Атом ядросының байланыс энергиясы | Скачать Курстық жұмыс

Тақырыбы: Ядролық физика және элементар бөлшектер физикасы

Мазмұны:

1. Кіріспе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Ядролық физика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 5
2.1. Атом ядросының құрылысы мен қасиеттері . . . . . . . . . . . . .
5
2.2. Атом ядросының байланыс энергиясы . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 7
2.3. Ядролық реакциялар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 9
2.4. Радиоактивтіктің ашылуы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .12
2.5. Альфа-, бета- және гамма-сәуле шығару . . . . . . . . . . . . .
. . . 14
2.6. Радиоактивтік түрленулер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 18
2.7. Радиоактивтік ыдырау заңы. Жартылай ыдырау периоды . 21
2.8. Изотоптар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 24
2.9. Нейтронның ашылуы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 26
3. Элементар бөлшектер физикасы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 29
3.1. Элементар бөлшектердің ашылу тарихы . . . . . . . . . . . . . . .
29
3.2. Элементар бөлшектер әлемінде . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 31
4. Қорытынды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 32
5. Қолданылған әдебиеттер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 33

Кіріспе

Атом ядросы және элементар бөлшектер деген сөз физика курсында
әлденеше рет қайталанады. Атом ядросының өзі элементар бөлшектерден тұрады.
Атом ядроларының құрылысын және қасиеттерін зерттейтін физиканың бір бөлімі
— ядролық физика. Ядролық физика сонымен қатар радиоактивтік ыдырау
нәтижесінде әрі әр түрлі ядролық реакциялар нәтижесінде болатын атом
ядроларының түрлену құбылыстарын зерттейді. Оның негізгі мақсаты нуклондар
(яғни ядроның құрамдас бөліктері) арасында әрекет ететін ядролық күштердің
табиғатын және ядродағы нуклондар қозғалысының ерекшеліктерін зерттеумен
байланысты.
Алғашында ядролық физика және элементар бөлшектер физикасы деп
бөлінбеген. Ядролық үрдістерді зерттегенде физиктер элементар бөлшектер
дүниесінің алуан түрлерін кездестірді. Элементар бөлшектер физикасы бұдан
аз ғана бұрын, 1950 жылдар шамасында зерттеудің дербес саласы болып
бөлінеді. Енді бізде физиканың дербес екі бөлімі бар: оның бірі – атом
ядроларын зерттейді, ал екіншісі бөлшектердің табиғаты, қасиеттері және
өзара түрленулерімен шұғылданады. Алайда қарастырылатын проблемалар,
қолданылатын зерттеу әдістері жөніне екеуіне де ортақ көптеген мәселелер
сақталып қалды.
Ядролық физикамен элементар бөлшектер физикасы, заряталған бөлшектер
үдеткіштерінің физикасы және техникасы, ядролық энергетика сияқты физиканың
бөлімдері тығыз байланыста болады. Ядролық физиканың үлкен құрамдас бөлімі
нейтрондық физика болып табылады. Бұл бөлімде нейтрондар әсерінен жүретін
ядролық реакциялар қарастырылады, баяу нейтрондардың затпен өзара
әрекеттесуі зерттеледі.
Қазіргі заманғы ядролық физика теориялық және эксперименталді ядролық
физикаға бөлінеді. Теориялық ядролық физика атом ядросының модельдерін және
ядролық реакцияларды зерттейді, ол микроәлем физикасын зерттеу кезінде
пайда болған негізгі физикалық теорияларға сүйенеді. Эксперименталді
ядролық физика зарядталған бөлшектер үдеткіштері, ядролық реакторлар,
бөлшектердің әр түрлі детекторлары сияқты зерттеу жабдықтарын пайдаланады.
Әлемде энергияны пайдалануды қажет ететін индустрияландыру үрдісі
қарқынды жүріп жатыр. Халықтың өсуімен бірге жерді өңдеуге, астықты
жинауға, тыңайтқыштарды шығаруға және т.б. энергияны жұмсау да артуда.
Қазіргі уақытта планетамыздың көптеген табиғи қорлары азайып келе
жатыр. Шикізатты тек өте үлкен тереңдікте және теңіз астында өңдеп алу ғана
қалды. Мұнай мен газдың шектеулі әлемдік қорлары адамзат алдында
энергетикалық кризис қаупін тудырады. Алайда ядролық энергия және көмірді
пайдалану адамзатқа бұл жағдайдан шығуға мүмкіндік береді, атом ядросы
физикасының негізгі зерттеулерінің нәтижелері атом ядроларының кейбір
реакциялары кезінде шығатын энергияны пайдалану арқылы энергетикалық кризис
қаупін жоюға жағдай туғызып отыр.

