'ysangiz. potentsial p-mintaqasiga qo'llaniladi, keyin tashqi maydon kontaktga qarshi yo'naltiriladi, ya'ni potentsial to'siq kamayadi (oldinga egilish). Bunday holda, qo'llaniladigan kuchlanishning oshishi bilan potentsial to'siqni engib o'tishga qodir ko'pchilik tashuvchilar soni eksponent ravishda oshadi. Elektromotor kuchning har ikki tomonida ozchilik tashuvchilarning kontsentratsiyasi. p ortadi (ozchilik tashuvchilarning in'ektsiyasi), bir vaqtning o'zida teng miqdordagi asosiy tashuvchilar p va n hududlariga kontaktlar orqali kiradi, bu esa AOK qilingan tashuvchilarning zaryadlarini neytrallashtiradi.

Bir-biriga o'xshamaydigan jismlar bilan aloqa qilish sohasida yuzaga keladigan bir qator jismoniy hodisalar kontakt deb ataladi. Kontakt hodisalari metallar va yarim o'tkazgichlar o'rtasidagi aloqada amaliy qiziqish uyg'otadi.

Hodisani tushuntiring kontakt potentsial farqi tarmoqli nazariyasi tushunchalaridan foydalanish. Ikkita metalning aloqasini ko'rib chiqing turli asarlar Chiqish Chiqish 1 va Chiqish 2... Ikkala metalning energiya diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 2. Bu metallar ham turli Fermi darajalariga ega (Fermi darajasi yoki Fermi energiyasi ( E F) Bu barcha energiya holatlari quyida to'ldirilgan va mutlaq nol haroratda bo'sh bo'lgan energiya). Agar Chiqish 1<Chiqish 2(2-rasm), keyin 1-metallda Fermi darajasi 2-metallga qaraganda yuqoriroq joylashgan. Shuning uchun metallar bilan aloqa qilganda, yuqori darajadagi metall 1 elektronlari metall 2 ning pastki darajalariga o'tadi, bu esa haqiqatga olib keladi. metall 1 musbat, metall 2 manfiy zaryadlangan.

Shu bilan birga, energiya sathining nisbiy siljishi sodir bo'ladi: musbat zaryadlangan metallda barcha darajalar pastga, manfiy zaryadlangan metallda esa yuqoriga siljiydi. Bu jarayon statistik fizikada isbotlanganidek, har ikkala metalda ham Fermi darajalarining tenglashishi bilan tavsiflangan aloqa qiluvchi metallar o'rtasida termodinamik muvozanat o'rnatilguncha davom etadi (3-rasm). Hozirdan beri kontakt metallar uchun Fermi darajalari mos keladi va ish vazifalari Chiqish 1 va Chiqish 2 o'zgarmasa, u holda ularning yuzasiga bevosita yaqin joylashgan metallardan tashqarida joylashgan nuqtalardagi elektronlarning potentsial energiyasi (3-rasmdagi A va B nuqtalari) har xil bo'ladi. Shunday qilib, A va B nuqtalari o'rtasida potentsial farq o'rnatiladi, bu rasmdan ko'rinib turibdiki,

Aloqa qiluvchi metallarning ish funktsiyasidagi farqdan kelib chiqadigan potentsial farq deyiladi tashqi kontakt potentsial farqi - ∆ph ext yoki shunchaki kontakt potentsial farqi.

Kontakt metallardagi Fermi darajalari orasidagi farq tashqi ko'rinishga olib keladi ichki kontakt potentsial farqi ga teng

Ichki kontakt potentsial farqi ∆ph int metall kontaktining harorati T ga bog'liq (chunki E F ning o'zi T ga bog'liq), ko'plab termoelektrik hodisalarni keltirib chiqaradi. Qoida sifatida ∆ph int<<∆ph ext.

