Kirish Tanlangan mavzuning dolzarbligi

YUQORI ENERGIYALI YADRO-YADRO O’ZARO
TA’SIRLASHUVLAR

1.1.Yadro reaksiyalari. Yadro reaksiyalarida saqlanish qonunlari

Zarra bilan yadro yoki yadro bilan yadro yadroviy kuch ta’sir radiusi

(10^-13sm) qadar yaqinlashib o‘zaro ta’sirlashishi natijasida yadro turli o‘zgarish yoki yadro zaryadlari qayta taksimlanishi mumkin. Yadroviy reaksiya deb ataladigan bunday jarayonda yadro uyg‘onadi yoki yangi zarralar hosil bo‘ladi.
Shunday qilib, yadroviy reaksiyani hosil qilish uchun yadrolarni katta energiyali zarralar yoki yadrolar bilan bombardimon qilish kerak. Bunday yuqori energiyali zarralar radioaktiv yemirilishda hosil bo‘ladi. Masalan, alfa radioaktiv yadrolar yemirilishda 4-9 MeV energiyali alfa-zarralar oqimi hosil bo‘ladi. Kosmik nurlar tarkibida juda katta energiyali zarralar ham uchraydi. Lekin intensivligi kam bo‘lganligi uchun ulardan yadroviy reaksiyalarni o‘rganishda foydalanib bo‘lmaydi.
Yadro va elementar zarralar xususiyatlarini keng o‘rganishlik uchun yuqori energiyagacha tezlatib beruvchi tezlatgichlar yaratilishi juda muhim hisoblanadi.
Hozirgi vaqtda yaratilgan tezlatgichlar yordamida turli xil reaksiyalar o‘tkazilmoqda.
Zarralarning zarralar bilan, zarralarning yadrolar bilan, yadrolarning yadrolar bilan yadro masshtabida intensiv ta’sirlashuvi yadrolar tarkibini o‘zgartishga olib kelsa yadro reaksiyalari amalga oshgan bo‘ladi.
Yadro reaksiyasida energiya, impuls yadroda qayta taksimlangan bo‘ladi. Reaksiyalar kuchli, elektromagnit, kuchsiz ta’sirlashuvlarga ko‘ra amalga oshishi mumkin.
Reaksiyalar zaryadli, zaryadsiz zarralar, fotonlar ta’sirlashuvlariga ko‘ra bo‘ladilar.
Barcha reaksiyalar saqlanish qonunlarining bajarilishi bilan ro‘y beradi.
a+AB+b
Agar ko‘p kanalli bo‘lishsa

Reaksiya kanallari chikish ehtimoliyatlariga ko‘ra ularga ruhsat etilgan yoki cheklashlarga sabab bo‘ladigan kvant xarakteristikalarini aniqlash imkonini beradi.
Yadro reaksiyalarida saqlanish qonunlari to‘la bajarilishligi reaksiyada qatnashayotgan zarralar yoki yadrolar xarakteristikalarini yuqori aniqlikda aniqlash imkonini beradi (masalan: impulsi, zaryadi, juftligi va h.k.).
Yadro reaksiyalari ta’sirlashuv energiyasiga, reaksiyani yuzaga keltirayotgan zarraning turiga, xossalariga hamda yadroning massa soniga, reaksiyaning borish mexanizmiga, reaksiya energiyasiga va h.k. qarab tavsiflanadi.
Reaksiyaga kirishayotgan zarralarning turiga qarab reaksiyalarni n, zaryadli zarralar, -fotonlar reaksiyalari deb ataladi.
Ta’sirlashuv mexanizmi nuqtai nazaridan reaksiyalar ikki sinfga: kompaund yadro hosil qilish va bevosita o‘zaro ta’sirli reaksiyalarga bo‘linadi.
1) Barcha yadro reaksiyalarida zaryad soni va nuklonlar (barion) soni saqlanadi.

