aldaw paraqtar? fizikas?

1. Атом ядросының құрамын, зарядын, массасын түсіндіріп жазыңыз.

2. Ядроның байланыс энергиясы, меншікті байланыс энергиясын сипаттаңыз.

3. Ядроның тамшы моделін сипаттаңыз.

4.Табиғи және жасанды радиоактивтілікті сипаттаңыз.

5. Радиоактивті ыдырау заңын сипаттаңыз.

6. Ядролық реакциялардағы сақталу заңдарын сипаттаңыз.

7. Табиғи және жасанды радиоактивтілік. Альфа ыдырауды сипаттаңыз.

8. Табиғи және жасанды радиоактивтілік. Бета ыдырауды сипаттаңыз.

9. Ядроның байланыс энергиясы. Масса ақауына тоқталыңыз.

10. Резерфорд тәжірибесі. Томсонның атом моделін сипаттаңыз.

11. Ядролардың гамма сәулеленуін сипаттаңыз.

12. Ядролық реакциялар. Ядролық реакциялардағы сақталу заңдарын сипаттаңыз.

13. Бөліну энергиясын пайдалану мүмкіндіктерін сипаттаңыз.

14. Ядролық реактор. Реактордың құрылымын сипаттаңыз.

15. Іргелі әсерлесулердің төрт типін сипаттаңыз.

16. Мессбауэр эффектісі және оны физика мен техникада қолдануды сипаттаңыз.

17-30. Бета ыдырау түрлерін сипаттаңыз, және оларға мысалдар келтіріңіз.

18-27. Ядроның спині мен магнит моменті. Ядролық магнетонға сипаттама беріңіз.

19-23.Бета радиоактивті ядролардың қасиеттерін сипаттаңыз.

20-28-29. Ядролық изомерия. Электрондардың ішкі конверсиясын сипаттаңыз.

21. Иондаушы сәулелерді тіркеу әдістеріне тоқталыңыз.

22. Нейтрондардың ядромен әсерлесуі. Нейтрондардың ядромен әсерлесуінің түрлеріне сипаттама беріңіз.

24-25. Жеңіл ядролардың синтезі. Термоядролық реакцияларға сипаттама беріңіз.

26. Элементар бөлшектердің классификациясы.

1.

 Атом ядролары бақыланатын элементар бөлшектер-протондар мен нейтрондардан тұрады. Протон мен нейтронның m_p және m_n массалары өзара жуық және электронның массасынан 2000 есе дерлік артық: m_p=1836,1m_e=1,007276 м.а.б., m_n=1838,6m_e = 1,0086652 м.а.б. Протон электр зарядталған, оның заряды оң және абсолют мәні электронның зарядына тең. Нейтрон электр бейтарап 1950-1980 жылдардағы зерттеулер протон мен нейтронның және т.б. көптеген элементар деп аталатын бөлшектердің, шындығында элементар емес, өзіндік құрамы бар, күрделі бөлшектер екенін көрсетті. Бірақ олар үшін элементар бөлшектер деген ат сақталған. Атомның электрлік бейтараптығын қамтамасыз ету үшін оның құрамындағы электрондардың санымен ядроның құрамындағы протондар саны бірдей Z  болуы керек. Ядродағы нуклондардың жалпы саны массалық сан А деп аталады. Осыдан ядроның құрамындағы нейтрондар саны N=A-Z. Ядроларды сипаттаған кезде нейтрондар саны сирек қолданылады. Ядроның құрамын сипаттайтын шамалар ретінде оның Z атомдық номері мен А массалық саны қолданылады. Біз де әрі қарай осы шамаларды пайдаланамыз және нейтрондар саны керек болғанда, оны A-Z деп аламыз.Ядролардың зарядтарын 1913-жылы Мозли дәл өлшеді. Ол элементтердің сипаттық рентген нұрларының n жиілігі мен оның Z атомдық номерінің арасында қарапайымтәуелділігі бар екенін тағайындап, нұрдың берілген сериясы үшін а мен  тұрақтыларының  элементке тәуелсіз екенін тапты. Ол элементтерді периодтық жүйеде ретімен орналастыруға мүмкіндік берді. Ядроның зарядын тікелей 1920-жылы Чэдвик өлшеді. Электр заряды ядролық физикада қарастырылатын барлық (электромагниттік, ядролық және нәзік) әсерлесулер кезінде сақталады. Электр зарядының сақталу заңы ядролық реакцияға немесе радиоактивтік ыдырауға қатысатын ядролардың біреуінің зарядын олар үшін зарядтардың теңдеуінен табуға мүмкіндік туғызады. Ядроның электр заряды жиынтықтық сипаттама, ол ядроның тұтас зарядын ғана анықтап,  зарядтың ядроның көлемі бойынша таралуы туралы мәліметтер бермейді.Ядролық реакциялар мен түрленулер барысында массалық сан да (нуклондар саны) сақталады: әсерлесуге дейінгі бөлшектердің массалық сандарының қосындысы, одан кейінгі бөлшектердің массалық сандарының қосындысына тең. Элементар бөлшектер үшін массалық сан орнына бариондық заряд (бариондық сан) В  шамасы қолданылады. Барлық барион деп аталатын бөлшектердің, оның ішінде протон мен нейтронның да, бариондық зарядтары 1, кварктардың бариондық зарядтары 1/3, ал басқа бөлшектердің бариондық заряды нөлге тең. Антибөлшектердің бариондық зарядтары теріс таңбамен алынған бөлшектердің бариондық зарядтарына тең. Ядроның массалық саны А оның құрамындағы нуклондардың саны, демек оның бариондық заряды болады. Ядро үшін В=А. Сонымен, ядролар мен элементар бөлшектер қатысатын барлық әсерлесулерде бариондық заряд сақталады. Бариондық зарядтың сақталу заңы кейбір басқа шамалардың (энергияның, импульстың, импульс моментінің, электр зарядының) сақталу заңдары бойынша рұқсат етілген құбылыстардың (мысалы, протонның нықтығын ) өтпейтін себебін түсіндіреді. Бариондық зарядтың сақталу заңы ядроның да нықтығын қамтамасыз етеді. Сонымен, табиғаттағы барлық заттардың іргесін құратын атомдардың құрамына, толып жатқан сан алуан элементар бөлшектердің үшеуі ғана : протон, электрон, нейтрон кіреді. Басқа бөлшектер реакциялар мен түрленулер кездерінде ғана байқалады. Жеңіл нық ядролардың нейтрондары мен протондарының сандары бірдей, ал ауыр нық ядролар үшін нейтрондардың сандары протондарының санынан 1,5 еседей көп болады. Жалпы b-ыдырауға нық ядролар үшін   Масса ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі. Ол оның екпіндік, күш әсерінен қозғалыс күйінің өзгерісіне қарсыласу қабілетін сипаттайды. Ядроның массасын біз кіріспеде атаған массаның атомдық бірлігімен (м.а.б.) өлшеген ыңғайлы. Оған ХЖ-де 1.66×10^-27кг сәйкес келеді. Атом ядроларының массалары оны құраушылырдың массаларының қосындысына тең емес, одан аздап болса да кіші                           

Салыстырмалық теориясы бойынша кезкелген массасы М дененің Е=Мс² энергиясы болады. Мұндағы с = 3×10⁸м/с вакуумдағы жарық  жылдамдығы. Атом ядросынада осындай энергия сәйкес келеді. Және 2.1.-де атағанымыздай ядроның қозған күйінің энергиясы, оның негізгі күйінің энергиясынан қозу энергиясына жоғары болады. Егер ядроның қозу энергиясын  алсақ, онда қозған күйдегі ядроның массасы оның негізгі күйдегі массасынан -қа артық болады. Бұл жерде, біз тұтас күйінде (массалар центрі) тыныш тұрған ядролар жайында әңгімелеп отырғанымызды ескерте кетейік.

2.

 Кезкелген ядроның М_я(А,Z) массасы оның құраушыларының Zm_p+(A-Z)m_n массаларының қосындынсынан аз. Демек, ядроны дербес құраушыларға жіктеу үшін, оған осы массалардың айырмасына сәйкес энергия жұмсау керек. Осы, ядроны дербес құраушыларға толық жіктеу үшін жасалатын  жұмысқа тең,  энергия ядроның байланыс энергиясы деп аталады. Дәл осындай энергия ядроны дербес протондар мен нейтрондардан құрастырғанда бөлініп шығады. Іс жүзінде анықтамаларда, көбінесе, бейтарап атомдардың массалары беріледі. Сондықтан ядронының байланыс энергиясын бейтарап атомдардың массалары арқылы түрінде өрнектеген ыңғайлы. Мұнда -сутегі атомының, М(А,Z)- байланыс энергиясы анықталатын (А,Z) ядроға сәйкес атомның массасы. (2.23)-тің орнына (2.24)-ті пайдаланғанда, біз (А,Z) атомға Z электрондардың байланыс энергиясы мен Z сутегі атомына электрондардың байланыс энергияларының айырмасына тең қате жібереміз. Бірақ ол қате ядроның байланыс энергиясын тәжірибелерде анықтау кезінде жіберілетін статистикалық қателіктерден әлдеқайда кем, оны елемеуге болады. (2.24) формуласы кезкелген бірліктер жүйесінде пайдалануға болатын әмбебап өрнек. Бірақ ол ядролық физикада пайдалануға ыңғайсыз. Ядролық физикада массаның бірлігі үшін массаның атомдық бірлігі (м.а.б), энергия үшін мегаэлектронвольт (МэВ) қолданылады. (2.24) өрнегін осы бірліктерге бейімдеп жазсақ, шығады. Бұл өрнекке қойылатын массалар массаның  атомдық бірлігімен (м.а.б) өлшенген болуы керек. Меншікті байланыс энергиясы. Оның ядроның зарядтарына тәуелділігіБайланыс энергиясы ядроның нықтығын сипаттайтын негізгі шамалардың бірі. Бірақ ол құрамдары әртүрлі ядролардың нықтықтарын салыстыруға жарамайды. Мысалы, ⁵⁶Fe темір-56 ядросының байланыс энергиясы 492.2 МэВ, ал ²³⁴U уран ядросының байланыс энергиясы 1778.6 МэВ. Уран ядросының байланыс энергиясы темірдікіне қарағанда 3,5 еседей артық. Соған қарамастан ⁵⁶Fe ең берік, Жерде көп таралған изотоптардың бірі, ал ²³⁴U - a-ыдырауға душар, жартылай ыдырау периоды 2,5 ×10⁵ жыл ядро. Ядролардың нықтығын дәлірек сипаттайтын , қолдануға ыңғайлы шама меншікті байланыс энергиясы

                                                                    (2.26)

                                                      ядроның бір бөлшегіне тиісті орташа байланыс энергиясы. Байланыс энергиясының анықтамасынан меншікті байланыс энергиясының екі тәуелсіздің - ядроның электр және бариондық зарядтарының - функциясы екені көрінеді. Егер барлық белгілі ядролар (2000 жуық) үшін меншікті байланыс энергиясының зарядтарға тәуелділігін сызсақ, ол энергетикалық деп аталатын бет береді. Ол беттін түрі, 2.8-суретте көрсетілгендей жота сияқты болады. Жотаның қырында жататын нүктелер меншікті байланыс энергиясы ең үлкен, яғни b-ыдырауға нық, ядроларға сәйкес келеді. Жотаның бөктерлерінде жататын ядролар b⁺ немесе b^-- ыдырауға душар болады. Жотаның қырының (А,Z) жазықтығына проекциясы, яғни b-ыдырауға нық ядролар үшін олардың зарядтарының өзара тәуелділігі

                                                  (2.27)

3.