Uchta bir-biriga o'xshamaydigan o'tkazgichlar kontaktga kiritilganda, termodinamik muvozanat o'rnatilgandan keyin ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan uchlari orasidagi potentsial farq barcha kontaktlarning zanglashiga olib keladigan potentsial farqlarining algebraik yig'indisiga teng bo'ladi.

Elektron nazariyaning kontseptsiyalariga ko'ra, metallarning o'tkazuvchanligi ulardagi erkin elektronlarning mavjudligi bilan bog'liq. Elektronlar gaz molekulalarining xaotik harakati kabi xaotik issiqlik harakati holatidadir. Erkin elektronlar n, hajm (kontsentratsiya) birligiga o'ralgan, turli metallar uchun bir xil emas. Metallar uchun erkin elektronlarning konsentratsiyasi 10 25 -10 27 m -3 ga teng.

Aytaylik, metallardagi erkin elektronlarning kontsentratsiyasi bir xil emas - n 1 ≠ n 2... Keyin, bir vaqtning o'zida, qarama-qarshi yo'nalishga qaraganda (kontsentratsiyali diffuziya) ko'proq elektron konsentratsiyasi bo'lgan metalldan kontakt orqali ko'proq o'tadi. Aloqa sohasida qo'shimcha potentsial farq paydo bo'ladi ∆ph int... Aloqa sohasida elektron kontsentratsiyasi silliq o'zgaradi n 1 oldin n 2... Hisoblash uchun ∆ph int kontakt maydonida metall interfeysga perpendikulyar bo'lgan generatrisli silindr shaklida kichik hajmni tanlang (4-rasm) va biz birinchi metalldagi elektronlarning kontsentratsiyasini taxmin qilamiz. n 1 = n, ikkinchisida esa ko'proq, ya'ni. n 2 = n + dn.

Quyida biz erkin elektronlarni ideal gazlarning molekulyar-kinetik nazariyasining asosiy tushunchalarini qanoatlantiradigan ma'lum bir elektron gaz sifatida ko'rib chiqamiz. Bosim p tsilindr 1 tagidagi gaz haroratda T teng:

Boltsman doimiysi qayerda.

2-tsilindr tagidagi bosim mos ravishda quyidagicha bo'ladi:

Silindr bo'ylab bosim farqi:

Bosim farqi ta'sirida yuqori bosim mintaqasidan metallar interfeysi orqali elektron oqimi paydo bo'ladi. p 2 1 tayanch yo'nalishi bo'yicha (4-rasmda a). Muvozanat kuch kelganda keladi dF elektron pochta hosil bo'lgan elektr maydonining intensivligi E (4-rasm) bosim kuchiga teng bo'ladi dp × dS elektron gaz, ya'ni.

Agar hajmdagi elektronlar soni dV = dx × dS silindrga teng dN = ndV, keyin ularga ta'sir qiluvchi elektr maydonining kuchi aniqlanadi:

Kuchlanish E elektr maydoni son jihatdan potentsial gradientga teng, ya'ni.

O'zgaruvchilarni ajrating

Keling, integratsiya qilaylik:

Metalllardagi erkin elektronlarning kontsentratsiyasi unchalik katta bo'lmaganligi sababli, miqdori ∆ph int sezilarli darajada kamroq potentsial farq ∆ph ext... Kattaligi ∆ph int bir necha o'nlab millivoltga etadi, esa ∆ph ext bir necha volt tartibida bo'lishi mumkin.

