Fizika taraqqiyoti tarixi solnomasi (1900-2015)”

1.3. Atom va yadro fizikasining rivojlanishi

Birinchi jahon urushidan keyin 1919 yilda e. Rezerford rahbarligida Kavendish laboratoriyasi qaytadan ishga tushdi. Bu erda yangi tekshirishlar o’tkazish natijasida birinchi yadro reaktsiyasi hosil qilindi. Bu tajribalardan keyin Rezerford atomlar yadrolari shunday mustahkamki bularni faqat a zarrachalari (yaxshi kontsentrlashtirilgan energiya manbai) bilan urilganida bu zarrachalar yaxshi himoya qilingan binoga mos bo’ladi, deb aytadi, ya`ni bilan yadro urilganida ham milliondan bir nechtasinigina ta`siri seziladi. Agar bizning ixtiyorimizda zarraning energiyasidan (tajriba vaqtida - ni energiyasi edi) o’nlab marta kattaroq energiyali zarracha bo’lganida biz atomlarning hammasini strukturasiga erishib borib atomlar buzilishiga ham erishar edik, deb orzu qilar edi.

Rezerfordni bu orzusidan tezlatgichlar bo’lganida biz atomlarni parchalab tashlar edik, degan ma`no chiqadi. SHundan keyin bu yo’nalishdagi ish davom etdi:

- Tomsonning shogirdi Frensis Aston 1919 yilda mass spektrogafni yasab bu asbobdan ionlar dastasini elektr va magnit maydonlarni ta`sirida o’tkazganida bu zarrachalarni solishtirma zaryadlari ga qarab navlarga ajratdi. SHu yo’l bilan neon, xlor, kripton, simob, litiy, bor va boshqa elementlar izotroplarini aniqladi. Agar kislorod atomi massasini 16 deb qabul qilinsa (vodorod atomidan tashqari) boshqa hamma elementlar massasi butun sonlarga nisbatan karrali bo’ladi deb aytdi. 1920 yilda ingliz assotsiatsiyasini qarori bilan proton so’zi fanga kiritildi - vodorod atomining yadrosi. endi atom ikki qismdan va uning asosiy qismi yadroning o’zi ham bir necha zarrachalardan tuzilganligi, atomning asosiy massasi uning atom og’irligiga yaqin bo’lishi har bir izotop uchun ma`lum bo’ldi.

YAdro zaryadi undagi protonlar soniga teng bo’lishi kerak, vodorod uchun protonlar soni yadrodagi zarrachalar soniga teng. Lekin, yadro massasi protonlar massasidan kagga bo’lganligidan fiziklar oldida muammo kelib chiqdi. YAdrodan elektronlar chiqqanligidan, emirilish vaqtida, fiziklar oldiga yadro proton va elektrondan tuzilgan degan gipoteza paydo bo’ldi. Bu gipotezaga Tomson modeli deyildi. Bu model nur chiqarish, nur yutish va boshqa hodisalarni tushuntirolmadi va inqirozga uchradi.

1926 yilda Xarkins bitta yadro va bitta elektrondan iborat zarrachani neytron deb olishni taklif qildi. Rezerford shogirdi CHedvig alyuminiyni zarrachalar bilan bombardimon qilib neytron olishni taklif qildi va Kembridjda neytronni hosil qildi. 1931-1932 yillarda a zarrachalar bilan Berilliy bombardimon qilinganida juda katta energiya nurlanadi. Bu zarrachani 1932 yilda CHedvig neytron deb atadi. Ivanenko 1933 yilda bu ikki zarracha proton va neytron ikkalasi xam elementar zarracha bo’lib agar proton-neytron va pozitronga ajralib bilsa, neytron ham proton va elektronga ajralishi mumkin dedi. Bundan keyin proton va neytron bitta yadro zarrachasi nuklonning ikki izotropik xolati deb tushunar edilar.