2. Ядролық физика
2.1. Атом ядросының құрылысы мен қасиеттері
Атом ядросы оң зарядталған протоннан және электр заряды жоқ
нейтроннан тұрады. Протон мен нейтронның массаларын жуықтап алғанда өзара
тең деп санауға болады. Ядролық бөлшектердің массасы массаның атомдық
бірлігімен (м.а.б.) өлшенеді. Сонда 1 м.а.б. көміртек атомының бейтарап
6С12 изотопының 112 масса бірлігіне тең, яғни Авогадро санының кері
шамасынан мына түрде есептеп шығаруға болады:
1 м.а.б. =кг
1923 жылы Д.Иваненко мен В.Гейзенберг ядроның протон-нейтронды
моделін ұсынды. Осыған сәйкес протонның массасы mp=кг=1836me , мұндағы
me – электрон массасы. Ал нейтронның массасы mn=кг=1839me. Протондар
және нейтрондарды нуклондар (латынның nucleus – ядро деген сөзінен алынған)
деп атайды. Атом ядросындағы барлық нуклондар саны массалық сан (А) деп
аталады.
Атом ядросының радиусы шамамен 10-15 м болады. Жүргізілген дәл
өлшеулер ядроның радиусы ядролық бөлшектердің санына тәуелді екенін
көрсетті. Ол тәуелділік мына өрнекпен анықталады.
,
мұндағы А – массалық сан. Массаның атомдық бірлігімен берілген атомның
массасын көрсететін бүтін сан ядродағы протон мен нейтрон санының
қосындысын береді. Ядродағы протондардың саны атом қабықшасындағы
электрондар санына тең. Ендеше, ядродағы протондар саны Менделеев
кестесіндегі Z элементтің атомдық номеріне тең. Сонда массалық сан мен
реттік санның айырмасы ядродағы нейтрондар санын береді, яғни N=A-Z. Бұдан
массалық сан A=Z+N тең.
Атом ядросындағы зарядтар санын Z=(n+p)N десек, онда Менделеев
кестесіндегі элементтер саны 107 болғандықтан, зарядтар саны 1 – 107
аралығындаболады. Егер атом ядросының зарядтар саны (Z) бірдей, ал
массалық саны (А) әр түрлі болса, ядролар изотоптар деп аталады. Ал,
керісінше массалар саны А бірдей, бірақ зарядтар саны (Z) әр түрлі болатын
ядролар изобаралар деп аталады. Мысалы, оттектің үш изотопы бар – 8О16,
8О17, 8О18. Сол сияқты – 4Ве10, 15В10, 6С10 ядроларының массалары бірдей
болғандықтан, олар да изобаралар мысалдары бола алады. Барлық атом ядролары
үшін олардың орташа тығыздығы ρя=1017кгм3.
Атом ядросындағы нуклондар арасындағы күштер ядролық күштер деп
аталады. Олардың мынадай қасиеттері болады:
1. Ядролық күштердің әсер ету ара қашықтығы шамамен r=м
(табиғаты жағынан тартылыс күштері болып есептеледі).
2. Бұл күштер қанығу қасиетіне ие болады. Бір нуклон тек белгілі
нуклондармен ғана әректтеседі. Қанығудың себебі ядродағы нуклондар саны
артқанымен олардың меншікті байланыс энергиясы тұрақты болып қалады.
3. Ядролық күштер нуклондардың зарядына байланысты болмайды, яғни екі
протонның, екі нейтронның және нейтрон мен протонның өзара тартылу күштері
бірдей болады.
4. Бұл күштер табиғатта кездесетін күштердің ең қуаттысы, мысалы,
электромагниттік күштерден 100 есе артық, сондықтан нуклондардың өзара
әсерін көбінесе күшті өзара әсерлер деп атайды.
5. Ядролық күштер Кулондық күштер сияқты центрлік күштер қатарына
жатпайды.
6. Мұндай күштер өзара әсерлесуші күштер спиндерінің бағдарлануына
тәуелді.