Formula (10) ni hisobga olgan holda metall bilan aloqa qilishda umumiy potentsial farq aniqlanadi:

Endi ikkita turli o'tkazgichning yopiq sxemasini ko'rib chiqaylik (5-rasm). Ushbu kontaktlarning zanglashiga olib keladigan umumiy potentsial farqi 1 va 2 kontaktlarning zanglashiga olib keladigan potentsial farqlari yig'indisiga teng:

Shaklda ko'rsatilgan bilan. 3 yo'nalishli aylanib o'tish ∆ph 12 = -∆ph 21... Keyin butun zanjir uchun tenglama:

Agar T 1 ≠ T 2, keyin ∆φ ≠ 0 ... Yopiq zanjirdagi barcha potentsial sakrashlarning algebraik yig'indisi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektr harakatlantiruvchi kuchiga (EMF) teng. Shuning uchun, uchun T 1 ≠ T 2 EMF sxemada paydo bo'ladi (5-rasm), formulalar (12) va (13) ga teng:

belgilaymiz

Shuning uchun (15) formula shaklni oladi

Shunday qilib, bir hil o'tkazgichlarning yopiq pallasida EMF kontaktlar orasidagi harorat farqiga bog'liq. Termo-EMF - elektromotor kuch ε , bir nechta o'xshash bo'lmagan o'tkazgichlardan tashkil topgan elektr zanjirida paydo bo'lgan, ular orasidagi kontaktlar har xil haroratga ega (Seebeck effekti). Agar o'tkazgich bo'ylab harorat gradienti bo'lsa, u holda issiq uchidagi elektronlar yuqori energiya va tezlikka ega bo'ladi. Bundan tashqari, yarim o'tkazgichlarda elektronlarning kontsentratsiyasi harorat bilan ortadi. Natijada, issiq uchidan sovuq uchigacha elektronlar oqimi sodir bo'ladi, sovuq uchida manfiy zaryad to'planadi va issiq uchida kompensatsiyalanmagan musbat zaryad qoladi. Zanjirdagi bunday potentsial farqlarning algebraik yig'indisi termo-EMFning tarkibiy qismlaridan birini hosil qiladi, bu volumetrik deb ataladi.

Kontakt potentsial farqi bir necha voltgacha bo'lishi mumkin. Bu o'tkazgichning tuzilishiga (uning asosiy elektron xususiyatlari) va uning sirtining holatiga bog'liq. Shuning uchun, kontakt potentsial farqi sirt ishlov berish (qoplamalar, adsorbsiya va boshqalar) bilan o'zgartirilishi mumkin.

1.2 TERMOELEKTR HODISALAR

Ma'lumki, metalldan elektronlarning ish funktsiyasi haroratga bog'liq. Shuning uchun kontakt potentsiallari farqi ham haroratga bog'liq. Agar bir nechta metallardan tashkil topgan yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kontaktlarning harorati bir xil bo'lmasa, u holda umumiy emf. va boshqalar bilan. sxema nolga teng bo'lmaydi va zanjirda elektr toki paydo bo'ladi. Termoelektrik oqimning paydo bo'lish hodisasi (Seebek effekti) va ular bilan bog'liq Peltier va Tomson effektlari termoelektrik hodisalar bilan bog'liq.

SEEBEK TA'SIRI

Seebek effekti ketma-ket bog'langan o'xshash bo'lmagan o'tkazgichlardan tashkil topgan yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektr tokining hosil bo'lishidan iborat bo'lib, ular orasidagi kontaktlar har xil haroratga ega. Bu effektni nemis fizigi T. Zeebek 1821 yilda kashf etgan.

2-rasmda ko'rsatilgan bo'g'inlarning TA (kontakt A) va TB (B kontakti) haroratiga ega ikkita o'tkazgich 1 va 2 dan iborat yopiq sxemani ko'rib chiqaylik.

Biz TA> TV ni ko'rib chiqamiz. Berilgan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektr harakatlantiruvchi kuchi e ikkala kontaktdagi potentsial sakrashlar yig'indisiga teng:

Binobarin, yopiq zanjirda, e. va boshqalar bilan, ularning qiymati kontaktlardagi harorat farqiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu termoelektromotor kuchdir.

(t. e. d. c.).