Z 1+1  2+0 Z 0+4  4+0
B 2+2  3+1 B 0+9  8+1

Z 1-10 Z 2+78+1
B 1-00 B 4+1417+1
2) Energiya va impuls saqlanadi. Yadro reaksiyalarini yopiq sistemada deb qarash mumkin, chunki atom kobig‘i 10^-8 sm, yadro razmeridan (10^-13sm) uzoqda va ximiyaviy bog‘lanish energiyasidan katta, kisqa masofada kuchli ta’sirlashuvchi nuklonlar orasidagi ta’sirlashuvdan cheksiz kichik. Yopiq sistemada energiya va impuls saqlanadi
a+A  B+b
m_ac²+M_Ac²+T_a+T_A=m_bc²+M_Bc²+T_b+T_B (1)
E₁+T₁=E₂+T₂ Q=E₁-E₂=T₂-T₁
bu yerda E₁=m_Ac²+M_Ac², E₂= m_bc²+M_Bc² tinch holat massalariga to‘g‘ri keluvchi energiyalar. T₁= T_a+T_A, T₂= T_b+T_B – kinetik energiyalari.Q-reaksiya energiyasi.
Q=0 elastik sochilish T₁=T₂.
Agar Q>0, bo‘lsa T₂>T₁ – ekzoenergetik reaksiya. T₂>T₁ bo‘lib, bunda tinch holat energiyasi harakat energiyasiga aylanadi. Ekzoenergetik reaksiyada zarra yadro to‘sig‘ini yengib yadroga kiraolsa yetarli. Masalan:

Q<0 bo‘lsa T₂1 endoenergetik reaksiya zarra kinetik energiyasi hisobidan tinch holat energiyasi oshadi.
Reaksiyaga kiruvchi zarralarning to‘la impulsi reaksiya mahsuloti zarralarining to‘la impulsiga teng bo‘ladi.
(2)
Odatda R_A=0 bo‘ladi (laboratoriya sistemasiga ko‘ra). Shuning uchun
(3)


Impulsning x va y o‘qlariga proyeksiyalari (1-rasm).

(4)
Endotermik reaksiyada tushayotgan zarra kinetik energiyasi zarraning tinch energiyasiga aylanar ekan, tushuvchi zarra kinetik energiyasi reaksiya energiyasidan katta bo‘lishi kerak.
Laboratoriya sistemasida R_A=0 sababli, nishon yadro va zarradan iborat sistemaning to‘la impulsi zarraning impulsiga teng.

Demak, zarra va nishon yadro laboratoriya sistemasida harakatda bo‘ladi. Uning inersiya markazining impulsi

kinetik energiyasi
(5)
Zarraning kinetik energiyasi – T_a ortishi bilan uning ma’lum qiymatidan boshlab endotermik reaksiya jarayoni boshlanadi. Bu kiymatga endotermik reaksiya ostonasi deyiladi. (5)-formulaga asosan, zarra kinetik energiyasining T₁-qismi sistema kinetik energiyasiga aylanadi, kolgan qismi esa yadro va zarradan iborat sistemaning ko‘zg‘olish energiyasiga, ya’ni reaksiya energiyasiga sarflanadi.
(6)
(6)-reaksiya ostonasi deyiladi.
(7)
Reaksiya ostonasi kiymat jihatdan har diom reaksiya energiyasi Q dan katta.
Lekin ko‘p hollarda nishon yadro massasi-m_A zarra massasiga nisbatan katta bo‘ladi m_A>>m_a bunday holda bo‘ladi. Fotonlar bilan bo‘ladigan endotermik reaksiyada -ga teng chunki foton uchun m_a=0.
Ostona energiyasi yengil yadrolarda katta, og‘ir yadrolarda kamayib boradi.
3). Yadro reaksiyalarida to‘la moment va biror o‘qka proyeksiyalari saqlanishi kerak.

Masalan: 2-holatdan ga ehtimoliyati juda kichik, chunki spin saqlanmaydi. 2-rasm.

2-rasm.

4). Kuchli va elekromagnit ta’sirlashuv bilan bo‘ladigan yadro reaksiyalarda juftlik saqlanadi.

Masalan:
Bu reaksiyadan deyton spini va juftligi I^=l⁺; -mezon juftligini aniqlash lozim. -mezon plastinkaga tushib sekinlashib deyteriy K-orbitasiga yutiladi. K-orbitada joylashib deytron bilan reaksiyaga kirishadi. Shunday qilib reaksiyagacha dastlab spinlar yig‘indisi faqat deytron spinigagina teng.
Reaksiyagacha to‘la juftlik -mezon va -deytronlar juftliklari ko‘paytmasiga teng.