Осы уақытқа дейін ядролық күштердің күрделі сипатына және
ядродағы нуклондардың қозғалысын сипаттайтын теңдеудің шешімін табудың
қиындығына байланысты атом ядросы туралы жүйелі теория жасалмады.

Нуклондар қасиеті Протон Нейтрон
Масса (m) mp=1836me=кг mn=1839me=кг
Тыныштық энергия (E) Ep=938.26 МэВ En=939.55 МэВ
Заряд (e) 0
Спин (s) 12 12
Жартылай ыдырау уақыты (орнықты) 12,8 мин
(τ)
Ыдырау түрлері жоқ

2.2. Атом ядросының байланыс энергиясы

Ядролық физикада аса маңызды рөл атқаратын үғым ядроның байланыс
энергиясы. Байланыс энергиясы ядроның орнықтылығын түсіндіруге, ядролық
энергияның бөлініп шығуына келтіретін қандай үрдістер екенін айқындауға
мүмкіндік береді.
Нуклондар ядро ішінде ядролық күштермен мықтап ұстасқан. Нуклонды
ядродан бөліп алу үшін, зор жұмыс істелуі керек, яғни ядроға едәуір энергия
беру керек.
Ядроның байланыс энергиясы дегеніміз — ядроны түгелімен жеке
нуклондарға ыдырату үшін қажет энергия. Энергияның сақталу заңының
негізінде жеке бөлшектерден ядро түзілгенде бөлініп шығатын энергия
байланыс энергиясына тең деп сенімді түрде айтуға болады. Атом ядроларының
байланыс энергиясы өте көп. Бірақ оны қалай табу керек?
Қазіргі кезде байланыс энергиясын атомдағы электрондар үшін жа-
салғандай етіп теориялық жолмен есептеу мүмкін емес. Бұған қарамастан, кез
келген ядроның байланыс энергиясын оның массасын дәл өлшеу арқылы анықтауға
болады. Осыған сәйкес есептеулерді тек масса мен энергияның арасындағы
Эйнштейн қатысын қолданып қана орындауға болады:
Е = тс2. (1)
Ядроның массаларын өте дәл өлшеулер ядронық тыныштық массасы Мя әрқашан
оны құраушы протондар мен нейтрондардың тыныштық массаларының қосындысынан
кем болатындығын көрсетті:
Мя Zmp + Nmn. (2)
Массалар ақауы дейтін болады: массалардың айырмасы оң сан:
ΔM = Zmp + Nmn — Мя.
Мысалы, гелий үшін ядроның массасы екі протон мен екі нейтрон
массаларының қосындысынан 0,75% кем. Соған сәйкес гелийдің бір молі үшін ΔM
= 0,03 г.
Нуклондардан ядро пайда болғанда массаның кемуі, бұл жағдайда осы
нуклондар жүйесінің энергиясы байланыс энергиясының шамасына
кемитіндігін көрсетеді:
Ебай = ΔМсг = = (Zmp, + Nmn – Мя)сг. (3)
Бірақ мұнда Ебай энергиясы мен ΔM масса қайда кетеді?
Бөлшектерден ядро түзілгеңде бөлшектер, ара қашықтық үлкен болмағанда,
ядролық күштер әсерінің есебінен бір-біріне орасан зор үдеумен ұмтылады.
Мұнда шығарылатын γ-кванттың энергиясы Ебай, ал массасы