Seebek effektini sifat jihatidan quyidagicha tushuntirish mumkin. Termoelektr quvvatini yaratuvchi tashqi kuchlar kinetik kelib chiqadi. Metall ichidagi elektronlar erkin bo'lgani uchun ularni qandaydir gaz deb hisoblash mumkin. Ushbu gazning bosimi o'tkazgichning butun uzunligi bo'ylab bir xil bo'lishi kerak. Turli o'tkazgichlar kesimlari har xil haroratga ega bo'lsa, bosimni tenglashtirish uchun elektron kontsentratsiyasini qayta taqsimlash talab qilinadi. Bu oqimning paydo bo'lishiga olib keladi.

I oqimining yo'nalishi rasmda ko'rsatilgan. 2 TA> TB, n1> n2 holiga mos keladi. Agar siz kontaktlar orasidagi harorat farqining belgisini o'zgartirsangiz, u holda oqim yo'nalishi teskari tomonga o'zgaradi.

PELTIER TA'SIRI

Peltier effekti - elektr tokining oqish yoʻnalishiga qarab ikki xil oʻtkazgichning kontaktida Joul issiqligidan tashqari qoʻshimcha issiqlikning chiqishi yoki yutilishi hodisasi. Peltier effekti Seebek effektining teskarisidir. Agar Joule issiqligi tokning kvadratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lsa, u holda Peltier issiqligi birinchi darajali oqimga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lib, oqim yo'nalishi o'zgarganda uning belgisini o'zgartiradi.

Ikki xil metall o'tkazgichdan tashkil topgan yopiq sxemani ko'rib chiqaylik, ular orqali I I toki o'tadi (3-rasm). Tokning yo'nalishi I n rasmda ko'rsatilgan oqim yo'nalishiga to'g'ri kelsin. TV> TA korpusi uchun 2. Seebek effektida yuqori haroratga ega bo'lgan A kontakti endi sovutiladi va B kontakti isitiladi. Peltier issiqlik miqdori nisbat bilan aniqlanadi:

Bu erda IIN - oqim kuchi, t - uning uzatish vaqti, P - Peltier koeffitsienti, bu aloqa qiluvchi materiallarning tabiatiga va haroratga bog'liq.

A va B nuqtalarida kontakt potentsial farqlari mavjudligi sababli Er intensivligidagi kontakt elektr maydonlari paydo bo'ladi. A kontaktida bu maydon yo'nalishga to'g'ri keladi

elektronlar harakat qiladi va B kontaktida elektronlar Er maydoniga qarshi harakat qiladi. Elektronlar manfiy zaryadlanganligi sababli ular B kontaktida tezlashadi, bu esa ularning kinetik energiyasining oshishiga olib keladi. Metall ionlari bilan to'qnashganda, bu elektronlar ularga energiya o'tkazadi. Natijada B nuqtasida ichki energiya ortadi va kontakt qiziydi. V

nuqta A, elektronlarning energiyasi, aksincha, kamayadi, chunki Er maydoni ularni sekinlashtiradi. Shunga ko'ra, kontakt A sovutiladi, chunki elektronlar energiyani kristall panjaraning joylarida ionlardan oladi.

Yadro energetikasi tushunchasi

Yadro energetikasida nafaqat bo'linish zanjiri reaktsiyasini amalga oshirish, balki uni boshqarish ham katta ahamiyatga ega. Boshqariladigan bo'linish zanjiri reaktsiyasi amalga oshiriladigan va saqlanadigan qurilmalar deyiladi yadroviy reaktorlar. Dunyodagi birinchi reaktorni ishga tushirish Chikago universitetida (1942) E. Fermi boshchiligida, SSSRda (va Yevropada) - Moskvada (1946) I. V. Kurchatov boshchiligida amalga oshirildi.