Тамшылық модел ядроның ұжымдық моделінің ең карапайым түрі. Ядроның радиусын әртүрлі әдістермен анықтау, оның А массалық санға тәуелділігін (2.48")өрнегімен   бейнелеуге   болатынын   көрсетті.   Демек  барлық ядролар үшін нуклондардың концентрациясы бірдей

нукл/м³(4.1)олардың тығьздықтары да     (4.2) орташа нуклон аралық қашықтықтары даТәуелсіз бөлшектер моделдерінің ең карапайымы Ферми-газ моделі. Бұл моделде дербес нуклон-нуклондық әсердесулердің үстемелесі (суперпозициясы) болып табылатын күрделі көріністің орнына,  ядрода нуклондардың бір-біріне тәуелсіз, ені  орташаланған     күш    өрісіндегі қозғалысы карастырылады. Бір-бірімен күшті әсерлесетін нуклондар үшін мұндай пайымдау ақылға симайтын сияқты. Бірақ, нуклондардың фермиондар екенін ескерсек, мұндай жағдай мүмкін болады. Кезкелген фермиондардан тұратын жүйенің негізгі күйінде барлық төменгі деңгейлер толтырылған. Сондықтан әсерлесу кезінде нуклондар энергия алмастыра алмайды (энергиясы азайған нуклон түсетін орын жоқ). Нуклондарды ядродан шығармай ұстап тұратын потенциялық шұңқырдың тереңдігін былайша табуға болады. Ядроның негізгі күйіне ферми-газдың, барлық төменгі деңгейлері нуклондарға толған, абсолют нөлдік температуралық     күйі     сәйкес     келеді.     0ндағы     барлық нейтрондардың саны(4.3)мұндағы -ядродағы деңгейлер тығыздығы, р-нейтронның импульсы,  -ядроның колемі, р_макс- ядроның негізгі күйі үшін импульстың ең үлкен мәні.Интегралдау нәтижесінде (4.4.)немесе, симметриялы (жеңіл) А=2N ядро үшіншығады. Бұл жерде біз г_о=1,2фм деп алдық. Осыдан нейтронның кинетикалық энергиясының ең үлкен мәні

Нейтронның ядроға байланыс энергиясының орташа мәні 8МэВ. Соңдықтан потенциялық шұңқырдың терендігіболады (4.1-а сурет), Симметриялы ядро үшін протондар үшін де дәл сондай нәтиже шығады.Асимметриялы (N>Z) ядро үшін

болады (4.1-6 сурет). Бұрын түсіндіргеніміздей бұған себеп протондар  арасындағы  электрлік тебілу. Оның салдарынан протондық шүңқырдың түбі көтеріледі және өрнегі өзгереді. Ядродағы нуклондардың орташа кинетикалық энергиясы

Алынған,   потенциялық шұңқырдың  тереңдігі  V_о  мен кинетикалық энергияның орташа пәні  баска әдістермен анықталған мәндермен ұйкасады. Демек, ядроның тәуелсіз бөлшектік моделі де ядроның кейбір касиеттерін дұрыс түсіндіреді.

4.

Радиоактивтілік  деп кейбір ядролардың өз бетімен бір немесе бірнеше бөлшек шығарып түрленуін атайды. Мұндай түрленуге душар ядроларды радиоактивті деп, ал олар шығаратын бөлшектер ағынын радиоактивтік нұр деп атайды. Түрлену тән емес ядроларды нық дейді. Радиоактивтік  ыдырау кезінде ядроның Z атомдық нөмері де, А массалық саны да өзгеруі мүмкін. Екеуіде өзгермей ядроның ішкі күйі ғана, оған сәйкес, энергиясы ғана өзгеруі мүмкін.

Радиоактивтік ыдырау өту үшін, ол энергиялық тиімді болуы тиіс, яғни, ыдырайтын ядроның массасы ыдыраудан кейінгі жүйенің-пайда болған жарқыншақ ядро мен бөлшектердің - толық массасынан артық болуы керек. Бұл шарт радиоактивтік ыдырау үшін қажет, бірақ әрқашан жеткілікті емес. Кейде энергиялық тиімді құбылыстар басқа сақталу заңдарының орындалмауының салдарынан орын алмайды. Мысалы,  ядросының, екі электрон шығарып, ыдырауы энергиялық аса тиімді құбылыс. Бірақ, бұл ыдыраү электр зарядының, бариондық зарядтың, лептондық зарядтың сақталү шартына  қайшы келеді. Сондықтан, бұл процесс табиғатта кездеспейді.

Бақылау радиоактивтіліктің статистикалық құбылыс екенін көрсетеді. Бірдей екі ядроның ыдырау уақыттары бірдей емес. Бірақ, бірдей ядролардың өте көп саны үшін есептелген олардың орташа өмір сүру уақыты, олардың пайда болу жолына да, оларды қоршаған ортаның күйіне (температура, қысым, агрегат күйі) де тәуелсіз, тек осы ядроларды ғана сипаттайтын шама.

Пайда болу тегіне байланысты радиоактивтіліктің екі түрі болады. Адамның іс әрекетіне тәуелсіз, табиғатта, онда элементтер пайда болғаннан бері бар, радиоактивтілік табиғи деп аталады. Ал, адамзаттың іс әрекетіне байланысты пайда болған немесе қолдан жасалған радиоактивтілік жасанды деп аталады.

Табиғатта радиоактивтіліктің үш түрі кездеседі: a-ыдырау, b-ыдырау, g-нұрлану. Бұлармен қатар табиғи

радиоактивтілік қатарына ауыр ядролардың өздігінен бөлінуін де қосады.

Жасанды радиоактивтілік ыдыраудың осы 4 түріне қоса, кешіккен нейтрондық және протондық ыдырауларды қамтиды.

Іс жүзінде радиоактивті деп өмірлерін радиотехникалық әдістермен өлшеу мүмкін ядроларды атайды. Ол қазіргі жағдайда 10^-9 C-тен 10²² жылға дейінгі аралықты қамтиды.

Физикалық тұрғыдан радиоактивті ядролардың өмір сүру уақыты сипаттық ядролық уақыттан әлдеқайда үлкен уақыттан одан орасан  үлкен уакытқа дейінгі аралықты қамтиды.

Радиоактивті ыдырауға тән уақыттардың ядролық құбылыстарға тән уақытқа қарағанда өте ұзақ болуының әртүрлі себептері бар, оларды біз тиісті бөлімдерде қарастырамыз.

Жоғарыда атағанымыздай, радиоактивті ыдырау энергиялық тиімді болуы керек. Ол үшін

                                        (3.1)

болуы керек. Мұндағы М_а – аналық, ыдырайтын ядроның массасы, М_у- ұрпақтық, пайда болған ядроның массасы, - ыдырау кезінде бөлініп шығатын бөлшектердің массаларының қосындысы, Е- ыдырау энергиясы. Ыдырау энергиялық тиімді болу үшін, Е>0 болуы керек. Мұндай құбылысты экзоэнергиялық (экзотермиялық) деп атайды.

5.

6.

7.

Радиоактивтілік  деп кейбір ядролардың өз бетімен бір немесе бірнеше бөлшек шығарып түрленуін атайды. Мұндай түрленуге душар ядроларды радиоактивті деп, ал олар шығаратын бөлшектер ағынын радиоактивтік нұр деп атайды. Түрлену тән емес ядроларды нық дейді. Радиоактивтік  ыдырау кезінде ядроның Z атомдық нөмері де, А массалық саны да өзгеруі мүмкін. Екеуіде өзгермей ядроның ішкі күйі ғана, оған сәйкес, энергиясы ғана өзгеруі мүмкін.

Радиоактивтік ыдырау өту үшін, ол энергиялық тиімді болуы тиіс, яғни, ыдырайтын ядроның массасы ыдыраудан кейінгі жүйенің-пайда болған жарқыншақ ядро мен бөлшектердің - толық массасынан артық болуы керек. Бұл шарт радиоактивтік ыдырау үшін қажет, бірақ әрқашан жеткілікті емес. Кейде энергиялық тиімді құбылыстар басқа сақталу заңдарының орындалмауының салдарынан орын алмайды. Мысалы,  ядросының, екі электрон шығарып, ыдырауы энергиялық аса тиімді құбылыс. Бірақ, бұл ыдыраү электр зарядының, бариондық зарядтың, лептондық зарядтың сақталү шартына  қайшы келеді. Сондықтан, бұл процесс табиғатта кездеспейді.

Бақылау радиоактивтіліктің статистикалық құбылыс екенін көрсетеді. Бірдей екі ядроның ыдырау уақыттары бірдей емес. Бірақ, бірдей ядролардың өте көп саны үшін есептелген олардың орташа өмір сүру уақыты, олардың пайда болу жолына да, оларды қоршаған ортаның күйіне (температура, қысым, агрегат күйі) де тәуелсіз, тек осы ядроларды ғана сипаттайтын шама.

Пайда болу тегіне байланысты радиоактивтіліктің екі түрі болады. Адамның іс әрекетіне тәуелсіз, табиғатта, онда элементтер пайда болғаннан бері бар, радиоактивтілік табиғи деп аталады. Ал, адамзаттың іс әрекетіне байланысты пайда болған немесе қолдан жасалған радиоактивтілік жасанды деп аталады.