SHu 1932 yilning o’zida kosmik nurlarni magnit maydonidagi harakatini kuzatib ularning traektoriyasini o’rgandi. Anderson (AQSH) pozitron zarrachasini ochdi. Bu Dirak nazariyasining to’g’riligini isbotladi. Dirak nazariyasidan elektromagnit maydon energiyasi miqdorda yutilganida elektron-pozitron jufti hosil bo’lishi kelib chiqadi, ya`ni

(1.3.1)

bo’lishi yoki shu hodisaning teskarisi annigilyatsiya hodisasi bo’lishi mumkin deb o’rgatadi va haqiqatan ham shunday bo’ldi. Juftlarni bo’lishi (elektron-pozitron) F. Jolio-Kyuri tomonidan tajribada aniqlandi.

Kosmik nurlarni yutilishi kosmik sellar hosil bo’lishini tushuntirdi. Kosmik nurlarni ikki komponentaga ajratdilar: 1) “muloyim” nurlar - qalinligi 10 sm bo’lgan qurg’oshindan o’tadigan; 2)“qattiq” - qalinligi 10 smdan kattaroq bo’lgan qurg’oshindan o’tadigan nurlar. “Muloyim” komponenta pozitron, elektron va fotonlardan tuzilganligi aniqlandi.

Neytron kashf etilganligi yadro nazariyasini ishlab chiqishda katta ta`sir ko’rsatdi. Oldin aytganimizdek yadro proton va elektrondan tuzilgan va yadro tarkibiga mustahkam zarrachalar ham kiradi deb aytar edilar. 1928 yilda G. Gamov va Gerni birinchi bo’lib yadrolar uchun kvant mexanikasini ishlatdilar. Bu nazariyaga muvofiq (Gamov va Gerni fikricha) yadrodagi a zarracha mustahkam joylashgan, uning energiyasi “potentsial ura” balandligidan kichik bo’lsa ham yadrodan tashqariga chiqishiga kvant mexanik “tunnel effekti” ta`sir qiladi. YAdrodagi zarrachani tushuntirishamalga oshdi. zarrachalar yadrodan chiqqanlarida har xil energiyali bo’ladi, ma`lum miqdordagi maksimal energiyadan kamroq. Bu maksimal energiya zarracha chiqmasidan yadro energiyasi bilan chiqqandagi yadro energiyasini farqiga teng bo’lishi kerak. Lekin chiqqan zarrachalar energiyasi maksimal energiyadan kamroq, kolgan energiya qaerga ketdi?, degan savolga Pauli va Fermi 1932 yilda neytrino zarrachasini paydo bo’lishiga sarf bo’ldi deb javob berdilar.

1932 yilda D. Ivanenko va V. Geyzenberg proton elektron modelidan voz kechib yadroga elektron yo’q, neytron- proton va elektronga aylanishi natijasida elektron ajralib chiqadi ( ).Fermi bunda energiya va spinni saqlanish qonunlari aniq bajariladi, deb ko’rsatdi. Fermi bu jarayonda kvant mexaniqasini ishlatib emirilish nazariyasini ishlab chiqdi.

YAdro nazariyasini asosiy vazifasi yadro kuchlarini tabiatini aniqlash edi. Bu sohada D. Ivanenko, I. Tamm yadro kuchlarini yadrodagi nuklonlarni bir biriga almashtirilishi natijasi deb talqin qilish mumkin degan g’oyani berdilar. YAponiyalik fizik YUksva 1935 yil nuklonlarni o’zaro ta`sirlarini elektron va protonlar massalari orasida bo’lgan yangi zarrachalar - mezonlar orqali bo’lishi kerak, degan gipotezani berdi. Anderson va Neyermer kosmik nurlar tarkibida haqiqatan mezonlar borligini topdilar, lekin bu zarrachalar yadrolar bilan ta`sir qilmaganligi uchun yadro kuchlarining tabiati yana ochiq edi.