болады. Байланыс энергиясы шамасының қаншалықты үлкен екендігін мысалмен
түсіндіруге болады: 4 г гелий пайда болгаңда шығатын энергия мен 1,5—2
вагон тас көмір жанғанда бөлініп шығатын энергияға тең болады.
Меншікті байланыс энергиясының массалық А санға тәуелділігіне қарап
ядролардың қасиеттері жөнінде негізгі информация алуға болады.
Меншікті байланыс энергиясы деп ядроның бір нуклонына сәйкес келетін
байланыс энергиясын атайды. Оны эксперимент жүзінде анықтайды.

1-сурет

Ең жеңіл ядроларды есептегенде, меншікті байланыс энергиясы шамамен
тұрақты және 8 МэВнуклонға тең екені 1-суреттен жақсы көрінеді. Сутегі
атомыңдағы электрон мен ядронын иондау энергиясына тең байланыс энергиясы
ол шамадан миллион есе дерліктей кіші.
1-суреттегі қисық максимум мәнге жетпеген. Максимал меншікті
байланыс энергиясы 8 МэВнуклон болатындар массалық сандары 50-ден 60-қа
дейінгі элементтер, яғни көмір және реттік нөмірі жөнінен соған жуық
элементтер болып келеді. Бұл элементтердің ядролары ең орнықты. Z-тің
өсуіне қарай протондардың куклондық тебілу энергиясы артатын болғандықтан,
ауыр ядролардың меншікті байланыс энергиясы кемиді. Кулондық күштер ядроны
жаруға тырысады.
Ядродағы бөлшектер бір-бірімен күшті байланысқан. Бөлшектердің байланыс
энергиясы масса ақауымен (дефектісімен) анықталады.

2.3. Ядролық реакциялар
Атом ядросы өзара әсерлер кезінде біріне-бірі айналады. Бұл айналулар
айналуларға қатысқан бөлшектердің кинетикалық энергиясының артуы немесе
кемуімен қабаттаса жүреді.
Атом ядроларының элементар бөлшектермен немесе бір-бірімен өза-ра
әсерлесуі кезінде болатын өзгерістер ядролық реакциялар деп аталады.
Бөлшектер ядроға өте жақындағанда және ядролық күштер әсерінің сферасына
түскен жағдайда ядролық реакциялар өтеді. Аттас зарядталған бөлшектер бір-
бірінен тебіледі. Сондықтан оң зарядталған бөлшектердің ядролармен (немесе
ядролардың бір-бірімен) жуықтауы ол бөлшектерге (немесе ядроларга) көп
кинетикалық энергия берілгенде іске асады. Бұл энергия протоңдарға,
нейтрондарға, бөлшектерге және басқа неғұрлым ауыр ядроларга элементар
бөлшектер мен иондардың үдеткіштерінің көмегімен беріледі.