Deytron -proton, neytronlari bog‘langan holda S-holatda bo‘lganligi uchun juftligi juftdir.
Reaksiyadan keyin ikkita neytron hosil bo‘lsa, bu bog‘lanmagan aynan bir xil zarralar bo‘lgani uchun to‘lqin funksiyalari antisimmetrik bo‘lishi kerak.
Bu ikkita neytron ¹S, ¹D-holatda turaolmaydilar, aks holda to‘lqin funksiyalari simmetrik bo‘lib qoladi. ³R-holatda bo‘lsa spinlari 0,1,2 (yig‘indi spin 1) bo‘lishi mumkin.
Shunday qilib ikkala neytron R-holat bilan xarakterlansa juftligi toq, demak reaksiya oxirida juftlik ₀=-1.
Shunday qilib -mezon juftligi toq ekan.
5). Kuchli ta’sirlashuv bilan kechadigan yadro reaksiyalarida izotopik spin saqlanadi. (Boshqa ta’sirlashuvlarda saqlanmaydi.
T_a+T_A= T_v+T_V – izotopik invariantlik.

Yadro reaksiyalarining har xil xususiyatlarini aniqlashda saqlanish qonunlari muhum o’rin tutadi. Biz quyida eng asosiy saqlanish qonunlari ustida to’xtalib o’tamiz.

1. 
   Elektr zaryadining saqlanish qonuni. Beistisno har bir yadro reaksiyalarida reaksiyaga kiruvchilarning tola elektr zaryadi reaksiya mahsulotlarining to’la elektr zaryadiga teng.
   
2. 
   Nuklonlar to’la soning saqlanish qonuni. Agar yadro reaksiyalari jarayonida antinuklunlar qatnashmasa yoki vujudga kelmasa, reaksiyaga kiruvchi nuklonlarning to’la soni reaksiya o’tishi jarayonida saqlanadi. Quydagi 1-jadvalda yadro reaksiyalariga misollar keltirilgan. Har bir reaksiya uchun mazkur saqlanish qonunlarining bajarilishi ko’rsatilgan.
   

Reaksiyalar	Elektr zaryadi	Nuklonlar soni
	1+3=4+0 0+7=6+1 0+13=12+1 1+1=2+0 1+8=9+0	1+7=7+1 1+14=14+1 0+27=26+1 2+3=4+1 1+17=17+1

Nuklonlar sonining saqlanish qonuni biz yashab turgan dunyoning barqarorligini ta’minlaydi. Masalan, protonning elektron bilan reaksiya kirishib, o’zaro yo’q bo’lishiga – annigilyatsiya mazkur qonun yo’l qo’ymaydi, ya’ni