Табиғатта радиоактивтіліктің үш түрі кездеседі: a-ыдырау, b-ыдырау, g-нұрлану. Бұлармен қатар табиғи

радиоактивтілік қатарына ауыр ядролардың өздігінен бөлінуін де қосады.

Жасанды радиоактивтілік ыдыраудың осы 4 түріне қоса, кешіккен нейтрондық және протондық ыдырауларды қамтиды.

Іс жүзінде радиоактивті деп өмірлерін радиотехникалық әдістермен өлшеу мүмкін ядроларды атайды. Ол қазіргі жағдайда 10^-9 C-тен 10²² жылға дейінгі аралықты қамтиды.

Физикалық тұрғыдан радиоактивті ядролардың өмір сүру уақыты сипаттық ядролық уақыттан әлдеқайда үлкен уақыттан одан орасан  үлкен уакытқа дейінгі аралықты қамтиды.

Радиоактивті ыдырауға тән уақыттардың ядролық құбылыстарға тән уақытқа қарағанда өте ұзақ болуының әртүрлі себептері бар, оларды біз тиісті бөлімдерде қарастырамыз.

Жоғарыда атағанымыздай, радиоактивті ыдырау энергиялық тиімді болуы керек. Ол үшін

                                        (3.1)

болуы керек. Мұндағы М_а – аналық, ыдырайтын ядроның массасы, М_у- ұрпақтық, пайда болған ядроның массасы, - ыдырау кезінде бөлініп шығатын бөлшектердің массаларының қосындысы, Е- ыдырау энергиясы. Ыдырау энергиялық тиімді болу үшін, Е>0 болуы керек. Мұндай құбылысты экзоэнергиялық (экзотермиялық) деп атайды.

Өткен бапта қарастырылған мөлдірлік коэффициенті D ядроның ішіндегі оның шетіне жақын альфа бөлшектің ядродан шығуының ықтималдылығын анықтайды. Тәжрибеде өлшенетін l ыдырау тұрақтысын анықтау үшін тағы екі шаманы білу қажет. Ол ядрода нейтрон мен протондардың альфа-бөлшекке топталуының Р ықтималдылығы мен құрылған a-бөлшектің ядроның қабырғасымен n соқтығысу жиілігі. Осыларды ескеріп ыдырау тұрақтысын (3.53) деп алуға болады. Альфа-бөлшектердің пайда болу Р ықтималдылығын есептеудің анық қалыптасқан теориясы жоқ. Сондықтан әртүрлі моделдер қолданылады. Ядроның a-бөлшектік моделі бойынша ядролар дайын a-бөлшектерден (класстерлерден тұрады). Мұндай ядролар үшін, әрине, P=1. Бірақ, мұндай жағдайлар сирек кездеседі. Зерттеулер көбінесе ядроның құрамында a-бөлшектердің жоқтығын, олардың альфа-ыдырау алдында ғана құралатынын көрсетеді. Жұп-жұп ядроларда дайын протондық және нейтрондық қосақтар бар. Альфа-бөлшектердің олардан құралуы оңайырақ, ондай ядролар үшін Р бірге жақын. Бөлшектердің ядроның қабырғасына-потенциялық тосқауылдың шетіне соғылу жиілігі оның ядроны  өту уақытына кері шама (3.54) Мұндағы -альфа-бөлшектің жылдамдығы, R-ядроның радиусы.  шамасын, көбіне, экспонента алдындағы көбейткіш деп атайды. Жоғарыда қарастырылған түсіндірме бойынша  (3.55)

Ландау бұл көбейткішті деңгейлерінің ара қашықтығы, ядроның қарастырылатын деңгейлерінің d орташа ара қашықтығына тең, осциллятордың жиілігіне тең деп жобалады

(3.56) Екі пайымдау үшін де бұл көбейткіштің мәні . Осылардан альфа-ыдырау тұрақтысы үшін  (3.57)шығады. Осыдан

 (3.58) Оны қарапайым түрлендірулердің көмегіме  (3.59) түріне келтіруге болады. Бұл өрнек Гейгер-Нетолл формуласына ұқсас және оның дәлірек түрі болып табылады. (3.59)-формуласы кинетикалық энергияның аз (2.5 еседей) өзгерісіне ыдырау тұрақтысының аса үлкен өзгерісінің сәйкестігін түсіндіреді. (3.57) формуласы ыдырау тұрақтысы мен бөлшектердің кинетикалық энергиясын ғана байланыстырмайды. Ол ыдырау тұрақтысының ядроның Z заряды мен R радиусына тәуелділігін де өрнектейді. альфа-ыдырау кезінде бөлшекке оның кинетикалық энергиясынан біраз биік потенциялық тосқауылдан өтуге тура келеді. Сондықтан, альфа-ыдыраудың баяу өтуі таңғарларлық емес. Керісінше, оның жалпы өтетіндігіне таңғалуға болады. Классикалық физикада мұндай оқиға мүлдем мүмкін емес. Микробөлшектердің қозғалысы классикалық физикамен емес кванттық физикамен түсіндіріледі. Олардың мұндай тосқауылдан өту мүмкіндігі бар. Бөлшектер үшін тосқауылда тесік бар сияқты, бөлшектер тосқауылдан сол тесіктер арқылы, таудағы тесік (туннел) арқылы көлік өтетініне ұқсас, өтетін сияқты. Бұл құбылыс

туннелдік өту немесе туннелдік эффект деп аталды. Бұл құбылысты анығырақ түсіну үшін, бір мөлшерлі, тікбұрышты потенциялық тосқауылды қарастырайық (3.6-сурет). Бұл жағдайда потенциялық энергияның мәндері мынадай:

.

Бөлшектің осы потенциялық  тосқауылды өту мүмкіндігі қандай? Кинетикалық энергиясы Т0 бөлшек солдан оңға қарай қозғалсын.

Kванттық механикада бөлшектің қозғалысы y толқындық функциямен анықталады, ал оның шаршысы бөлшекті берілген орында табудың ықтималдылығының тығыздығын береді. Толқындық функцияны табу үшін

          (3.36)

Шредингер теңдеуін шешу керек. Мұндағы m-бөлшектің массасы (дәлірек m бөлшек пен ядроның келтірілген m=M_a×М_я/(М_я+М_a) массасы), Е-толық энергия, V-бөлшектің потенциялық энергиясы, -Ла-Пласс операторы.

Бір мөлшерлі қозғалыс үшін, теңдеу қарапайым

8.

Радиоактивтілік  деп кейбір ядролардың өз бетімен бір немесе бірнеше бөлшек шығарып түрленуін атайды. Мұндай түрленуге душар ядроларды радиоактивті деп, ал олар шығаратын бөлшектер ағынын радиоактивтік нұр деп атайды. Түрлену тән емес ядроларды нық дейді. Радиоактивтік  ыдырау кезінде ядроның Z атомдық нөмері де, А массалық саны да өзгеруі мүмкін. Екеуіде өзгермей ядроның ішкі күйі ғана, оған сәйкес, энергиясы ғана өзгеруі мүмкін.

Радиоактивтік ыдырау өту үшін, ол энергиялық тиімді болуы тиіс, яғни, ыдырайтын ядроның массасы ыдыраудан кейінгі жүйенің-пайда болған жарқыншақ ядро мен бөлшектердің - толық массасынан артық болуы керек. Бұл шарт радиоактивтік ыдырау үшін қажет, бірақ әрқашан жеткілікті емес. Кейде энергиялық тиімді құбылыстар басқа сақталу заңдарының орындалмауының салдарынан орын алмайды. Мысалы,  ядросының, екі электрон шығарып, ыдырауы энергиялық аса тиімді құбылыс. Бірақ, бұл ыдыраү электр зарядының, бариондық зарядтың, лептондық зарядтың сақталү шартына  қайшы келеді. Сондықтан, бұл процесс табиғатта кездеспейді.

Бақылау радиоактивтіліктің статистикалық құбылыс екенін көрсетеді. Бірдей екі ядроның ыдырау уақыттары бірдей емес. Бірақ, бірдей ядролардың өте көп саны үшін есептелген олардың орташа өмір сүру уақыты, олардың пайда болу жолына да, оларды қоршаған ортаның күйіне (температура, қысым, агрегат күйі) де тәуелсіз, тек осы ядроларды ғана сипаттайтын шама.

Пайда болу тегіне байланысты радиоактивтіліктің екі түрі болады. Адамның іс әрекетіне тәуелсіз, табиғатта, онда элементтер пайда болғаннан бері бар, радиоактивтілік табиғи деп аталады. Ал, адамзаттың іс әрекетіне байланысты пайда болған немесе қолдан жасалған радиоактивтілік жасанды деп аталады.

Табиғатта радиоактивтіліктің үш түрі кездеседі: a-ыдырау, b-ыдырау, g-нұрлану. Бұлармен қатар табиғи

радиоактивтілік қатарына ауыр ядролардың өздігінен бөлінуін де қосады.

Жасанды радиоактивтілік ыдыраудың осы 4 түріне қоса, кешіккен нейтрондық және протондық ыдырауларды қамтиды.

Іс жүзінде радиоактивті деп өмірлерін радиотехникалық әдістермен өлшеу мүмкін ядроларды атайды. Ол қазіргі жағдайда 10^-9 C-тен 10²² жылға дейінгі аралықты қамтиды.

Физикалық тұрғыдан радиоактивті ядролардың өмір сүру уақыты сипаттық ядролық уақыттан әлдеқайда үлкен уақыттан одан орасан  үлкен уакытқа дейінгі аралықты қамтиды.

Радиоактивті ыдырауға тән уақыттардың ядролық құбылыстарға тән уақытқа қарағанда өте ұзақ болуының әртүрлі себептері бар, оларды біз тиісті бөлімдерде қарастырамыз.

Жоғарыда атағанымыздай, радиоактивті ыдырау энергиялық тиімді болуы керек. Ол үшін

                                        (3.1)

болуы керек. Мұндағы М_а – аналық, ыдырайтын ядроның массасы, М_у- ұрпақтық, пайда болған ядроның массасы, - ыдырау кезінде бөлініп шығатын бөлшектердің массаларының қосындысы, Е- ыдырау энергиясы. Ыдырау энергиялық тиімді болу үшін, Е>0 болуы керек. Мұндай құбылысты экзоэнергиялық (экзотермиялық) деп атайды.