1937 yilda Mayorana yadro kuchlarini to’yinish holiga kelishini, 1935 yil Veytszekker yadrolarni bog’lanish energiyasini formulasini, 1936 yilda YA.I. Frenkel va N. Bor yadroni tomchi modeli nazariyasini ishlab chiqdilar. Bu g’oyalar aniq o’lchashlarni talab etar edi. F. Aston mukammallashgan mass spektrografni ishlab chiqdi. Natijada vodorod, uran izotoplari deyteriy va uran- 235 aniqlandi.

Rezerford oldingidan taxminan 10 marta ko’proq energiyali zarrachalarni tezlatgichlarda hosil qilish lozimligini, ya`ni 60-70 MeV energiyali zarrachalar bilan atomlarni bombardimon qilish zarurligini ta`kidlar edi. Greynaxer, Kokroft, Uoltonom, Van-de- Graaf, Lourens, edel’fsen va boshqalar 1930-1933 yillarda chiziqli va aylanuvchan tsiklotronlar yasab 17 MeVgacha energiyaga ega bo’lgan a zarracha hosil qilishga erishdilar. 1939 yilda Lourens tsiklotron yasab 40 MeV energiyaga ega bo’lgan zarrachani hosil qildi.

Eru xotin Iren va Fredrik Jolio-Kyurilar zarrachalar bilan alyuminiy fol’gasini bombardimon qilganlarida neytron va pozitron ajralib chiqishini aniqladilar. Bu hodisada hosil bo’lgan proton parchalanib neytron va pozitronga reaktsiya natijasida ajraldi, deb aytish mumkin edi. Lekin 1919 yilda Kyurilar poloniy uzoqlashtirilgandan keyin (bu zarrachalar manbai edi) neytronlar hosil bo’lishi to’xtadi, lekin poeitronlar ajralishi radioaktivlik emirilish qonuniga muvofiq kamaydi. Bundan alyuminiy bilan bombardimon qilish natijasida pozitronli aktivlik bilan sun`iy radioaktivlik natijasida fosfor izotopi hosil bo’ldi, deb ajoyib xulosa chiqardilar. Reaktsiya quyidagi



sxema buyicha borgan va fosfor quyidagi sxemaga asosan parchalangan



deb Kyurilar kursatdilar va boshqa , izotoplarini hosil qildilar. Ana shunday qilib sun`iy radioaktivlik hodisasi ochildi.

1934 yilda enriko Fermi bir necha bosqichli tajribalar o’tkazib atom energiyasini ochdi. U uzunligi 1,5 sm bo’lgan ampulani neytronlar manbai sifatida ishlatdi. Ampula Berilliy zarrachalari bilan to’ldirilgan edi. Ampulaga ma`lum miqdorda radiy emanatsiyasini (neytronlar manbaini) kiritdi, ma`lum vaqt o’tgandan keyin neytronlar yo’liga alyuminiy, temir yoki boshqa biron plastinka quyilganida, sun`iy radioaktivlik hosil bo’ladi. Bu tajribalarda nurlanuvchi va zarralar manbai orasida parafin joylashtirilganida radioaktivlik keskin tezlashishini sezib, Fermi bu sekin neytronlarni ko’payishi natijasida bo’ladigan effekt deb tushuntirdi. Sekin neytronlar bilan tajribalar qilib I. Kyuri, Meytner, Gan, SHtrasman yadrolarni parchalanishini aniqladilar. 1934 yilda uran yadrosining parchalanib taxminan ikki bo’lak radiy va radonga bo’linishi aniq bo’ldi. Uran yadrosining bo’linishini F.J. Kyuri Vil’son kamerasida o’tkazilgan tajribalarida isbotladi. G. Flerov va K.A. Petrjak uranning spontan (o’z-o’zidan) parchalanish hodisasini ochdilar. YA.I. Frenkel,N.Bor va Uiller bu bo’linish hodisasini nazariyasini ishlab chiqdilar. J. Kyuri zanjiriy reaktsiya bitta neytron urilishi natijasida uchta neytron, bu neytronning har bittasi uchtadan neytron chiqaradi va bu neytronlar soni geometrik progressiyadek oshadi, bu reaktsiya portlashdek bo’ladi, lekin bu portlash jarayonini boshqarish mumkin deb ko’rsatdilar. Portlash jarayonida ajralib chiqqan energiyani har xil maqsadda: ko’poruvchilik va tinchlik maqsadlarida ishlatish mumkinligini ko’rsatb berdilar.