Reaktorning ishini aniqlashtirish uchun termal neytron reaktorining ishlash printsipini ko'rib chiqamiz (345-rasm). Yoqilg'i elementlari reaktor yadrosida joylashgan 1 va sekinlashtiruvchi 2, in bu erda neytronlar issiqlik tezligigacha sekinlashadi. Yoqilg'i elementlari (yoqilg'i tayoqchalari) neytronlarni zaif singdiradigan germetik qobiq bilan o'ralgan bo'linadigan material bloklari. Yadro bo'linishi paytida chiqarilgan energiya tufayli yonilg'i elementlari isitiladi va shuning uchun sovutish uchun ular sovutish suvi oqimiga joylashtiriladi. (3- sovutish suvi oqimi uchun kanal). Faol maydon reflektor bilan o'ralgan 4, neytron oqishini kamaytirish.

Zanjir reaktsiyasi maxsus boshqaruv tayoqlari tomonidan boshqariladi 5 kuchli materiallardan tayyorlangan

neytronlarni yutish (masalan, B, Cd). Reaktorning parametrlari shunday hisoblab chiqilganki, novdalar toʻliq kiritilganda reaksiya albatta sodir boʻlmaydi, tayoqchalarni bosqichma-bosqich olib tashlash bilan neytronlarni koʻpaytirish koeffitsienti ortadi va maʼlum bir holatda birlikka erishadi. Ayni damda reaktor ishlay boshlaydi. U ishlaganda yadrodagi parchalanuvchi moddalar miqdori kamayadi va u parchalanish bo'laklari bilan ifloslanadi, ular orasida kuchli neytron absorberlari bo'lishi mumkin. Reaksiyaning to'xtab qolishiga yo'l qo'ymaslik uchun avtomatik qurilma yordamida nazorat (va ko'pincha maxsus kompensatsion) novdalar asta-sekin yadrodan chiqariladi. Reaksiyani bunday boshqarish 1 daqiqagacha kechikish bilan parchalanuvchi yadrolar tomonidan chiqariladigan kechiktirilgan neytronlarning mavjudligi (265-bandga qarang) tufayli mumkin. Yadro yoqilg'isi yonib ketganda, reaktsiya to'xtaydi. Reaktorni qayta ishga tushirishdan oldin, yonib ketgan yadro yoqilg'isi chiqariladi va yangisi bilan yuklanadi. Reaktorda favqulodda rodlar ham mavjud bo'lib, ularning kiritilishi, reaktsiya intensivligining keskin oshishi bilan darhol uni buzadi.

Yadro reaktori kuchli kirib boruvchi nurlanish (neytronlar, g-nurlanish) manbai bo'lib, u taxminan 10 11 baravar yuqori. sanitariya me'yorlari... Shuning uchun har qanday reaktor mavjud biologik himoya- reflektor orqasida joylashgan himoya materiallaridan (masalan, beton, qo'rg'oshin, suv) ekranlar tizimi va boshqaruv paneli masofaviy boshqarish

Yadro reaktorlari bir-biridan farq qiladi:

1) yadrodagi asosiy materiallarning tabiati bo'yicha(yadro yoqilg'isi, moderator, sovutish suvi); parchalanuvchi va xom ashyo sifatida

235 92 U, 239 94 Pu, 233 92 U, 238 92 U, 232 90 Th ishlatiladi, moderator sifatida - suv (oddiy va og'ir), grafit, berilliy, organik suyuqliklar va boshqalar, issiqlik tashuvchilar sifatida - havo, suv, bug '. Yo'q, CO 2 va boshqalar;

2) yadro joylashuvining tabiatiga ko'ra

yadrodagi yoqilg'i va moderator:bir hil(har ikkala modda ham bir-biriga teng aralashtiriladi) va heterojen(har ikkala modda ham bloklar shaklida alohida joylashgan);

3) neytron energiyasi bilan(reaktorlar termal va tez neytronlarda; ikkinchisida bo'linish neytronlari ishlatiladi va umuman moderator yo'q);

4) rejim turi bo'yicha(uzluksiz va impulsli);

5) tayinlash orqali(quvvat, tadqiqot, yangi parchalanuvchi materiallarni ishlab chiqarish uchun reaktorlar, radioaktiv izotoplar va boshqalar).