Бета-ыдырау деп ядроның электронның немесе позитронның қатысуымен өтетін түрленуін атайды. Бұл кезде ядроның атомдық нөмері ±1-ге өзгереді де, массалық саны өзгермейді. Ядро атомдық нөмері Z±1 изобарлық ядроға айналады. Қатысатын бөлшектердің түрі мен өтетін құбылыстарға қарай бета-ыдыраудың үш түрін ажыратады.Электрондық b-ыдырау кезінде (А,Z) ядро электрон мен антинейтрино шығарып, (А,Z+1) ядроға айналады (3.60) бұған ядроның бір нейтронының протонға айналуы (3.61) сәйкес келеді.Позитрондық ыдырау кезінде ядродан позитрон мен нейтрино бөлініп шығып, (А,Z) ядро (А,Z-1) ядроға айналады

 (3.62) оған, ядроның құрамындағы бір протонның нейтронға айналуы  (3.63)

сәйкес келеді. Бета-ыдырауға (А,Z) ядроның атомның электрондық қабығынан бір электрон қарпып, (А,Z-1) ядроға айналуын да жатқызады.                            (3.64)

Ол протонның электрон жұтып нейтронға түрленуіне сәйкес келеді

                                                     (3.65)

Бұл түрленуді электрондық қарпу деп атайды. Көбінесе К-орбитадағы электрондар қарпылады. Осыған орай электрондық қарпуды К-қарпу деп те атайды. Электрондық қарпу сирек болса да, басқа орбиталардағы (L,M) электрондармен де өтеді.

Қазіргі көзқарасша бета-ыдырау элементар бөлшектердің іргелі нәзік әсерлесуінен туады. Ол кварктардың өзара түрленуіне сәйкес келеді. Электрондық -ыдырау кезінде бір d-кварк u-кваркқа, позитрондық  ыдырау кезінде бір u-кварк d-кваркқа айналады.

Бета түрлену, кезкелген өздігінен түрлену сияқты, энериялық тиімділік шарты орындалса, яғни, бастапқы жүйенің массасы ақырғы жүйенің массасынан артық болса ғана өтеді. Бұл шарт бета-ыдыраудың түрлері үшін былай жазылады.

Электрондық ыдырау үшін

                (3.66)

Мұндағы М_я –ядроның массасы, m_e – электронның массасы. Бұл жерде біз , деп алдық. Бұл теңсіздікті сәйкес атомдар үшін жазсақ  

                      (3.67)

алынады. 

Позитрондық ыдырау үшін

                 (3.68)

немесе

          (3.69)

Электрондық (К-) қарпу үшін

               (3.70)

немесе

                    (3.71)

Егер (3.69) шарты орындалса, (3.71) шарты да орындалады.

Энергиялық тұрғыдан К-қарпу позитрондық ыдыраудан тиімдірек. Сондықтан кезкелген позитрондық ыдыраумен бәсекелесе К-қарпу да өтеді. Бірақ, кезкелген К-қарпумен бәсекелесе позитрондық ыдырау орын алады деуге болмайды.  болса, К-қарпу рұқсат етілген де, позитрондық ыдырау тиімсіз.

Мұндай ыдыраудың мысалы ретінде ядросының ыдырауын қарастыруға болады. Бұл түрлен нәтижесінде  ядросы пайда болады. Бұл ядролардың тыныштық күйлерінің энергияларының айырмасы 0,864МэВ, позитрондық ыдырауға керек ең аз энергия 2m_ec²=1,02МэВ энергиядан аз. Сондықтан ядросы К-қарпу арқылы ғана түрлене алады

Кейде (А,Z) ядро үшін (3.67) шарты да, (3.69)-шарты да орындалады. Мұндай ядрода бета-ыдыраудың 3 түрі де бәсекелесе өтеді. Мұндай түрленуге  ядросы мысал бола алады. Оның ыдырауында электрондық ыдыраудың үлесі 40%, К-қарпудың ұлесі 40%, позитрондық ыдыраудың үлесі 20%.

(3.67), (3.69) шарттарымен қоса шарты орындалса, ядроға ядроға өту тиімді. Бірақ (3.67) шарты бойынша  түрленуіне, демек тізбекті  түрленуіне тиім салынған. Мұндай жағдайда М(А,Z-1) ядросының бірден 2 электрон шығарып, тікелей М(А,Z+1) ядроға  түрленуін жоққа шығаруға болмайды. Бірақ кейінірек көрсетілетіндей мұндай түрленудің ықтималдылығы өте мардымсыз болады. Бұл өз ретінде табиғатта изобарлық мультиплеттердің кездесуіне себеп болады

9.

 кез келген ядронын ) массасы оны кураушыларынын  массаларынын косындысынан аз.Демек,ядроны дербес кураушыларга жиктеу ушин,оган осы массаларынын айырмасына сайкес энергия жумсау керек.Осы,ядроны дербес кураушыларга толык жиктеу ушин жасалатын жумыска тен. (1) энергия ядронын байланыс энергиясы д.а.Дал осындай энергия ядроны дербес протондар мен нейтрондардан курастырганда болинип шыгады.Ис жузинде кобинесе бейтарап атомдардын массалары бериледи.сондыктан ядронын байланыс энергиясын бейтарап атомдардын массалары аркылы   (2) туринде орнектеген ынгайлы.(2) формуласы кезкелген бирликтер жуйесинде пайдалануга болатын амбебап орнек.бирак ол ядролык физикада пайдалануга ынгайсыз.ядр физикада массанын бирлиги ушин массанын атомдык бирлиги,энергия ушин мегаэлектронвольт колданылады.. Бул орнекке койылатын массалар массанын атомдык бирлигимен олшенген болуы керек.

10.

Қазіргі кезде біз атомның оң зарядталған ядродан және сол ядроны айнала қозғалатын теріс зарядталған электроннан тұратынын жақсы білеміз. Электрон теріс зарядталған бөлшек. Ядроның заряды оң. Ол +eZ-ке тең, мұндағы е-электрон зарядының шамасы, z- Менделеев кестесіндегі элементтің (реттік) атомдық нөмірі.

Алайда мұндай моделді біз бірден құра алғанымыз жоқ. Атом құрылысының моделін жасаушылардың бәрі бірдей табысқа жеткен жоқ. Солардың бірі ағылшын ғалымы Дж. Томсон еді. М.Фарадей 1833 жылы электролиз құбылысын зерттеу барысында электролит ертiндiлерiндегi ток иондардың реттелген қозғалысы екенiн анықтады. Ал 1897 жылы Дж.Томсон сиретiлген газдардағы электр разрядын зерттеу барысында қыздырылған немесе ультракүлгiн жарықпен сәулелендiрiлген кез-келген химиялық элементтiң атомы өзiнен терiс зарядталған бөлшектердi шығатынын анықтады. Осылай алғашқы элементар бөлшек – электрон ашылды. Атом құрлысының күрделiлiгiне нұсқайтын тағы бiр бұлтартпас факт 1869 жылы орыс ғалымы Д.И.Менделеев ашқан химиядық элементтердiң периодтылық заңы. Атомдық масса өскен кезде элементтердiң қасиеттерiнiң қайталануын атомның құрамына кiретiн бөлшектердiң саны өскен кезде оның iшкi құрылымының қандай да бiр ерекшелiгiнiң қайталануымен түсiндiруге болатындай.

   

1.1 – сурет - Томсон моделі   1.2 – сурет -Резерфорд моделі

Атомды күрделi жүйе деп ұйғарып, оның алғашқы моделiн ұсынған ғалым – Дж.Томсон. Томсон моделi бойынша атом дегенiмiз радиусы шамамен 10^-10  м болатын шар. Бұл шардың бүкiл көлемi оң зарядталған, ал терiс зарядталған электрондар оның iшiнде су тамшысының iшiнде жүзiп жүрген түйiршiктер тәрiздiқозғалып жүредi (1.1 - сурет). Томсон моделi атомның бiрқатар қарапайым қасиеттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жағдайда қиыншылыққа тiрелетiн.

Ал, 1911 жылы ағылшын физигі Резерфорд атомның ядролық моделін ұсынды. Ол өз тәжiрибелерiнде аса шапшаң α-бөлшектер жұқа алтын фольгадан шашыраған кездегi бұрыштық таралуын зерттей келе атомның планетарлық моделi деп аталатын моделiн ұсынды. Резерфордтың бұл моделi бойынша атомдағы оң зарядтар Томсон моделiндегiдей бүкiл көлемде таралмай, керiсiнше, оның орталығында жинақталады. Оны атом ядросы деп атайды.

Ал электрондар болса Күн жүйесiндегi планеталар тәрiздi ядроны айнала қозғалып жүредi (1.2 - сурет). Электрондардың массасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей дерлiк массасы ядрода шоғырланған. Ядроның өлшемi атомның өлшемiмен салыстырғанда шамамен 10⁵ еседей кiшi.

Алайда Резеофорд ұсынған модель классикалық электродинамика тұрғысынан қарастырғанда, орнықсыз болып шығады. Бұл Резерфорд моделінің бірінші кемшілігі. Сонда біз мынадай қайшылыққа келер едік. Электрон ядроны айнала қозғалады дедік. Классикалық электродинамика тұрғысынан қарағанда, үдей қозғалған электрон жарық толқындарын шығаруы керек, сөйтіп, электронның энергиясы кемуі керек. Электрон өне бойы энергия шығарып, ядроға жақындай береді де, ақырында ядроға «құлап" түсуі керек. Екіншіден, ядроға жақындаған сайын электронның ядроны айналу периоды кеми беруі, ал жиілігі үздіксіз арта беруі керек. Сөйтіп, атом шығарған жарықтың спектрі тұтас спектр болуға тиіс. Ал өмірде бұл екеуі де орындалмайды. Дәлірек айтқанда, атом орнықты жүйе және атом шығаратын жарық спектрі – сызықтық спектр. Олай болса, атом құрылысын түсіндіруге классикалық механика заңдарын қолдануға болмайды.

Резерфордтың бұл моделін Данияның атақты физигі Нильс Бор жаңа тұрғыдан қарап, жоғарыдағы қайшылқтарды шешті. Н.Бор мынандай постулаттар ұсынды.

11.

Гамма-кванттың энергиясының мөлшері, арасында радиациялдық көшу
өтетін, ядроның деңгейлерінің энергияларының айырмасымен анықталады.
Энергия мен импульстің сақталу заңына сәйкес тыныш тұрған ядроның
нұрлануы үшін

12.