Ikkinchi jaxon urushi vaqtida va undan keyingi davrda AQSH da butun dunyoning eng talantli fiziklari to’plandi, natijada buerda birinchi atom bombasi yaratildi. 2 dekabr’ 1942 yilda CHikago shahrida e. Fermi rahbarligida oldin quvvati 0,5 Vt, keyin 12 dekabrda 200 Vt quvvatli yadro reaktori ishga tushirildi. Los-Alamosda Robert Opengeymer rahbarligidagi harbiy laboratoriyada 1945 yil 16 iyulda birinchi atom bombasini portlantirish va 6 avgustda Xirosima va Nagasaki shaharlarida birinchi marta atom bombasini amalda ko’poruvchilik maqsadida ishlatilishi sodir bo’ldi - bu YApon xalqi uchun misli ko’rilmagan musibat bo’ldi va butun dunyoda yangi vaziyat vujudga keldi. Bir tomondan bunday qudratli qurol paydo bo’lishi tafakkur g’alabasini ko’rsatsa, ikkinchi tomondan insonlar vahimaga tushdilar - bu ham tafakkur mahsulidir.

Rossiyada A. Stoletov fotoeffekt hodisasini, P. Lebedev yorug’lik bosimi, A.A. Fridman nisbiyat nazariyasini, I.E. Tamm relyativistik elektrodinamika, YA. I. Frenkel kristallik panjaralarida elektr hodisalari, P.P. Lazerov biofizika hodisalari, D. Bloxintsev atom elektrostantsiyalari sohalarida juda muhim ishlarni bajardilar va A. Andronovlar rahbarligida katta ilmiy markazlar tashkil etildi.

1934 yilda ikkita fizika institutlari, SSSR fanlar akademiyasi tashkil etildi. V. Fok, L. Landau, D. Ivanenko, I.E Tamm kabi mashhur fiziklar shu davrda kvant fizikasi sohasida ishlaydilar. Vavilov-CHerenkov effekti 1935 yilda ochildi. K.E. TSiolkovskiy o’zgaruvchan jismlar mexanikasi nazariyasini ishlab chiqdi. Bu nazariya rivojlanishi natijasida 4 oktyabr’ 1957 yilda dunyoda birinchi sun`iy yo’ldosh uchirildi va dunyoda birinchi kosmonavt YU.A. Gagarin 12 aprel’ 1961 yil Er atrofini aylanib chiqdi.

E. Teller rahbarligida AQSH davlatida termoyadro reaktsiyasi, ya`ni vodorod bombasini yasash ishi urushdan keyin boshlandi, 1952 yilda uning birinchi namunasi “Mayk” nomi bilan sinaldi. 1953 yilda SSSRda yadro zaryadi sinaldi.

Olimlar yangi elementlarni kashf etdilar, hozir bu elementlar soni 114 dan ham oshgan. elementar zarrachalar soni 1960 yillarda 30 ga yakin edi, bunday zarrachalar va anti zarrachalar soni hozir bundan ham ortiq.