2-сурет
Ядролық реакцияларды жүзеге асыру үшін бұл әдіс, радиоактивті
элементтер шығаратын гелий ядроларын пайдалануга қарағанда, әлдеқайда
тиімді. Біріншіден, үдеткіштердің көмегімен бөлшектерге 105МэВ шамалас
энергия, яғни α-бөлшек энергиясынан (максимал мәні 9 МэВ) әлдеқайда көп
энергия беруге болады. Екіншіден, радиоактивті ыдырау үрдісінде
байқалмайтын протондарды пайдалануға болады (протондарды қолдану тиімдірек,
себебі, олардың зарядтары α-бөлшектердікінен екі есе аз).
Үшіншіден, гелий ядросынан анағұрлым ауыр ядроларды жылдамдатуға
болады.
Шапшаң протондармен тұңғыш ядролық реакция 1932 ж. жасалды. Литийді екі
α-бөлшекке ыдырату мүмкіндігі табылды:
8Zi7 + 1Н2 2Не4 + 2Не4.
Вильсон камерасындағы тректердің фотосуреттерінде көрсетілгендей (2-
сурет), импульстің сақталу заңының талабына сәйкес гелий ядролары бір
түзудің бойымен жан-жаққа бытырап ұшады (протонның импульсі пайда болатын α-
бөлшектердің импульсінен анағұрлым аз).
Ядролық реакциялардың энергетикалық шығуы. Жоғарыда баяндалған ядролық
реакцияда гелий ядросының екі жасаушысының кинетикалық эиергиясы реакцияға
түскен протон энергиясынан 7,3 МэВ-қа артық болып шықты. Ядролардың
түрленуі олардың ішкі энергиясының (байланыс энергиясының) өзгеруін
туғызады. Қарастырылған реакцияда гелий ядросындағы меншікті байланыс
энергиясы литий ядросындағы меншікті байланыс энергиясынан көп болады.
Сондықтан литий ядросы ішкі энергиясының біразы бытырап ұшқан α-
бөлшектердің кинетикалық энергиясына түрленеді.
Ядролардың байланыс энергиясының өзгеруі реакцияға қатысатын
бөлшектер мен ядролардың қосынды тыныштық энергиясы өзгеріссіз
қалмайтындығын білдіреді. Ядроның тыныштық энергиясы Мяс2 (3) формулаға
сәйкес тікелей байланыс энергиясы арқылы өрнектеледі ғой. Энергия сақталу
заңына сәйкес ядролық реакция үрдісінде кинетикалық энергияның өзгеруі
реакцияга қатысқан ядролар мен бөлшектердің тыныштық энергиясының өзгеруіне
тең.
Ядролық реакцияның энергетикалық шығуы деп ядролар мен бөлшектердің
реакцияға қатысқанға дейінгі және реакциядан кейінгі ты-ныштык
энергияларының айырмасын атайды. Ілгеріде айтылғанға сәйкес, ядролық
реакцияның энергетикалық шығуы, сондай-ақ реакцияға түсуші бөлшектердің
кинетикалық энергиясының өзгерісіне тең.
Егер ядролар мен бөлшектердің реакцияға қатысқаннан кейінгі кине-
тикалық энергиясы реакцияға қатысқанға дейінгіден көп болса, онда энергия
бөлінетіні жөнінде айтылады. Кері жағдайда реакция кезінде энергия
жұтылады. Азотты бөлшектермен атқылаған кезде сондай реакция болады.
Кинетикалык энергияның біразы (шамамен, эВ) сол реакция үрдісінде
жаңа пайда болған ядроның ішқі энергиясына қайтадан түрленеді.
Ядролық реакциялар кезінде бөлініп шығатын энергия өте көп болуы
мүмкін. Бірак оны шапшаңдатылған бөлшектердің (немесе ядролардың) нысананың
қозғалмайтын ядроларымен соқтығуларын жүзеге асыру жо-лымен пайдалану
практикада мүмкін емес. Оның себебі, шапшандатылған бөлшектердің көбісі
нысана ядроларына тимейді де, реакция тудырмайды.
Нейтрондардағы ядролық реакциялар. Нейтронның ашылуы ядролық
реакцияларды зерттеудегі бетбұрыс болды. Нейтрондардың зарядтары
болмағандықтан, олар атом ядроларының ішіне кідіріссіз өтіп, олардың
түрленуін туғызады. Мысалы, мынадай реакция байқалады:
13А127 + 0n1 11Na24 + 2Не4.
Нейтрондар туғызатын реакцияларды зерттеуді тұңғыш рет ұлы итальян
физигі Энрико Ферми бастады. Ол тек шапшаң нейтрондар емес, баяу нейтрондар
да ядролық түрленулер туғызатынын байқаған. Сонымен бірге, бұл баяу
нейтрондар көбінесе шапшаңдарынан анағұрлым әсерлі екен. Сондықтан шапшаң
нейтроңдарды алдын ала баяулатқан жөн. Нейт-рондарды жылулық жылдамдыққа
дейін баяулату кәдімгі суда орындалады. Бұл әсер суда, массалары нейтрон
массаларына тең дерлік, көптеген сутегі ядроларының — протондардың
болатындығымен түсіндіріледі. Массалары бірдей шарлар соқтығысқанда,
кинетикалық энергияның берілуі анағұрлым интенсивті болады. Нейтронның
тыныштықтагы протондармен центрлік соқтығысуы кезінде ол өзінің кинетикалық
энергиясын түгелімен протонға береді.
Атом ядросы қатысатын реакциялар өте алуан түрлі. Нейтрондар яд-
ролардан тебілмейді, сондықтан да ядролардың айналулары өте әсерлі жүреді.