Ядролық реакция ұғымын әртүрлі түсінуге болады. Ең кең жалпы мәнінде оған ядролық әсерлесудің қатысуымен өтетін кезкелген екі немесе одан көп бөлшектердің (элементар немесе күрделі) соқтығысуынан туатын құбылыстарды жатқызады. Ядролық  реакцияларды белгілеудің бірнеше әдісі бар. Оның ең көрнекі және әмбебап түрі, химиялық реакциялардың белгілеуіне ұқсас. Реакцияның бағытын көрсететін сілтеменің сол жағына реакцияға қатысатын бастапқы бөлшектердің қосындысын, ал оң жағына ақырғы бөлшектердің қосындысын жазады. Мысалы, нәтижесінде 2 альфа-бөлшек беретін протон мен  ядросының соқтығысуы      (5.1) түрде, дейтрон мен тритонның соқтығысуынан a-бөлшек пен нейтронның тууымен аяқталатын реакция (5.2) түрінде  жазылады. Әрине, нәтижесінде екіден көп бөлшектер беретін  реакциялар да осылай жазылады. Мысалы, кальций ядросынан протон мен нейтронды гамма-кванттың көмегімен ұшырып шығару реакциясы : (5.3) түрінде жазылады.

1. Электрлік зарядтың сақталу заңы бойынша реакцияға дейінгі бөлшектердің зарядтарының қосындысы одан кейінгі бөлшектердің зарядтарының қосындысына тең болуы керек. 5.12) Ядролық реакцияларда дәл сақталатын шамалардың тағы біреуі оған қатысатын нуклондардың саны. Кейінгі зерттеулер барлық іргелі құбылыстарда нуклондардың ғана емес, барлық ауыр бөлшектер-бариондардың саны сақталатынын көрсетті. Бариондық зарядтың сақталу заңы табиғатта  сияқты реакцияның өтпеуін, яғни біздің әлемнің нықтығын қамтамасыз етеді.

2. Энергия мен импульстің сақталу заңдарыҚатты денелердің өзінде  ядролар бір-бірінен олардың өздерінің мөлшері (10^-12см) мен ядролық әсерлесу қашықтығына қарағанда, әлдеқайда үлкен (10^-8см) қашықтықта орналасқан. Сондықтан өзара әсерлесетін екі ядроны тұйық жүйе деп қарастыруға болады. Тұйық жүйе үшін толық энергия мен импульс сақталады. Ядролық реакциялар үшін энергияның сақталу заңы Е₁= Е₂  немесе Е₀₁+Т₁= Е₀₂+Т₂  (5.13) түрінде жазылады. Мұндағы Е₀₁ мен Е₀₂ , сәйкес, кірістік және шығыстық жүйелердің тыныштық энергиялары, ал Т₁ мен Т₂ оладың кинетикалық энергиялары. а+А ®b+B реакция үшін: . Жалпы жағдайда Е₀₁ мен Е₀₂ тең емес. Е₀₁- Е₀₂ айырмасын реакция энергиясы деп атап, оны Q әрпімен белгілейді. (5.13)- тен          (5.14)Егер Q>0 болса, онда тыныштық энергиясының есесінен кинетикалық энергия артады (бөлініп шығады). Q< 0 болса, керісінше жүйенің  тыныштық энергиясы (массасы) кинетикалық энергияның кемуі есебінен артады. Серпімді соқтығыс үшін  яғни Q=0. Демек, тек толық энергия емес, тыныштық энергиясы да, кинетикалық энергия да сақталады. Бұл кезде толық кинетикалық энергияны бөлшектер қайта бөліседі.

эндоэнергиялық реакцияның табалдырықтық энергиясы (табалдырығы) немесе  деп алсақ (5.18) шығады. Осыдан табалдырық әрқашан реакция энергиясынан үлкен болады.

13.

1940 жылдардың басында көптеген ғалымдардың – Э. Ферми (Италия), О. Ган, Ф. Штрассман (ГФР), О. Фриш (Ұлыбритания), Л. Мейтнер (Австрия), Г. Н. Флеров, К. Н. Петржак (Ресей) – еңбектерінің нәтижесінде уранды нейтрондармен сәулелендіргенді Периодтық жүйенің ортасындаңы элементтердің – барий мен лантанның пайда болатындығы дәлелденді. Осы нәтиже ядролық реакциялардың тіптен жаңа түрі – ядроның бөліну реакциясының бастамасына алып келді. Бұл реакция нәтижесінде ауыр ядро нейтрондардың әсерінен бірнеше жеңілірек ядроларға (жарықшақтарға), көбіне массалары жуық екі ядроға бөлінеді.

Мысалы:  уран ядросының бөлінуін қарастырайық.

 , (8)

ондағы  ядросы үш  -ыдыраудан соң  лантанның орнықты изотобына айналады

 .

Есептеулер ядролардың бөлінуі энергияның көп мөлшерінің шығарылуымен өтетіндігін көрсетеді. Шын мәнінде де, орташа массалы ядролар үшін меншікті байланыс энергиясы шамаен 8,7 МэВ, ал осы мезетте ауыл ядролар үшін ол 7,6 МэВ. Демек, ауыр ядролардың екі жарықшаққа бөлінуі кезінде бір нуклонға шамаме алғанда 1,1 МэВ энергия жұмсалуы керек.

14.

Ядролық реакторларда басқарылатын тізбектік бөліну реакциясы жұзеге асырылады. Тізбекті реакцияларды туғызатын нейтрондардың энергиясына қарай реакторлар  баяу нейтрондық, аралық нейтрондық, жоғары нейтрондық болып бөлінеді.

Кезкелген реактор мынадай бөліктерден турады: а) активті өңір, ол әлбетте, нейтрондарды шағылтқышпен қоршалады; б) жылу тасығыш; в) басқару жүйесі; г) радиациялық қорған; д) басқа конструкциялық элементтер; е) алыстан басқаратын тетік.

Реактордың жұмысы кезінде мынадай оқиғалар орын алады: а) бөлінудің экзотермиялығынан жылу бөлінеді; б) ядролық отын жанады және қайта өндіріледі; в) активті өңірдің, күшті радиоактивті және нейтронды жұтуы мүмкін жарқыншақтармен ластануы; г) қорған мен конструкциялық материалдардың нейтрондармен ластануы олардың екінші реттік радиоактивтілігін туғызады және олардың физика-химиялық қасиеттерін өзгертеді.

Реактордың негізгі сипаттамасы - оның қуаты-оның уақыт бірлігінде өндіретін жылу энергиясының мөлшері. Оны мегаваттпен (10⁶ватт) өлшейді. Реакторлардың түрлері көп. Оларға тән құрылымдардың біреуінің үлгісі 6.3-суретте берілген.

Реактордың басты бөлігі активті өңір. Ода бөліну реакциясы өтеді, яғни энергия бөлініп шығады. Жылулық және аралық нейтрондық реакторларда активті өңір, әлбетте, бөлінбейтін изотоппен араластырылған отын мен баяулатқыштан турады. Жылдам нейтрондық реакторлардың активті өңірінде баяулатқыш болмайды.

 Нейтрондардың ағып, сыртқа шығып кетуін азайту мақсатымен активті өңірді сфералық немесе оған жақын (мысалы, диаметрі мен биіктігі бірдей дерлік цилиндр немесе текше) пішінді жасайды.

Отын мен баяулатқыштың салыстырмалы орналасуына қарай гомогендік және гетерогендік реакторлар болады. Гетерогендік реакторлар көбірек таралған(6.3-cурет). Оларда активті өңір (1) баяулатқыштан (3) тұрады. Баяулатқышта жасалған қуыстарға (6) отын салынған кассеттер (4) орналастырылады. Осы қуыстар арқылы жылутасығыш та ағады. Жылу отын салынған кассеттерде бөлініп шығады. Осыдан оларды жылу бөлгіш элементтер (ЖБЭ) деп атайды. Реактордың жұмысы нейтрон жұтқыштардың (І) көмегімен басқарылады.

Нейтрондардың ағып шығып кетпеуінің ықтималдылығын арттыру үшін реактордың активті өңірін әртүрлі нейтрон шағылтқыштармен (2) қоршайды. Жылдам нейтрондармен істейтін реакторларда шағылтқыштың құрамына жылулық нейтрондармен бөлінбейтін, есесіне бөлінгіш изотоптарды қайта өндіруге қабылетті уран-238 немесе Th-232 изотоптарымен байытады. Мұндай шашыратқыштың альведосы кемиді, бірақ отынның қайта өндірілуін күшейтеді. Оны қайта өндіру өңірі деп атайды.

Активті өңірден энергияны жылу тасығыштың көмегімен шығарады. Жылу тасығыштарға қатаң талаптар қойылады: олардың жылу сыйымдылығы үлкен, нейтронды жұту қабілеті төмен, химиялық активтілігі төмен болуы тиіс. Бұл талаптардың бәрін бірдей қанағаттандыратын зат жоқ. Сондықтан, әртүрлі реакторларда әртүрлі (су, ауыр су, су буы, газ -⁴Не, сұйық натрий) жылутасығыштар қолданады.

Реакторлар қолданылуына қарай энергетикалық, өндірістік және зерттеу реакторы болып бөлінеді. Энергетикалық реакторларда ядролық отынның бөліну энергиясы энергияның басқа түріне айналдырылады.

15.