Atom va yadro fizikasining rivojlanishi natijasida 1) Insoniyat tabiatni yangi sirlarini bilib oldi, tabiat chiroyini ochdi, lekin bu hodisalarni fenomologik ma`noda tushunadi hozirgacha ko’p hodisalarni fizik mohiyati aniq emas. 2) YAdro kuchlaridan foydalanilganda ko’p energiya ajratib olish va bu energiyani tinchlik maqsadida ishlatish mumkinligini isbotladi. 3) Atom va vodorod bombasi noxush hodisalarga olib kelishi mumkin bo’lganligidan bu noxush hodisalardan qutulish yo’lini qidirish muammosi tug’ildi.
1.4.YAdro energetikasi va elementar zarrachalar fizikasi rivoji
Ikkinchi jahon urushi va undan keyingi davrda AQSHda butun dunyoning eng talantli fiziklari to`plandi, natijada bu erda birinchi atom bombasi yaratildi. 2 dekabr 1942 yilda Chikago shahrida E.Fermi raxbarligida oldin huvvati 0,5 Vt, keyin 12 dekabrda 200 Vt huvvatli yadro reaktori ishga tushirildi. Los Alamosda Robert Opengeymer raxbarligidagi xarbiy laboratoriyada 1945 yil 16 iyulda birinchi atom bombasini portlantirish va 6 avgustda Xirosima va Nagasaki shaharlarida birinchi marta atom bombasini amalda ko`poruvchilik mahsadida ishlatilishi sodir bo`ldi - bu YApon xalki uchun misli ko`rilmagan musibat bo`ldi va butun dunyoda 5shgi vaziyat vujudga keldi. Vir tomondan bunday hudratli hurol paydo bo`lishi tafakkur galabasini ko`rsatsa, ikkinchi tomondan insonlar vaximaga tushdilar - bu ham tafakkur maxsulidir.

Rossiyada A.Stoletov fotoeffekt xodisasini, P.Lebedev yoruglik bosimi, AA.Fridman nisbiyat nazariyasini, I.E.Tamm relyativistik elektrodinamika, YA.I.Frenkel kristallik panjaralarida elektr xodisalari, P.P.Lazerov biofizika xodisalari, D.Bloxintsev atom elektrostantsiyalari soxalarida juda muxim ishlarni bajardilar va A.Andronovlar raxbarligida katta ilmiy markazlar tashkil etildi:

1934 yilda ikkita fizika institutlari, SSSR fanlar akademiyasi tashkil etiladi. V.Fok, LLandau, D.Ivanenko, I.E.Tamm kabi mashxur fiziklar shu davrda kvant fizikasi soxasida ishladilar. Vavilov-Cherenkov effekti 1935 yilda ochildi. K.E.TSiolkovskiy o`zgaruvchan jismlar mexanikasi nazariyasini ishlab chiqdi. Bu nazariya rivojlanishi natijasida 4 oktyabr 1957 yilda dunyoda birinchi sun’iy yuldosh uchirildi va dunyoda birinchi kosmonavt YU.A. Gagarin 12 aprel 1961 yilda Er atrofini aylanib chiqdi.

E.Teller rahbarligida AhSH davlatida termoyadro reaktsiyasi, ya’ni vodorod bombasini yasash ishi urushdan keyin boshlandi, 1952 yilda uning birinchi namunasi "Mayk" nomi bilan sinaldi. 1953 yilda SSSRda yadro zaryadi sinaldi.

Olimlar yangi elementlarni kashf etdilar, hozir bu elementlar soni 114 dan ham oshgan. Elementar zarrachalar soni 1960 yillarda 30 ga yahin edi, bunday zarrachalar va hanti zarrachalar soni xozir bundan ham ortik. Atom va yadro fizikasining rivojlanishi natijasida:

1) Insoniyat tabiatni yangi sirlarini bilib oldi, tabiat chiroyini ochdi, lekin bu xodisalarni fenomologik ma’noda tushunadi, hozirgacha ko`p xodisalarning fizik mohiyati aniq emas.

2) YAdro kuchlaridan foydalanganida ko`p energiya ajratib olish va bu energiyani tinchlik maqsadida ishlatish mumkinligini isbotladi.

3) Atom va vodorod bombasi noxush xodisalarga olib kelishi mumkin bo`lganligidan bu noxush xodisalardan qutulish yo`lini qidirish muammosi tugildi.