Ko'rib chiqilgan xususiyatlarga ko'ra uran-grafit, suv-suv, grafit-gaz kabi nomlar shakllangan.

Yadro reaktorlari orasida energiya alohida o'rin tutadi selektsioner reaktorlar. V ular Elektr energiyasini ishlab chiqarish bilan bir qatorda (265,2) yoki (266,2) reaktsiyasi tufayli yadro yoqilg'isini qayta ishlab chiqarish jarayoni mavjud. Bu shuni anglatadiki, tabiiy yoki past boyitilgan uran reaktori nafaqat 235 92 U izotopidan foydalanadi. , balki izotop 238 92 U. Hozirgi vaqtda tez reaktorlar yoqilg'i naslchilik bilan yadroviy energiya asosidir.

SSSRda birinchi marta atom energiyasidan tinch maqsadlarda foydalanilgan. Obninskda I.V.Kurchatov rahbarligida quvvati 5 MVt boʻlgan birinchi atom elektr stansiyasi ishga tushirildi (1954). Bosimli suv reaktorida atom elektr stantsiyasining ishlash printsipi 2-rasmda ko'rsatilgan. 346. Uran bloklari 1 suvga botiriladi 2, u ham moderator, ham sovutuvchi sifatida xizmat qiladi. Qayg'u -

choy suvi (u bosim ostida va 300 ° C gacha qiziydi) reaktor yadrosining yuqori qismidan quvur liniyasi orqali kiradi. 3 bug 'generatoriga 4, u erda bug'lanadi va soviydi va 5 a liniyasi orqali reaktorga qaytadi. To'yingan bug ' 6 quvur liniyasi orqali 7 bug 'turbinasiga kiradi 8, quvur liniyasi orqali qazib olingandan keyin qaytib keladi 9 bug 'generatoriga. Turbina elektr generatorini aylantiradi 10, elektr tarmog'iga kiradigan oqim.

Yadro reaktorlarining yaratilishiga olib keldi sanoat ilovalari yadro energiyasi. Energiya zahiralari rudalardagi yadro yoqilg'isi kimyoviy yoqilg'i zahiralaridan taxminan ikki baravar yuqori. Shuning uchun, agar taxmin qilinganidek, elektr energiyasining asosiy qismi atom elektr stansiyalarida ishlab chiqarilsa, bu, bir tomondan, hozirgi vaqtda issiqlik elektr stantsiyalarida ishlab chiqarilgan elektr energiyasi bilan taqqoslanadigan elektr energiyasining narxini pasaytiradi. ikkinchi tomondan, bir necha asrlar davomida energiya muammosini hal qiladi va hozirda yondirilayotgan neft va gazdan kimyo sanoati uchun qimmatli xom ashyo sifatida foydalanish imkonini beradi.

SSSRda kuchli atom elektr stansiyalarini yaratish bilan bir qatorda (masalan, umumiy quvvati taxminan 1500 MVt bo'lgan Novovoroiejskaya, har biri 1000 MVt ikkita reaktorli V.I. Lenin nomidagi Leningradning birinchi navbati) AESga katta e'tibor qaratilmoqda. muayyan sharoitlarda ishlash uchun qulay bo'lgan kichik atom elektr stansiyalarini (750-1500 kVt) yaratish, shuningdek, kichik atom energetikasi muammolarini hal qilish. Shunday qilib, dunyodagi birinchi mobil atom elektr stansiyalari qurildi, dunyodagi birinchi reaktor («Romashka») yaratildi, unda yarimo'tkazgichlar yordamida issiqlik energiyasi to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylanadi (yadroda 49 kg 235 92 U mavjud). , reaktorning issiqlik quvvati 40 kVt, elektr - 0,8 kVt) va boshqalar.