Табиғаттағы барлық заттар, бөлшектер бiр-бiрiмен әсерлеседi. Бiр қарағанда осындай сан-алуан болып келетiн әсерлесулер негiзiнен iргелi әсерлесу теп аталатын төрт түрлi әсерлесудiң нақтылы жағдайда көрiнiс табуы болып табылады. Iргелi әсерлесуге гравитациялық, электромагниттiк, күштi және әлсiз әсерлесулер жатады. Гравитациялық әсерлесу 1687 жылы И.Ньютон ашқан бүкiл әлемдiк тартылыс заңымен анықталады. Гравитацилық күштер кез-келген денелердiң арасында әсер етедi. Бiрақ массалары өте аз болғандықтан элементар бөлшектердiң арасында бұл күш ешқандай роль атқармайды. Кез-келген зарядталған дене немесе бөлшек электромагниттiк әсерлесуге қатысады. Атомдардың, молекулалардың кристаллдардың болуы газ, сұйық және қатты денелердiң қасиеттерi осы күштiң негiзiнде анықталады. Күштi әсерлесу мезондар мен бариондарға, яғни адрондарға тән. Лептондар мен фотон күштi әсерлесуге қатыспайды. Ол қысқа аралықта ғана, шамамен 10^-15м, әсер етедi. Бұл аралықтағы оның мәнi гравитациялық және электромагниттiк күштермен салыстырғанда өте үлкен. Әлсiз әсерлесуге фотоннан басқа кез-келген бөлшек қатысады. Бұл күштердiң әсер ету аймағы 10^-18м. Әлсiз әсерлесудiң мысалдары нейтронның, мюонның және зарядталған пиондардың төмендегi ыдыраулары.Қазiргi заман физикасының ең күштi теориялары кванттық механикада, кванттық электродинамика мен кванттық хромодинамикада бөлшектердiң өзара әсерлесуi олардың арасында болатын бөлшек алмасу арқылы түсiндiрiледi. Осы тұрғыдан алғанда электромагниттiк әсерлесу ол бөлшектер арасында фотонның алмасуы арқылы, ядролық күштер нуклонның арасында пи-мезондардың, ал жалпы күштi әсерлесу бұл өрiстiң кванттары глюондардың алмасуы, әлсiз әсерлесу өте ауыр бөлшектер W⁺, W^- және Z⁰ векторлық мезондардың алмасуы арқылы түсiндiрiледi.

16.

Резонанстық жұтылу деп жүйені, дәл сондай жүйе қозған күйден негізгі күйге көшкенде шығаратын нұрдың көмегімен, қоздыруды атайды. Кезкелген тұрақсыз күй үшін анықталмайтындық теңсіздігі орындалады. Ондай күй моноэнергиялық емес, оның энергиясы  дәлдікпен ғана анықталады. Г-шамасын осы деңгейдің табиги ені деп атайды. Егер  (3.115) шарты орындалса, шығару спектрі мен жұтылу спектрі қабаттасады да (3.18-б-сурет), резонанстық жұтылу бақыланады. Мұндағы Т_Т –тебілу энергиясы. Бұл шарт оптикалық нұрлану үшін жақсы орындалады. Бірақ ядролық гамма-нұрлану үшін (3.115) шарты орындалмайды. Тебілу энергиясы қозу энергиясының шаршысына пропорционал және ядролық g-кванттың  энергиясы жарық квантының энергиясынан онның бірнеше дәрежесі есе артық болғандықтан, бұл шарт қатты бұзылады. гамма-нұрдың резонанстық жұтылуы ядролардың жылулық қозғалысының арқасында іске асады. Бұл жағдайда шығару сызығы мен жұтылу сызығының ені табиғи Г енімен емес, доплерлік кеңею енімен анықталады: , (3.116) Ол бөлмелік температура (Т=300K, kT=0.025эВ) үшін.Мұндағы -ядроның тебілу энергиясы, Т-температура. Доплерлік кеңею D мен тебілу энергиясы R шамалас болғандықтан, шығару сызығы мен жұтылу сызығы ішінара қабаттасады (3.18-в-сурет). Осы қабаттасу нәтижесінде резонанстық жұтылу мүмкін болады. Фотонның энергиясы өту энергиясымен бірдей болса, жұтылу күрт өсіп, табақша арқылы өткен квант саны күрт төмендейді. резонанстық жұтылу да температура өскенде өсіп, ол кемігенде кемуі керек. 1957-жылы Р.Мессбауэр, резонанстық жұтылудың температураға тәуелділігін зерттеу барысында, резонанстық жұтылудың температура төмендегенде кемудің орнына, керісінше, артатынын байқады. Оны түсіндіру үшін, ол белгілі жағдайларда (төмен өту энергиясы мен төменгі температура кезінде) гамма-кванттардың тебілісіз шығарылуы мен жұтылуы мүмкін деп пайымдады. Бұл кезде тебілу энергиясы атомды кристалдық тордың түйінінен жұлуға да, кристалдың энергиялық күйін өзгертуге де жұмсалмай, кристалға тұтас (анығырақ, атомдардың N»10⁸ тобына) беріледі. Криссталдың массасының өте зорлығынан тебілу энергиясы ,болады да, шығару сызығы мен жұтылу сызығының айырмашылығы жоғалады:Е_gшығ=E_gжұту (3.117) Сонымен қатар, өте төмен температуралар үшін Доплерлік кеңею де жойылады. Ол енді табиғи еннен кіші болады.Резонанстық жұтылу әдісі энергияның өте кіші өзгерістерін өлшеуге мүмкіндік береді. Оның өлшемі ретінде Г/Е қатынасын алуға болады. Қарастырылған жағдай үшін ол қатынас 4×10^-11 тең. Мессбауэр эффектін қатты дененің кванттық теориясын пайдаланып түсіндіруге болады. Одан, төменгі температуралар (Дебай температурасымен салыстырғанда) кезіндегі тебіліссіз гамма нұрлану ықтималдылығы үшін  (3.118) өрнегі шығады. Мұндағы R=T_Я еркін ядроның тебілу энергиясы, К-Больцман тұрақтысы, Ө-қатты дененің Дебай температурасы. 1. Ядролық деңгейлердің аса нәзік түзілісі. Бұрын атағанымыздай ядроның магниттік моментінің оны қоршаған электрондардың орташа магнит өрісімен әсерлесу энергиясы мұндағы m_Я= 5.051×10^-27Дж/Тл ядролық магнетон, -атомның электрондық қабығының ядро өңірінде туғызытан магнит өрісінің орташа индукциясы. Осыдан, энергиялық деңгейлердің салыстырмалы ығысулары: Ауысу энергиялары бірнеше эВ атомдық электрондар үшін . Спектрлік сызықтардың мұндай ығысулары оптикалық спектроскопиялық әдістермен жақсы өлшенеді. Энергияның  эВ мәндері тән ядролық деңгейлер үшін бұл шама  . Ажыраулардың мұндай мәндерін Мессбауэр эффектінен басқа әдіспен өлшеу мүмкін емес. 2. Изомерлік ығысу. Квадруполдік ажырау.  Біз өткен бапта ядроның оны қоршаған электрондық қабық туғызатын магнит өрісімен әсерлесуі салдарын қарастырдық. Ядроға, әрине, электрондық қабық туғызатын магнит өрісі ғана емес, электр өрісі де әсер етеді. 2.9-бапта көргеніміздей ол әсерлесу энергиясы  (3.119)өрнегімен беріледі. Оны екіге бөліп түріне келтіруге болады. Мұндағы  сыртқы (ядроға қарағанда) электр өрісінің х_і осі бағытындағы градиенті;

18-27.

 Спин, масса, электрлік және бариондық зарядтар және т.б. шамалармен бірге, микробөлшектің қасиеттерін анықтайтын, оның түбірлі сипаттамаларының бірі. Ол бөлшектің кеңістіктегі бұрылыстарға қатысты симметриялық қасиеттерін анықтайды. Бұл жөнінен ол импульс моментіне ұқсас. Оның өлшем бірлігі де импульс моментінің (орбиталық моменттің) бірлігімен бірдей. Импульс моменті сияқты спинде кеңістікте берілген белгілі бағыттарда ғана  бағдарлана алады. Оның берілген бағытқа проекцияларының көршілес мәндерінің айырмасы -қа тең болады. Демек спиннің  де, орбиталық моменттің де табиғи өлшем бірлігі болып табылады, ол олардың мөлшерін анықтайтын жалғыз шама. Осы ұқсастығын ескеріп спинді микробөлшектің (элементар бөлшек үшін де күрделі бөлшек үшін де) өзінің оның тұтас күйіндегі қозғалысына тәуелсіз (өздік) импульс моменті деп атайды. Бірақ, спиннің орбиталық импульс моментінен түбірлі айырмашылығы бар. Элементар бөлшек үшін спин, оның ешқандай қозғалыс күйіне тәуелсіз, оның тыныштық күйіне тән, классикалық механикада баламасы жоқ, іргелі сипаттамасы. Спин элементар бөлшектің кеңістіктегі бағдарын анықтайтын жалғыз шама. Элементар бөлшек үшін спинді s әрпімен, ал күрделі бөлшек үшін оны J әрпімен белгілейді. Күрделі бөлшек үшін оның спині, оның құраушыларының толық импульс моментерінің қосындыларынан тұрады. Әр құраушы элементар бөлшектің толық импульс моменті  оның  спині мен оның тұтас алғандағы қозғалысының  импульс моментінің (орбиталық моментінің) қосындысына тең  (2.51). (2.52) Бұл теңдеулерді қанағаттандыратын спиндердің шаршылары мен оның проекциясының мәндері  (2.57)

болады. Мұндағы J мен s спиннің проекциясының (күрделі және элементар бөлшек үшін) ең үлкен мәнін анықтайтын бүтін немесе жартылай бүтін сан: J=0,1/2,1,3/2,2,…, s= 0,1/2,1,3/2,…, ал m мен s спиннің берілген бағытқа проекциясын, яғни спиннің берілген бағытпен жасайтын бұрышын анықтайтын оң немесе теріс, бүтін немесе жартылай бүтін сандар.  Ядро протондар мен нейтрондардан тұратын күрделі жүйе. Оның спині оны құраушылардың импульс моменттерінің қосындысымен анықталады. Импульс моменттері - векторлар, сондықтан оларды қосуды олардың бағыттарын ескеріп жүргізу керек. Әр нуклонның импульс моменті оның спині мен оның инерция центріне қатысты қозғалысының орбиталық моментінің қосындысына  (2.50)

тең. Протонның да, нейтронның да спині s=1/2, ал орбиталық момент 0 немесе бүтін сан болады. Сондықтан, барлық массалық саны А-жұп ядролардың спині 0 немесе бүтін, ал массалық   саны А-тақ ядролардың спині жартылай бүтін болады (2.51) Атом физикасынан орбиталық моменті , заряды е, массасы m бөлшектің  (2.58) магнит моменті болатыны белгілі. Осыған ұқсас элементар бөлшектер үшін де оның спині мен магнит моментінің өзара тәуелділігі (2.58) қатынасына ұқсас болу керек.  (2.59) Мұндағы g-гиромагниттік қатынас деп аталатын, әр бөлшек үшін әртүрлі шама. Атомдық физикада магнит моментінің бірлігі ретінде(2.60) алынған. Мұндағы m_e -электронның массасы. Бұл бірлік Бор магнетоны деп аталады. Ядролық физикада магнит моментінің бірлігі

  (2.61) Мұндағы m_p - протонның массасы. Бұл бірлік ядролық магнетон деп аталады. Протонның тәжірибелерден алынған магнит моменті , ал оның спині , сонда оның гиромагниттік қатынасы . Нейтрон үшін бұл көрсетікіштер сәйкес . Шмидт моделі ядроның спині мен оның магнит моменті арасындағы тәуелділікті ғана береді. Ол "спиннің мәні неге тең?"-деген сұраққа жауап бермейді. Енді осы орбиталық моменті  нуклонның толық спині мен магниттік моментін есептеп көрейік. Ол үшін бөлшектің орбиталық қозғалысы үшін гиромагниттік қатынас , ал спині үшін гиромагниттік қатынас g_S деп алайық. Сонда бұл бөлшектің толық спині (импульс моменті) , ал магнит моменті  болады. g_S пен g_l өзара тең болмағандықтан  өзара параллель болмайды (2.17-сурет).