Chunki chap tomondan nuklonlar soni birga teng, o’ng tomonda esa nolga teng (ma’lumki, elektron va foton uchun nuklon soni nolga teng).
3. Energiyaning saqlanish qonuni. Ma’lumki harqanday yopiq sistemauchun energiya, to’la impulus va impulus momenti saqlanadi. Yadro reaksiyalari jarayonida bu klassik fizika qonunlarining hammasi o’rinlidir. Tabiatdagi eng kuchli o’zaro ta’sirlar ostida o’tadigan yadro reaksiyalari jarayonida ajralib chiquvchi yoki zarur bo’lgan tashqi energiyaning miqdori shunchalik katta bo’ladiki, ba’zan ular reaksiyaga kiruvchi, zarra va yadrolarning tinchlikdagi energiyalariga nisbattan sezilarli darajada katta bo’lishi mumkin. Shuning uchun, yadro reaksiyalarida energiyaning saqlanish qonuni eng umumiy ko’rinishda ta’riflash zarur. Quyidagi
a+A→B+b 1.3.1
reaksiya uchun energiyaning saqlanish qonuni
(m_a + m_A)c² + T_a + T_A = (m_b +m_B)c² T_b +T_B 1.3.2
Ko’rinishida yoziladi. Reaksiya jarayonida A yadroning B yadroga aylanishi ularning tinch holatdagi energiyalarining, ya’ni ichki energiyalarining o’zgarishi natijasida ro’y beradi. Energiyaning saqlanish qonuni asosida reaksiya energiyasi uchun
Q = (T_b +T_B)-( T_a + T_A) = (m_a + m_A)c² - (m_b +m_B)c² 1.3.3
Tenglikni hosil qilamiz, bu yerda T_a, T_b, T_A, T_B – mos zarralarning kinetik energiyalari, Q>0 bo’lganda (1.3.3) formulaga binoan reaksiya jarayonida A yadroning B yadroga aylanishi ularning tinch holatdagi energiyaning kamayishi hisobiga kinetik energiya ortadi. Reaksiya natijasida energiya ajralib chiqadi, ya’ni jarayon ekzotermik bo’ladi. Neytral a zarraning har qanday energiyasida ham reaksiya yuz berishi mumkin. Zaryadlangan zarralar uchun ularning energiyalari kulon to’sig’I potensialini yengish uchun yetarli bo’lganidagina reaksiya amalgam oshadi.
Agar Q<0 bo’lsa (endotermik reaksiya), reaksiya kinetik energiyaning kamayishi hisobiga tinch holatdagi energiyaning oshishi bilan o’tadi ((1.3.2) formulaga qarang). Bunday reaksiya reaksiyaga kiruvchi a zarraning kinetik energiyasi ma’lum qiymatdan katta bo’lgan holatdagina ro’y berishi mumkin. (1.3.2) formuladan ko’ramizki, endotermik jarayonda reaksiya mahsuloti massasining yig’indisi reaksiyaga kiruvchi zarralar massasining yig’indisidan katta bo’ladi. Bu, albatta, toqnashuvchi zarralar kinetic energiyasining kamayib, tinchlikdagi energiyaga aylanishi hisobiga yuz beradi.
(1.3.2) formulaga ko’ra energiyaning saqlanish qonuni quydagicha yozilad:
(m_a + m_A)c² = (m_b +m_B)c² + Q 1.3.4
(1.3.4) formulani tajribada bevosita tekshirib ko’rish mumkin. Tajribada reaksiyada qatnashuvchi hamma zarralarning massasini mass-spektrometr orqali aniq o’lchash mumkin. Reaksiya energiyasi Q ni esa reaksiyaga kiruvchi zarralarning va reaksiya mahsuloti zarralarning kinetik energiyalarini bilgan holda o’lchash mumkin. Shu yo’sinda o’tkazilgan tajribalar (1.3.4) formulani juda katta aniqlida bajarilishini tasdiqladi. Shuning uchun (1.3.4) formula, o’znavbatida zarralarning massasini yoki reaksiya energiyasini aniqlashda asos bo’la oladi. Chunonchi, agar reaksiyada qatnashuvchi to’rtta (a, A, B, b) zarradan birortasining massasi noma’lum bo’lsa, uni qolgan zarralarning ma’lum massasi va reaksiya energiyasi Q orqali aniqlash mumkin.
Zarralarning massasini (1.3.4) formulaga asoslanib mazkur usulda aniqlash o’zining aniqligi jihatidan massani mass-spektrometrdan qolishmaydi. Shuning uchun zarralar massasini bu xilda mikrodunyo fizikasida keng qo’llaniladi. Xususan, neytronning massasi birinchi bor xuddi shu energiyaning saqlanish qonuniga asosan o’lchangan.
Energiyaning saqlanish qonuni unversaldir, lekin uni tajribada faqat yaro reaksiyalari uchungina tekshirib ko’rish mumkin. Ximyaviy reaksiyalarda, ya’ni molekulyar jarayonlarda reaksiya energiyasi shu darajada kichikki, uning absalyut qiymati molekulalar massasini hatto eng zamonaviy usullar orqali o’lchashdagi xolatdan ham ancha kichikdir.
Agar Q=0 bo’lsa, elastik sochilish bo’ladi. Bu holda to’la energiyaning saqlanish qonuni (1.3.4) gina emas, balki kinetik energiyaning va demak, zarralarning tinchlikdagi energiyasining, ya’ni zarralar massasining ham saqlanish qonuni o’rinli bo’ladi.
4. Impulusning saqlanish qonuni. Reaksiyaga kiruvchi zarralarning to’la impulisi reaksiya mahsuloti zarralarning to’la impulusiga teng bo’ladi (1.3.1) formulaga binoan
(1.3.5)
Odatda, tajribada vaqtida (labaratoriya sistemasida) nishon-yadro harakatsiz bo’ladi, ya’ni . Shuning uchun labaratoriya sistemasida impulsning saqlanish qonuni(1.3.5) quydagicha yoziladi:
(1.3.6)
Impulisning absolyut qiymati magnit spektrometr yordamida yoki energiyani bilgan holda energiya va impulus orasidagi E²=P²c²+m²c⁴ bog’lanishdan foydalanib aniqlash mumkin. Impulus vektorlari orasidagi burchaklar esa zarralarning maxsus fotoplastinkadagi izlarini kuzatish yo’li bilan aniqlanadi.
Energiya va impulusning saqlanish qonunlari asosida reaksiya mahsulotlarining energetik va burchak taqsimotlari orasidagi bog’lanishlarni aniqlashimiz mumkin. Labaratoriya sistemasida (1.3.1) jarayonni ko’raylik 1-rasm. Bu jarayon uchun energiyaning saqlanish qonuni quydagicha yoziladi:
(1.3.7)
Impulusning saqlanish qonuni x va y o’qlariga proeksiyalar ko’rinishida yozsak,