2,4. Радиоактивтіктің ашылуы
Атомдардың тұрақты еместігі XIX ғасырдың ақырында ашылған-ды. 46 жыл
өткен соң ядролық реактор жасалды. Біз атом ядросы физикасының тарихи
ретпен жедел дамып келе жатқанын көріп отырамыз.
Радиоактивтіктің – атом ядросының күрделі құрылысын дәлелдейтін
құбылыстың ашылуы сәтті кездейсоқтықтың жемісі болды. Рентген сәулелері
алғаш рет шапшаң электрондар разрядтық түтіктің шыны ыдыстың қабырғаларына
соқтығысуынан алынған-ды. Олармен бір мезгілде түтік қабырғаларының жарық
шығаруы байқалған. Беккерель ұзақ уақыт осы тектес құбылысты – алдын ала
күн жарығына сәулелендірілген заттардың соңынан сәуле шығаруын зерттеумен
шұғылданған. Мұндай заттарға, мысалы, Беккерель эксперимент жүргізген уран
тұздары жатады.
Оың ойында мынадай сұрақ пайда болады: уран тұздарын сәулелендіргеннен
кейін көрінетін жарықпен қатар рентген сәулесі де пайда болмай ма екен?
Беккерель фотопластинаны тығыз қара қағазға орап, үстіне уран тұзының
қиыршықтарын сеуіп, ашық күн сәулесіне қойды. Айқындағаннан кейін
пластинаның тұз жатқан бөліктері қарайғанын көрген. Ендеше, уран, рентген
сәулесі сияқты мөлдір емес денелерден өтіп, фотопластинаға әсер ететін
белгісіз сәуле шығарады екен. Беккерель бұл сәуле шығару күн сәулелерінің
әсерінен пайда болады деп ойлады. Бірақ 1896 ж. ақпанның бірі күнінде ау
райы бұлтты болғандықтан, кезектегі тәжірибені өткізу сәті түспеді де,
Беккерель үстіне уранның тұзы үстіне себілген мыс крест жатқан пластинаны
үстелдің суырмасына салып қойған. Екі күн өткен соң пластинаны алып
айқындаған кезде, онда крестің айқын көлеңкесі түрінде дақ пайда болганын
байқаған. Бұл — уран тұздарының сыртқы факторлардың әсерінсіз-ақ, өздігінен
белгісіз сәуле шығаратынын көрсе-теді. Қауырт зерттеулер басталды. Рас осы
сәтті кездейсоқтық болмаган күнде де, ерте ме, кеш пе радиоактивті қүбылыс
ашылған болар еді.
Кешікпей Беккерель, уран түздарының шығарған сәулесі, рентген сәулелері
сияқты, ауаны иондайтынын, соның салдарынан электроскоп разрядталатынын
байқаған. Уранның түрліше химиялық қосылыстарын тек-серіп көріп, ол мьнадай
маңызды фактіні анықтады: сәуле шығарудың интенсивтігі тек препараттағы
уранньң мөлшерімен анықталады, оның қандай қосылыстарга кіретіндігіне
мүлдем тәуелсіз болады. Ендеше, бұл қасиет қосылыстарға тән емес, химиялық
элемент уранға, оның атомдарына тән.
Ураннан басқа химиялық элементтердін өздігінен сәуле шығаруға қабілетін
байқауға талпынып көру сөзсіз еді. 1898 ж. Францияда Мария Склодовская-Кюри
және басқа да ғалымдар торийдің сәуле шығаратынын байқаған. Бұдан әрі
жаңа элементтерді іздеуде негізгі күш салған Мария Склодовская-Кюри мен
оның ері Пьер Кюри болды. Уран мен торийі бар рудаларды жүйелі түрде
зерттеу, олардың ішінен бұрын белгісіз, Мария Склодовская-Кюридің отаны —
Польшаның құрметіне полоний деп аталған, жаңа элементті бөліп алуға
мүмкіндік берді.
Ақырында, өте қуатты сәуле шығаратын тағы бір элемент ашылды. Ол радий
(яғни сәулелі) деп аталды. Өздігінен сәуле шығару қүбылысының өзін ерлі-
зайыпты Кюрилер радиоактивтік деп атады.
Радийдің салыстырмалы атомдық массасы 226-ға тең және Менделеев
кестесіндегі 88-нөмірлі торкөзге орналасқан. Кюри ашқанға дейін бұл торкөз
бос болған. Өзінің химиялық касиеттері бойынша радий сілтілік — жер
элементтеріне жатады.
Соңынан реттік нөмірі 83-тен жоғары химиялық элементтердің бәрі де
радиоактивті болатындығы анықталды.