Спин-орбиталық әсерлесу нәтижесінде -векторының ұшы  бағытын айнала қозғалыста болады. Бұл қозғалыс прецессия деп аталады. Кезкелген мезгіл үшін - ді бөлшектің толық спиніне параллель  және оған перпендикуляр  құраушыларға жіктей аламыз. Өлшеулер кезінде біз магнит моментінің лездік  мәнін емес, оның, осы өлшеу уақыты бойынша, орташа мәнін табамыз. j-ді айналып тұрған  векторының орташа мәні нөлге тең болады. Ал  уақыт бойынша өзгермейді. Сөйтіп, өлшеу барысында біз - ді емес, оның параллель құраушысы  анықтаймыз. Осы спинге параллель  векторын ядроның магнит моменті деп атайды. Ол үшін  (2.62)

мұндағы g-ядроның (дәлірек оның қасиетін анықтайтын қосақсыз бөлшектің) гиромагниттік қатынасы.  ескеріп және  және нуклонда үшін s=1/2, j=±1/2 болуы мүмкін екенін пайдаланып, j=±1/2 мәндері үшін   (2.63)табамыз. Сонда протон үшін g_l=1, g_S=5.58 пайдаланып, қосақсыз бөлшек протон болатын тақ-жұп ядро үшін, j=+1/2 болса, g=+2.29/j немесе  (2.64)ал j=-1/2 болған жағдайда g=-2.29/j-1 немесе  (2.65) болатынын табамыз. Қасиетін қосақсыз нейтрон анықтайтын жұп-тақ ядролар үшін, g_l=0; g_S=-3.82 екенін ескеріп, j=+1/2 үшін g=-1.91/J немесе m=-1.91 (2.66)

j=-1/2 үшін g=1.91/(J+1) немесе m=1.91J/(J+1) (2.67) табамыз.

Тақ-тақ ядролар үшін ; және кванттық-механикалық қосу ережелерінен             

 

табылуы тиіс. Мұндағы m_n мен m_P қосақсыз нейтрондар мен қосақсыз протондар үшін (2.62)-(2.65) -тен табылатын магнит моменттері.

19-23.

20.

 гамма-нұрлану электромагниттік күштердің әcерінен туады. Олар, соған тән, 10^-7 ¸ 10^-11с ішінде өтеді. Бірақ, кейбір гамма-активті ядролар мәнгі дерлік (электромагниттік әсерлесуге тән уақытпен салыстырғанда) өмір суреді. Ядролардың мұндай ұзақөмірлі (метанық) күйлерін изомерлық күйлер деп атайды. Ядролық изомерияның себебі-ядроның қозған күйден радиациялық көшуінің ықтималдылығының кемуі.Әлбетте,  ол көшу энергиясы аз, алғашқы күй мен ақырғы күйдің моменттерінің айырмашылығы үлкен өтулерге тән. Неғұрлым гамма-өтудің мультиполдігі жоғары және көшу энергиясы  төмен болса, соғұрлым өту ықтималдылығы төмен болады. Мысалы, изомерлік күйлер ядроларына тән. Әлбетте, изомерлік қасиет бірінші (ең төменгі) қозған күйге тән. Қозған күйдегі ядро негізгі күйге гамма-нұрлану арқылы ғана емес, қозу энергиясын электрондық қабықтағы бір электронға тікелей (ешқандай нұрдың көмегінсіз) беру арқылы өте алады. Бұл құбылыс ішкі конверсия деп аталады. Ішкі конверсия оның салдары-атом шығаратын ішкі конверсия электрондары арқылы бақыланады.

Ішкі конверсия кезінде ядроның Е қозу энергиясы тікелей атомның электрондық қабығындағы бір электронға беріледі. Ол энергия электронның атомға байланысын үзуге және оны үдетуге (оның кинетикалық энергиясын арттыруға) жұмсалады. Сонда энергияның сақталу заңына сәйкес

(3.112)

    

Мұндағы e-электронның атомға байланыс, Т_е –оның кинетикалық энегиялары. Электрондық конверсия кезінде кинетикалық энергиясы Т_е электрондар ұшып шығады. Бұл электрондар моноэнергиялы. Оларды, спектрі тұтас, ядролардың b-ыдырау электрондарынан айныту оңай. Мысал үшін 3.16—суретте, құрамында бета-актвиті  изотопы бар, дайындаманың электрондық спектрі берілген. Бұл ыдыраудың схемасы 3.17-суретте көрсетілген. Схемадан бета спектрдегі жіңішке шыңдардың ақырғы  ядросының қозған күйінің энергиясына сәйкес келетінін көреміз. Осыдан, шыңдардың конверсиондық электрондарға, ал олардың бірнешеулігі конверсиялдық электрондардың әртүрлі электрондық қабықтардан шығуына сәйкес келетіндігі шығады. Бұл шыңдардың ара қашықтығынан конверсияның қай элементте өтетінін анықтауға болады. Электрондық конверсия кезінде конверсиялық электрондармен қатар, оларға ілесе, сыртқы қабықтардың біреуіндегі электрондардың K-немесе  L-қабықтағы, ішкі конверсия кезінде босаған, орынға көшуі кезінде шығарылатын рентген нұрларын бақылауға болады. Ішкі конверсия құбылысын виртуал (елес)фотондардың шығарылуы мен жұтылуы арқылы да түсіндіруге болады.Ішкі конверсияның қарқынын ішкі конверсия коэффициентімен сипаттайды. Ол конверсиялық электрон шығару ықтималдылығының гамма-квант шығару ықтималдылығына қатынасына тең  (3.113). мұндағы : - K, L және т.б. қабықтардан конверсия коэффициенттері. a_е-электрондық конверсия коэффициенті  өтудің мультиполділігі өскенде күрт өседі. Өту энергиясы өскенде a_е кемиді. Ауыр ядролардағы энергиясы өте төмен өтулер үшін K -қабықтан электрондық конверсияға энергиялық тыйым салынған. Егер ядроның қозу энергиясы электронның екі еселенген массасына сәйкес энергиядан үлкен  болса, ядроның қозуы электрон-позитрондық қосақ шығару арқылы басылатын, қосақтық конверсия мүмкін болады. Қосақтық конверсия a_қос қосақтық конверсия коэффициентімен сипатталады.  (3.114)

мұндағы w_қос–электрондық-позитрондық қосақ шығару ықтималдылығы. Қосақтық конверсияның үлесі өту энергиясы өскен сайын арта түседі. Мысалы  өттегі ядросының 0-0 өтуі қосақтық конверсия арқылы ғана өтеді.

21.

Иондағышсәулеленулер — атом ядроларының түрленулерінде және ядролық реакциялар өткізілгенде бөлініп шығатын бөлшектердің және гамма -кванттар энергияларының мәні жоғары,мегаэлектронвольттың әрі-берісінде. Осындай энергиясы бар зарядталған бөлшектер және электромагниттік сәулелену уванттарының жолдарында кездескен зат атомдарын иондау және қоздыру қабілеттері бар. Сондықтан радиоактивті сәулеленулердің барлық түрін және ядролық реакциялар шығаратын сәулеленулерді иондағыш сәулеленулер деп атайды. Энергиясы бірдей әр түрлі иондағыш сәулеленулердің затпен әсерлескенде әрбір түрі айрықша әсерлеседі.

Альфа-бөлшектер және басқа атом ядролары затта қозғалғанда,жолдарында кездескен әрбір атомды иондайды немесе қоздырады. Сондықтан олар өздерінің энергия сын қысқа жолда таратып үлгереді. Қалыпты атмосфералық қысымдағы ауада альфа-бөлшектің еркін жүру жолы бірнеше бөлігі.

Бета-бөлшектердің зат атомдарымен әсерлесуі көп төмен. Сондықтан олардың ауадағы еркін жүру жолы бірнеше метр,ал сұйық және қатты денеде бірнеше миллиметр. Гамма-кванттардың өтімділік қабілеті ең жоғары.Гамма сәулеленуден қорғану үшін қалыңдығы оңдаған сантиметр тіпті бірнеше метрге жететін тосқауыл қою керек. Электр заряды жоқ нейтронның өзі тікелей атомдарды иондамайды және қоздырмайды. Бірақ нейтронның атом ядроларымен әсерлесуі нәтижесінде жедел қозғалатын зарядталған бөлшектер және гама-кванттар пайда болады,ал олар-иондағыш бөлшектер.

22.

Нейтронды-радиоактивті ядролар табиғатта кездеспейді, нейтрондар (α;n) және (γ;n) реакцияларда пайда болады. Осының нәтижесінде қозған компаунд-ядро пайда болады, оның қозу энергиясы инерция орталығы жүйесінде байланыс энергиясы және соғылған бөлшек энергиясының қосындысына тең. Егер қозу энергиясы соңғы нейтронның байланыс энергиясынан көп болса, онда нейтрон пайда болады.

Радий-берийлілікнейтронкөздері

Ең кең қолданыс тапқан реакция α бөлшектермен Ве ядросын атқылау реакциясы болып табылады. Ол реакцяның кең қолданысқа ие болу себебі бұл реакцияда өте үлкен энергия шығуы пайда болады. Және нысана ядро зарядының аздығы және қиманың салыстырмалы түрде үлкендігі болып табылады.

⁹Ве + ⁴Не = ¹²С + n (Q=5.71Мэв) 
Нейтрондар энергиясы бірнеше бірнегше кэВ-тан 12 Мэв дейін энергияға ие болады.