Tez ishlab chiqaruvchi reaktorlarning yaratilishi bilan atom energetikasini rivojlantirish uchun katta imkoniyatlar ochilmoqda (selektsionerlar), bunda energiya ishlab chiqarish ikkilamchi yoqilg'i - plutoniyni ishlab chiqarish bilan birga olib boriladi, bu yadro yoqilg'isi bilan ta'minlash muammosini tubdan hal qiladi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, 1 tonna granitda taxminan 3 g 238 92 U va 12 g 232 90 Th (ular selektsioner reaktorlarda xom ashyo sifatida ishlatiladi), ya'ni. 5 10 8 MVt energiya iste'moli bilan (hozirgidan ikki baravar yuqori), granitdagi uran va toriy zahiralari 10 9 uchun etarli bo'ladi.

yillar 1 kVt/soat energiya 0,2 tiyinning istiqbolli narxida.

Tez reaktor texnologiyasi eng yaxshi muhandislik yechimlarini izlash jarayonida. Kaspiy dengizi sohilidagi Shevchenko shahrida quvvati 350 MVt bo'lgan bunday turdagi birinchi tajriba sanoat stansiyasi qurilgan. U elektr energiyasi ishlab chiqarish va dengiz suvini tuzsizlantirish, 150 mingga yaqin aholi istiqomat qiluvchi shahar va uning atrofidagi neft qazib oluvchi rayonni suv bilan ta’minlash uchun ishlatiladi. Shevchenko atom elektr stansiyasi yangi "atom sanoati" - sho'r suvni tuzsizlantirish uchun poydevor qo'ydi, bu ko'plab mintaqalarda chuchuk suv resurslari tanqisligi tufayli katta ahamiyatga ega bo'lishi mumkin.

Yadrodagi nuklonlar yadro kuchlari tomonidan mustahkam ushlab turiladi. Yadrodan nuklonni olib tashlash uchun juda katta ishlarni bajarish, ya'ni yadroga sezilarli energiya berilishi kerak.

Atom yadrosining bog'lanish energiyasi Eb yadrodagi nuklonlarning o'zaro ta'sirining intensivligini xarakterlaydi va yadroga kinetik energiya bermasdan, yadroni alohida o'zaro ta'sir qilmaydigan nuklonlarga bo'lish uchun sarflanishi kerak bo'lgan maksimal energiyaga teng. Har bir yadro o'ziga xos bog'lanish energiyasiga ega. Bu energiya qancha ko'p bo'lsa, atom yadrosi shunchalik barqaror bo'ladi. Yadro massalarini aniq o'lchash shuni ko'rsatadiki, yadroning tinch massasi m i doimo uni tashkil etuvchi proton va neytronlarning qolgan massalari yig'indisidan kichikdir. Ushbu massa farqi ommaviy nuqson deb ataladi:

Bog'lanish energiyasi chiqarilganda Dm massasining aynan shu qismi yo'qoladi. Massa va energiyaning o'zaro bog'liqligi qonunini qo'llash orqali biz quyidagilarni olamiz:

bu yerda m n vodorod atomining massasi.

Bunday almashtirish hisob-kitoblar uchun qulaydir va bu holda yuzaga keladigan hisoblangan xato ahamiyatsiz. Bog'lanish energiyasi formulasida amudagi Dm o'rnini bosadigan bo'lsa. keyin uchun E sv yozishingiz mumkin:

Maxsus bog'lanish energiyasining A massa soniga bog'liqligi yadrolarning xususiyatlari haqida muhim ma'lumotlarni o'z ichiga oladi.

Maxsus bog'lanish energiyasi E zarbasi - yadroning 1 nuklonga bog'lanish energiyasi:

Shaklda. 116 da E zarbalarining A ga eksperimental o'rnatilgan bog'liqligining tekislangan grafigi ko'rsatilgan.

Rasmdagi egri chiziq zaif ifodalangan maksimalga ega. Massa raqamlari 50 dan 60 gacha bo'lgan elementlar (temir va unga yaqin elementlar) eng yuqori o'ziga xos bog'lanish energiyasiga ega. Bu elementlarning yadrolari eng barqaror hisoblanadi.