2.5. Альфа-, бета- және гамма-сәуле шығару

Радиоактивті элементтер ашылған соң, олардың сәуле шығаруының физикалық
табиғатын зерттеу басталды. Беккерель мен ерлі-зайыпты Кюрилерден басқа,
бұл мәселемен Резерфорд шұғылдана бастады.
Радиоактивті сәуле шығарудың құрамы күрделі екенін аңғаруға мүмкіндік
берген классикалық тәжірибе мынадай еді. Радий препараты кесек қорғасыннан
жасалған жіңішке өзекшенің қарсысына фотопластинка қойылған. Өзекшеден
шыққан сәулеге, оған перпендикуляр, күшті магнит өрісі (3-сурет) әсер
еткен. Қоңдырғы түгелдей вакуумде орналастырылған.
Магнит өрісі жоқ кезде айқындалғаннан кейін фотопластинада өзекшенің
дәл қарсысынан кара дақ байқалады. Ал магнит өрісінде бұл шоқ үш топка
бөлінген. Бастапқы ағынның екі құраушысы қарама-қарсы жаққа ауытқыған. Бұл
оларда қарама-қарсы таңбалы электр зарядтары бар екенін көрсетті. Сонымен
бірге сәуле шығарудың теріс құраушысы магнит өрісінде оң құраушысынан гөрі
анағұрлым көп ауытқыған. Магнит өрісі үшінші құраушыны ауытқытпаған. Сәуле
шығарудың оң құраушысы — альфа-сәулелер, теріс зарядталғаны — бета-сәулелер
және бейтарабы гамма-сәулелер (α-сәулелер, β -сәулелер, γ-сәулелер) деп
аталды.
Сәулелердің бұл үш түрінің бір-бірінен айырмашылығы өтімділік
қабілетінде, яғни түрліше заттардағы олардың жұтылу интенсивтігінде бо-
лады. Өтімділік қабілеті ең азы — α-сәулелер. Олар қалыңдығы 0,1 м қағаздан
өте алмайды. Егер қорғасын пластинадағы тесікті бір жапырақ қағазбен
бекітсек, онда фотопластинада α-сәулеге сәйкес келетін қара дақ
байқалмайды.
Зат арқылы β-сәулелер өткенде олар анағұрлым аз жүтылады. Тек қалыңдығы
бірнеше миллиметр алюминий пластина ғана оларды түгелімен өткізбейді. Ең
күшті өтімділік қабілеті бары — γ-сәулелер.
γ-сәулелердің жұтылу интенсивтігі жұтатын заттың атомдық нөмірі артқан
сайын өседі. Бірак қалыңдығы 1 см қорғасын қабатының өзі олар үшін
өткізбейтін тосқауыл бола алмайды. Осындай қорғасын қабат арқылы γ-сәулелер
өткенде олардың интенсивтігі небары екі есе кемиді, α-, β- және γ-
сәулелердің физикалы табиғаты түрліше екендігі күмәнсіз.
Гамма-сәулелер. Өзінің қасиеттеріне қарағанда γ-сәулелер рентген
сәулелеріне өте үқсас, бірақ олардың өтімділік қабілеті рентген сәуле-
лерінікінен анағұрлым артық. Бұл γ-сәулелер электромагниттік толқындар
болуы керек деген ой туғызады, γ-сәулелердің кристалдардағы дифракциясы
анықталып, олардың толқын ұзындығы өлшенген соң, ол жөнінде ешбір күдік