αбөлшектің көзі ретінде ²¹⁰Ро кең қолдану себебі оның гамма активтілігінің төмендігі,болып табылады. Альфа бөлшектерінің энергиясы 5,3 Мэв. ²¹⁰Ро ыдырау ықтималдығы 1,2 *10^-5 тең болған кезде энергиялары 800 кэВ гамма кванттар пайда болады. ²¹⁰Ро активтілігі 3,7*10¹⁰ альфа ыдырау/ с болған кезед нейтрондар ағыны 1,8*10⁸ пайда болады.

Фотонейтрондық көздер

γ сәулеленуді ядролардың β ыдырауын жүргізетін нейтрондарды алу үшін пайдаланылады. Бұл жағдай (γ;n) ядролық реакциялар кезінде пайда болады. Осы реакцияларды жүргізу үшін тек 2 ядроларны аламыз. ²D (2,33 Мэв)және Ве (1,67 Мэв).

γ+²D= ¹₁p+¹₀n

γ+⁹Be= ⁸₄Be+¹₀n

Е_п – ұшып шығатын нейтрондар энергиясы.

Фотонейтрондық көздерді дайындаған кезде Ве және D₂O жасалған сфераға гамма квант көзін қояды. Энергисы 10кэВ-тан 1Мэв-қа дейін моноэнергетикалық бөлшектерді алуға болады. Кемшіліг үлкен гамма фон. Олардың саны нейтрондар санынан 1000 есе көп. Нейтрон көздерніе ²⁵²Сf өте тиімді. Альфа ыдыраудын периоды 2,55 жыл. Нейтрондық белсенділік 2,5*10⁶ нейтрон/с*мкг.

Нйетрондар көзі ретінде ядролық реактор. Нейтрондар көзі ретінде ядролық реактор болуы оның үлкен қуаттылығымен түсіндіріледі. Активті аймақтың бетіндегі 10¹⁷ және 10¹⁸ нейтрон/с өтеді. Нейтрондар энергиясының интервалы 10^-3 эв және 20 Мэв. Нейтрондар реакторда ыдырау нәтижесінде пайда болады немесе радиоактивті өнімдердің ыдырау тізбегінде пайда болады.

24-25.

Бұл тұрғыдан болашағы мол
реакциялардың қатарына, кӛрші ядроларға қарағанда меншікті байланыс
энергиясы үлкен ядросын синтездеу реакциясын және басқа ең жеңіл
ядролардың синтезделу реакцияларын жатқызуға болады. Мысалы:

реакциясын макроскоптық мөлшерде іске асырумен байланыстырады. Бұл
реакцияға ең кіші кулондық тосқауыл мен төменгі энергиялар кезінде ең
жоғары қима тән. Кулондық тосқауылды жеңу үшін ядроларға жеткілікті
жоғары энергия беру керек. Қазір термоядролық реакцияларды іске
асырудың жалғыз мүмкіндігі реакцияға қатысатын ядролардың қоспасының
температурасын, реакциялар іске асуға қажет жүздеген миллион Кельвинге
дейін көтеру болып есептеледі. Мұндай температуралар кезінде кезкелген зат
толық иондалған плазма күйіне көшеді. Сондықтан, термоядролық
реакцияны іске асыру мәселесі ұзақ сақталатын жоғары температуралы
плазма алудың технологиялық мәселесіне тіреледі. Плазманың көлем

26.

Элементар бөлшектердің массалары мен сызықтық мөлшерлері ерекше төмен. Олардың ең ауырларының (мөлшерлегіш бозондардың) массалары  жүз протон массасына (1,6×10^-25кг) жуық. Тәжірибелерден анықталған нуклондар мен пиондардың радиустары 10^-15м шамалас, ал лептондар мөлшерсіз, нүктелік болып есептеледі. Элементар бөлшектердің микроскоптық массалары мен мөлшерлері олардың кванттық қылықтарына себеп болады. Элементар бөлшектерге кванттық механикада телінетін, сипаттық толқын ұзындықтары (- Планк тұрақтысы, m-бөлшектің массасы, с-жарық жылдамдығы), олар өзара әсерлесетін қашықтықтармен мөлшерлес (мысалы, пион үшін ). Демек, олардың қылықтарын кванттық заңдылықтар анықтайды. Элементар бөлшектердің ең маңызды кванттық қасиеті- олардың туу және жоғалу қабылеттері. Бұл тұрғыдан элементар бөлшектер-материяның ерекше кванттары дәлірек айтқанда, сәйкес физикалық өрістердің кванттары. Элементар бөлшектермен өтетін барлық құбылыстар бірінен-бірі кезектесе өтетін олардың жұтылулары мен шығарылуларынан тұрады. Мысалы, екі протонның соқтығысуы кезінде  пионның тууын () немесе электрон мен позитронның аннигиляциясы нәтижесінде екі гамма-кванттың түзілуін () тек осы тұрғыдан ғана түсіндіру мүмкін. Тіпті, бөлшектердің серпімді шашырауы да, мысалы, , алғашқы бөлшектердің жоғалып, жаңа бөлшектердің тууымен байланысты. Тұрақсыз элементар бөлшектердің ыдырауы кезінде, ұрпақ бөлшектер бұрын жоқ, ыдырау кезінде ғана пайда болады. Ондай ыдырауларға мысалдар: .Элементар бөлшектер әлемінде құбылыстар әртүрлі қарқынмен өтеді. Осыған сәйкес элементар бөлшектер арасындағы әсерлесулерді бірнеше түрге бөледі; ядролық (күшті), электромагниттік және нәзік. Әрине, барлық элементар бөлшектер гравитациялық тартылысқа ұшырайды. Бірақ, қазіргі қол жеткізілген қашықтықтар (~10^-18м) мен энергиялар (10⁺¹²эВ) үшін оның қарқыны тым мардымсыз, оны елемеуге болады.

,                      Адрондар Жоғарыда атлағандай іргелі әсерлесулердің барлығына душар (яғни ядролық әсерлесуге де ұшырайтын) элементар бөлшектер тобын алрондар дейді. Адрондардың саны лептондардыкінен әлдеқайда көп, жүздеп саналады. Олардың көбісі ядролық әсерлесуге тән 10^-22¸10^-23с ішінде ыдырайтын резонанстар. Бұл тұрғыдан нық деп санауға болатын бөлшектер саны аздау. Бірақ олардың өзі де ондап саналады. 12.2-кестеде осы нық және нықсымақ бөлшектердің тізімі берілді. Адрондар статистикалық сипаттамаларына сәйкес екі үлкен топқа бөлінеді: мезондар және бариондар. Мезондарға 0 немесе бүтін -қа тең спин тән. Олар-бозондар. Ең жеңіл мезондар Юкава ядролық әсерлесу кванты ретінде ұсынған пиондар (-мезондар). Алғашқы мезон аты олардың аралық массасына (электрон мен протонның массаларының ортасындағы) байланысты ұсынылған болатын. Қазір кейбір мезондар, протоннан әлдеқайда ауыр. Бариондар деп спиндері жартылай бүтін -қа тең адрондарды атайды. Олардың көбісінің спині -қа тең. Тек кейбір ең ауыр бариондардың спині -қа тең. Резонанстардың спиндері -қа дейін жетеді.

17-30.

β-сәулесінің табиғатын 1899 ж Резерфорд ашқан болатын. Ол шапшаң қозғалатын электрондар ағыны. β-бөлшекті {displaystyle ~_{-1}^{0}e}деп белгілейді. Массалық санның {displaystyle ~A=0}А =  0 болуы, электронның массасы массаның атомдық бірлігімен салыстырғанда елеусіз аз екенін көрсетеді.

Бета-ыдырау кезінде атом ядросының зарядтық саны {displaystyle ~Z}Z бір заряд бірлігіне артады, ал массалық сан өзгермейді. Жаңа элемент Менделеев кестесіндегі периодтық жүйенің соңына қарай бір орынға ығысады:

мұндағы {displaystyle ~v}V — электрлік заряды нөлге тең, тыныштық массасы жоқ электрондық антинейтрино деп аталатын бөлшек.

Бұндай ыдырауды электрондық β-ыдырау деп атайды. Радиоактивті электронды β-ыдырау процесі ядрода нейтронның {displaystyle ~_{0}^{1}n} протонға {displaystyle ~_{1}^{1}p} айналуы және осы кезде электронның {displaystyle ~_{-1}^{0}e} e және антинейтриноның {displaystyle ~_{0}^{0}v} қабаттаса түзілуі арқылы өтеді:

Ядроның ішінде электронның пайда болуы осы нейтронның ыдырауының нәтижесі екен. Бета-ыдырау кезінде туынды ядро мен электрон жүйесінің энергиясы ыдырауға дейінгі аналық ядро жүйесінің энергиясынан кем болып шығатынын өлшеулер көрсетті. β-ыдырау кезінде энергияның сақталу заңының орындалатына күмән туды. 1930 жылы В. Паулиp β-ыдырау кезінде, ядродан электроннан басқа тағы бір массалық саны ({displaystyle ~A=0}A=0) мен зарядының саны ({displaystyle ~Z=0}Z=0) нөлге тең бөлшек бөлініп шығады деген жорамалды ұсынды. β–ыдыраудағы энергияның сақталу заңының бұзылуына себепші, жетіспей тұрған энергия осы нейтраль бөлшекке тиесілі екен.

Ұлы итальян ғалымы Э.Фермидің ұсынысы бойынша бұл бөлшекті нейтрино v (итальянша neitrino — кішкентай нейтрон) деп атаған. Нейтриноның электр заряды мен тыныштық массасы нөлге тең болғандықтан, оның затпен әрекеттесуі әлсіз, сондықтан эксперимент арқылы тіркеу аса қиыншылық туғызды. Ұзакка созылған ізденістер нәтижесінде тек 1956 жылы ғана нейтриноны тіркеу мүмкін болды. Ал антинейтрино осы нейтриноның антибөлшегі болып табылады. Электрондық β^--ыдыраудан басқа позитрондық β⁺-ыдырау процесі де өтуі мүмкін. Позитрондық радиоактивтік кезінде ядродағы протонның біреуі нейтронға айналып, позитрон {displaystyle ~_{+1}^{0}e} мен электрондық нейтрино v бөлініп шығады:

Ядроның зарядтық саны {displaystyle ~Z}Z бірлік зарядқа кемиді, нәтижесінде элемент Менделеев кестесіндегі периодтық жүйенің бас жағына қарай бір орынға ығысады:

мұндағы {displaystyle ~_{+1}^{0}e} позитрон, электронның антибөлшегі, массасы электронның массасына тең.

Аналық және туынды ядролар — изобаралар.