Grafikdan ko'rinib turibdiki, og'ir yadrolarning D.Mendeleyev jadvalining o'rta qismidagi elementlar yadrolariga bo'linish reaktsiyasi, shuningdek, engil yadrolarning (vodorod, geliy) sintezi og'irroq - energetik jihatdan qulay reaktsiyalar, chunki ular yanada barqaror yadrolarning hosil bo'lishi (katta E zarbalari bilan) bilan birga keladi va shuning uchun energiya chiqishi bilan davom etadi (E> 0).

Yadro kuchlari. Yadro modellari.

Yadro KUCHLAR - Kuchlar nuklonlarning o'zaro ta'siri; boshqa sistemalar bilan solishtirganda yadrolarning bog'lanish energiyasining katta qiymatini ta'minlaydi. men bilanman. naiblar. muhim va umumiy misol kuchli o'zaro ta'sir(SV). Bir vaqtlar bu tushunchalar sinonim edi va Ya.S.ning ulkan hajmini ta'kidlash uchun "kuchli o'zaro ta'sir" atamasi kiritilgan. tabiatda ma'lum bo'lgan boshqa kuchlar bilan solishtirganda: e-magnit, zaif, tortishish. Ochgandan keyin p -, r - va boshq. mezonlar, giperonlar va boshqalar. hadronlar"kuchli o'zaro ta'sir" atamasi kengroq ma'noda - adronlarning o'zaro ta'siri sifatida qo'llanila boshlandi. 1970-yillarda. kvant xromodinamikasi(QCD) o'zini umume'tirof etilgan mikroskopik sifatida ko'rsatdi. SV nazariyasi. Ushbu nazariyaga ko'ra, adronlar birikma zarralardir kvarklar va glyuonlar, va SV ostida bu mablag'larning o'zaro ta'sirini tushunish boshlandi. zarralar.

Damlacık yadrosi modeli- atom yadrosi tuzilishining eng qadimgi modellaridan biri, 1936 yilda Nils Bor tomonidan Jeykob Frenkel va keyinchalik Jon Uiler tomonidan ishlab chiqilgan murakkab yadro nazariyasi doirasida taklif qilingan, uning asosida Karl Vayzsaker yaratilgan. birinchi bo'lib uning sharafiga atalgan atom yadrosining bog'lanish energiyasi uchun yarim empirik formulani oldi Weizsacker formulasi bo'yicha.

Ushbu nazariyaga ko'ra, atom yadrosini siqilmaydigan, yadro kuchlarining to'yinganligi, nuklonlarning (neytronlar va protonlarning) "bug'lanishi" kabi ba'zi xususiyatlarga ega bo'lgan sharsimon, bir xil zaryadlangan maxsus yadro moddasining tomchisi sifatida tasvirlash mumkin. suyuqlik. Shu munosabat bilan, suyuqlik tomchisining boshqa ba'zi xossalari shunday yadro-tomchiga ham kengayishi mumkin, masalan, sirt tarangligi, tomchining kichikroqlarga bo'linishi (yadrolarning bo'linishi), mayda tomchilarning bitta kattasiga birlashishi (birikma). yadrolardan). Suyuq va yadroviy moddalar uchun umumiy bo'lgan ushbu xususiyatlarni, shuningdek, Pauli printsipidan kelib chiqadigan va elektr zaryadining mavjudligidan kelib chiqadigan ikkinchisining o'ziga xos xususiyatlarini hisobga olgan holda, yarim empirik Weizsacker formulasini olish mumkin, bu esa imkon beradi. yadroning bog'lanish energiyasini, shuning uchun uning massasini, agar uning nuklon tarkibi ma'lum bo'lsa, (yadrodagi nuklonlarning umumiy soni (massa soni) va protonlar soni) hisoblang.