қалмады. Олардың толқын ұзындықтары өте аз — 10-8-нен 10-11 см-ге дейін.
Электромагниттік толқындар шкаласыңда γ-сәулелер тікелей рентген
сәулелерінен соң келеді. γ-сәулелерді таралу жылдамдығы барлық электро-
магниттік толқындардікі сияқты — вакуумде 300 000 кмс-қа жуық.
Бета-сәулелер. Басынан бастап-ақ α- және β-сәулелер зарядталған
бөлшектердің ағыны түрінде қарасты-рылған. Ең оңайы β-сәулелерімен
эксперимент жасау болады, себебі олар магнит өрісінде де, электр өрісінде
де өте күшті ауытқиды.
Негізгі мәселе бөлшектердің заряды мен массасын анықтауда болды. β-
бөлшектердің электр мен магнит өрісіндегі ауытқуын зерттеу арқылы, бұлар
жарық жылдамдығына жақын өте жоғары жылдамдықтармен қозғалатын электрондар
екендігі анықталды. Алынып отырған радиоактивті элемент шығарған β-
бөлшектердің жылдамдығы бірдей еместігінің маңызы бар. Жылдамдықтары алуан
түрлі бөлшектер кездеседі. Бұл β-бөлшектер шоғының магнит өрісіндегі
ұлғаюына себеп болады (3-сурет).
Альфа-бөлшектер. α-бөлшектердің табиғатын анықтау анағұрлым қиын болды,
себебі олар магнит және электр өрістерінде нашар ауытқиды.
Бұл мәселені тыңғылықты етіп Резерфорд шешті. Ол магнит өрістеріндегі
ауытқуына қарап, бөлшектің q зарядының оның т массасына қатынасын өлшеді.
Ол шамамен протондікінен — сутегі атомының ядросыныкінен — екі есе аз екен.
Протон заряды элементар зарядқа тең, ал оның массасы массаның атомдық
бірлігіне ( м.а.б. көміртегінің атомдық массасының 112-іне тең: 1
м.а.б. = кг) өте жақын. Олай болса, α-бөлшектің бір элементар зарядына
массаның екі атомдық бірлігіне тең масса сәйкес келеді.
Бірақ α-бөлшектің заряды мен оның массасы белгісіз болып қала берді. α-
бөлшектің не зарядын, не массасын өлшеу керек болды. Гейгер санағышы
жасалған соң зарядты өлшеу оңай да сенімді болды. Жұқа терезе арқылы α-
бөлшектер санағыш ішіне өте алады және оны санағыш тіркейді.
Резерфорд α-бөлшектер жолына Гейгер санағышын қойып, радиоак-тивті
препараттардың белгілі бір уақыт ішіңде шығарған бөлшектер санын өлшеді.
Сонан соң санағыш орнына сезгіш электрометрмен қосылған металл цилиндр
қойды (4-сурет).
Бөлшектер шығаратын көздің цилиндр ішінде сондай уақытта шығарған α-
бөлшектерінің зарядын Резерфорд электрометрмен өлшеді (көптеген заттардың
радиоактивтігі уақыт өтуімен өзгермейді деуге болады). α-бөлшектердің
қосынды зарядын және олардың мөлшерін біле … жалғасы