Атом ядроларининг асосий хусусиятлари. Ядро таркибидаги зарядлар ҳақида маълумотлар. Электр ва барион заряд. Жуфт‑жуфт, жуфт‑тоқ, тоқ‑тоқ ядролар. Изотоп, изобар, изотон, изомер ва кўзгу ядролар. Ядронинг массаси ва боғланиш энергияси

Ядро массаси.
Масса моддий обектнинг энг муҳим хусусиятларидан бири бўлиб, жисмнинг инерция, гравитация ва энергия ўлчамлари бўлиб хизмат қилади. Ядро массаси атом массаси бирлигида ўлчанади. Маьлумки, атом нейтрал ҳолатда бўлади. Бир масса атом бирлиги-углерод ¹²С массасининг 1/12 қисми олинган.

Нуклонлар ва электрон массалари қуйидагича қийматларга эга:

Атомлар массаси масс-спектрометрларда ўлчанади. Масс-спектрометрларда атомлар олдиндан ионлаштирилади (уларнинг заряди бўлиши мумкин). Сўнгра ионлар оқими электр ва магнит майдонлар системасидан ўтказилади. Электр ва магнит майдон миқдори мунособатга қараб танлаб олинади, унда ионлар турли траектория бўйлаб ҳаракатлантирилади. Детекторда (санагичда) ионлар фақат мунособат миқдори билан қайд қилинади. Масс-спектрометрда аниқлик билан қайд қилинади. Ўлчанган массалар жадвалларга киритилади.
Эйнштейн қарашига кўра масса билан энергия орасидаги боғланиш қонунига асосан ҳар қандай массали объектга шу массага мос энергия ва аксинча, энергияга тенглик билан ифодаланувчи масса тўғри келади.
1м.а.б.га мос келувчи энергия

Ядро физикасида масса ва энергия эВ (електронвольт) ларда ўлчанилади:

ёки _.
1эV -дан катта бирликлари: kэV, MэV, GэV ва TэV:
1 kэV = 10³ эВ, 1 MэV =10⁶ эВ, 1 ГэВ = 10⁹ эВ, 1 TэV = 10¹² эВ мавжуд.
Нисбийлик назариясига асосан масса билан тезлик орасидаги боғланиш
, (4)
бу ерда m ва m₀- тезлик билан ҳаракат қилаётган ва тинч ҳолатдаги жисмлар массаси.
Релятивистик механикага асосан тезлик билан ҳаракат қилаётган жисмнинг тўла энергияси:
(5)
бўлади, бунда жисмнинг тинч ҳолатдаги энергияси, Т-унинг кинетик энергияси.
Иккинчи томондан бўлгани учун ҳаракатдаги жисмнинг кинетик энергияси
(6)
Ядро физикасида яна қуйидаги формула ҳам ишлатилади:
, (1.7)
бу формулада m -массали жисмнинг релятивистик импулси дир, уни дан келтириб чиқариш мумкин.


Релятивистик ҳолат учун кинетик энергия Т ва импулси орасидаги боўланишни (5), (7) формулаларга кўра келтириб чиқариш мумкин

квадратга кўтарсак:
(8)
Атом ядроси нуклонлардан иборат мураккаб система бўлгани учун унинг энергияси нуклонлар ички ҳаракат энергияси билан белгиланади. Нуклонлар ички ҳаракат энергияси қанча катта бўлса, шунча тинч ҳолат массаси катта бўлади. Ядро асосий тинч ҳолатида массанинг ва энергиянинг энг минимал қийматига мос келади. Яъни нуклонлар ҳаракатининг минимум ҳаракати (частотаси) асосий ҳолат дейилади. Ядро ташқаридан энергия қабул қилса, энергияси ошади, ядро дискрет уйғонган ҳолатларга ўтади, мос равишда массаси ҳам га ошади. (3-чизма).

3-чизма. Ядро ҳолатларини ифодалаш схемаси.

3- расмда энергияси ноль ядронинг асосий ҳолати, лар уйғонган ҳолат энергиялари. Ҳар бир ядро ўзига хос уйғониш энергияларига эга бўладилар, ядронинг уйғониш энергияси қандай йўл билан уйғонишига боғлиқ эмас. Барча ядро жараёнларида энергия сақланиши рўй беради. Атом массаларининг аниқ қиймати масс-спектрометрик қурилмаси ёрдамида тажрибада аниқланади. Масс-спектрометрларнинг ҳар хил турлари мавжуд. Одатда мусбат зарядланган ионлар зарядининг уларнинг массасига бўлган нисбати , магнит ва электр майдонларнинг умумий таъсири натижасида ионлар дастасининг оғиш катталиги орқали аниқланади.
Ҳозирги замон масс-спектрометрлари водороддан тортиб ҳамма элементларнинг массаларини миллионнинг 0,02 улуши қадар аниқликда ўлчаш имконини беради.
Атом ядролари массасини бошқа усулларда ҳам юқори аниқликда ўлчаш мумкин. Масалан, ядровий реакциялар, радиоактив емирилишларда энергия балансини таҳлил қилишлик ва радиоспектроскопик, микротўлқин ва бошқа усуллар билан.
Изотоп, изобар, изотон ва кўзгу ядролар
Ядродаги нуклонлар миқдорларига қараб ядролар изотоп, изобар, изотон, кўзгули ядролар деб аталадилар.
Бир хил зарядга - яьни бир хил сонли протонга, аммо ҳар хил масса сонига эга бўлган ядроларга изотоплар деб аталади.
Масалан, протонлар сони бир хил, нейтронлар сони турлича, элементлар даврий системасида бир жойда (бир ячейкада) жойлашади. Изотоплар бир хил химиявий ва оптик хусусиятларга эгадирлар. Лекин физик хусусиятлари масса сони, тоқ-жуфтликлари ва ҳоказолар турличадир.
Масса сони бир хил, зарядлари ҳар хил ядроларга изобар ядролар деб аталади.
Масалан,
Изобарларнинг химиявий хусусиятлари турлича, физик хусусиятлари, нуклон сони эса бир хил бўлади. Лекин ядроларнинг масса сони бир хил бўлганда ҳам изобар ядролар массалари бирмунча фарқ қиладилар.
Нейтронлар сони бир хил, лекин атомларнинг зарядлар сони турлича бўлса бундай ядролар изотонлар ядролар деб номланади.
Масалан, _.
Биринчи ядронинг протонлари иккинчи ядронинг нейтронларига, иккинчи ядронинг протонлари биринчи ядрони нейтронларига тенг бўлса кўзгули ядролар деб аталади.
Масалан,
Кўзгули ядролардан бири радиоактив бўлади. Ҳар ќандай ўзгаришлардан сўнг бир-бирига ўтишадилар.
Бу ядро хусусиятлари бир-бирига анча яқин. Кўзгули ядролар, ядро кучлар табиатини ва ядро кучларига электромагнит майдонининг ҳиссасини аниқлашда кенг қўлланилади.