Атом Ядросы

Томсонның (1856 – 1940) ұсынған моделі бойынша атом оң зарядталған сферадан және бос орындарына электрондар біркелкі орналастырған болатын. Атом ядросының негізгі сипаттамаларының бірі оның электр заряды болып табылады. Атом ядросының зарядын алғаш рет 1913 жылы Г.Мозли өлшеген. Ал ядроның зарядын тікелей өлшеуді ағылшын физигі Дж.Чедвик 1920 жылы жүзеге асырды. Атом ядросының заряды элементар электр зарядының Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің ${\displaystyle ~Z}$  реттік нөміріне көбейтіндісіне тең болады:

${\displaystyle ~q=Z\cdot e}$ .

Сонымен, Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің реттік нөмірі кез келген элемент атомының ядросындағы оң зарядтардың санымен анықталады. Сондықтан элементтің ${\displaystyle ~Z}$  реттік нөмірін зарядтық caн деп атайды.

Атом ядросының физикалық қасиеттері оның зарядымен қатар массасымен де анықталады. Ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі — масса. Ядролық физика иондар мен атом ядросының массасын көбінесе масс-спектрографтың көмегімен анықтайды. 8.2-суретте масс-спектрографтың сұлбасы келтірілген. Зерттелетін заттың атомдары иондық көзде (ИК) оң иондалып, әлсіз электр өрісінің әсерінен ${\displaystyle ~D_{1}}$  диафрагма арқылы әр түрлі жылдамдықпен өтеді. ${\displaystyle ~D_{1}}$  және ${\displaystyle ~D_{2}}$  диафрагмалары арасында оң иондар электр өрісінде үдемелі қозғалады. Және осы мезетте оң иондарға индукциясы ${\displaystyle ~{\overrightarrow {B_{0}}}}$  болатын магнит өрісі де әсер етеді. Осылайша үдетілген оң иондар, оған бір-біріне перпендикуляр бағытталып әсер ететін ${\displaystyle ~{\overrightarrow {E_{0}}}}$  электр және ${\displaystyle ~{\overrightarrow {B_{0}}}}$  магнит өрістері арқылы сұрыпталып өтеді. ${\displaystyle ~D_{2}}$  диафрагма арқылы бұрылмай өтуі үшін ${\displaystyle ~F=F_{M}}$  немесе ${\displaystyle ~qE_{0}=vqB_{0}}$  шарты орындалуы керек. Бұл теңдеуден жылдамдықты анықтайық:

${\displaystyle ~v={E_{0} \over B_{0}}}$ 

Осы жылдамдыққа ие болған оң иондар біртекті ${\displaystyle ~{\overrightarrow {B}}}$  магнит өрісінде орналасқан ВК вакуумдік камераға өтеді. Магнит өрісінің индукция векторы ${\displaystyle ~{\overrightarrow {B}}}$  иондардың жылдамдық векторына перпендикуляр орналаскан. Магнит өрісінде козғалған оң иондарға модулі ${\displaystyle ~F=qvB}$  болатын Лоренц күші әрекет етеді. Иондар осы күштің әрекетінен шеңбер бойымен қозғалады. Жартылай шеңбер сыза отырып, массалары бірдей иондар ФП фотопластинаның түрлі орындарында тіркеледі.

${\displaystyle ~F_{p}=F_{c}T}$  немесе ${\displaystyle ~M\cdot {v^{2} \over R}=qvB}$  болғандықтан, ионның массасын

${\displaystyle ~M={qBR \over v}}$ 

өнергі бойынша жоғары дәлдікпен анықтайды. Атом ядросының массасын ${\displaystyle ~M}$  әрпімен белгілеу қабылданған.

Өлшем бірліктерінің Халықаралык жүйесіндегі қолданылатын ұзындықтың, массаның және т.б. өздеріңе таныс өлшем бірліктерімен қатар, ядролық физикада арнайы бірліктер қолданылады. Бұл қажеттілік ядролық процестердің субатомдық әлемде өтетінінен туындайды.

Мысалы, ядролық физикадағы ең үлкен қашықтық атом радиусының өзі 10⁻¹⁰ м-ге тең. Ұзындық бірлігі ретінде ферми алынады: 1фм = 10⁻¹⁵ м. Массаның бірлігі ретінде көміртегі ${\displaystyle _{6}^{12}C}$  атомы массасының бөлігі алынады, ол массаның атомдық бірлігі болып табылады:

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

Салыстырмалы атомдық масса

${\displaystyle ~A_{r}={m_{A} \over 1m.a.b}}$ 

атомның абсолюттік массасында неше массаның атомдық бірлігі бар екенін көрсетеді. Мысалы, сутегі үшін A_r= 1,00783, көміртегі үшін A_r = 12,0 , оттегі үшін A_r = 15,99482.

Ядролық физикада энергияны электронвольтпен өлшейді,

1 эВ = 1,6 · 10^-19 Дж.

Еселік мәндер де қолданылады:

1 кэВ =10³ эВ; 1 МэВ =10⁶ эВ;1 ГэВ =10⁹ эВ.

Көбінесе элементар бөлшектердің массаларын массаның атомдық бірлігімен қатар энергияның өлшем бірлігі МэВ немесе ГэВ-пен де өлшейді. Сондықтан массаның атомдық бірлігіне сәйкес болатын энергияның эквивалентін анықтайық. Масса мен энергияның өзара байланыста болатыны Эйнштейннің ${\displaystyle ~E_{0}=m_{0}c^{2}}$  формуласынан белгілі.

Атомдағы электрондар массасы ядроның массасымен салыстырғанда өте аз, оны ескермеуге болады. Сондықтан массаның атомдық бірлігімен алынған және атом массасына ең жақын бүтін санды массалық сан деп атайды. Оны ${\displaystyle ~A}$  әрпімен белгілейді. Ол жоғары дәлдікті қажет етпейтін есептеулерде, әсіресе массалардың қатынасы кіретін өрнектерде ядро массасының шамасы ретінде қолданылады. Мысалы, гелий атомының массасы M_He = 4,0026 м.а.б. болса, массалық саны A = 4 болады.

Көптеген эксперименттік зерттеулер атом ядросының пішіні сфера тәрізді болатынын көрсетті. Атом ядросының радиусын мына формула бойынша жуықтап анықтауға болады:

${\displaystyle ~R=R_{0}A^{1 \over 3}}$ 

мұндағы R₀ = 1,25 = 1,25 · 10^-15 м, A — массалық сан. Ал ядроның радиусы оның массалық санының кубтық түбіріне пропорционалдығынан ядролық заттың орташа тығыздығы үшін

${\displaystyle ~p={M \over V}}$ 

шығады, мұндағы М_я = (m_р + m_n) · А — ядроның массасы. Есептеулер жуықтап алғанда ядролық заттың орташа тығыздығы р ~ 2,7 · 10¹⁷ кг/м³ - екенін көрсетті. Заттың осындай тығыздығы ғарыштағы нейтрондық жұлдыздар-пульсарларға да тән көрінеді.