bo’ladi. Bu oxirgi uch tenglamani birgalikda yechib, kattaliklar uchun har hil bog’lanish ifodasini tuzish mumkin.
Energiya va impulusning saqlanish qonunlarini birgalikda ko’rib, endotermik reaksiyaning o’tish sharoyitini aniqlashimiz mumkin. Nishon-yadroga tushayotgan yadrolarning energiyasi zarralarning tinchlikdagi energiyasiga (ya’ni massasiga) aylanadi. Buning uchun kinetik energiyaning qiymati shu energiyadan katta bo’lishi kerak. Laboratoriya sistemasida nishon-yadro harakatsiz holatda bo’lganligi sababli, zarra va nishon-yadrodan iborat sistemaning to’la impulsi zarraning to’la impulsiga teng, ya’ni . Demak, zarra va nishon yadrodan iborat sistema labaratoriya sistemasida harakatda bo’ladi. Uning inersiya markazining impulsi
va bu harakatga tegishli kinetik energiyasi
. (1.3.8)
Zarraning kinetik energiyasi –T_a ortishi bilan uning ma’lum qiymatidan boshlab endotermik reaksiya jarayoni boshlanadi. Bu qiymatni, odatda endotermik reaksiya ostonasi deyiladi. (1.3.8) formulaga asosan, zarra kinetik energiyasining T₁ qismi sistema kinetik energiyasiga aylanadi. Qolgan qismi esa zarra va yadrodan iborat sistemaning qo’zg’alish energiyasiga, ya’ni reaksiya eneriyasiga sarflanadi.
(1.3.9)
Zarra kinetik energiyasining (1.3.9) tenglik bajariladigan qiymati reaksiya ostonasi deb yuritiladi, ya’ni
(1.3.10)
Shunday qilib, reaksiya ostonasi T_ost qiymat jihatidan har doim reaksiya energiyasi Q dan katta bo’lar ekan. Lekin ko’p hollarda nishon-yadroning massasi - m_A zarra massasiga nisbattan katta bo’ladi: m_A>> m_a, shuning uchun ko’pincha reaksiya ostonasi reaksiya energiyasiga qiymat jihatdan deyarli teng bo’ladi: . Fotonlar ta’sirida o’tadigan endotermik reaksiyada esa , chunki foton uchun m_a=0.
5. Harakat miqdori momentining saqlanish qonuni. Yadro reaksiyalarida ayni vaqtda to’qnashuvchi zarralarning to’la harakat miqdori momenti ham saqlanadi.
(1.3.11)
- tegishli zarralar va yadrolar spini, - tegishli juftlarni harakterlovchi nisbiy harakat uchun orbital moment vektori. Harakat miqdori momentining ma’lum tanlangan yo’nalishiga proeksiyalari uchun ham (1.3.11) tenglikka o’xshash ifoda yoza olamiz.
Harakat miqdori momentining saqlanish qonuni past energiyalarda o’tadigan reaksiyalar uxhun muhim ahamiyatga ega. Kvant mehnikasiga asosan ikki zarra nisbiy harakatining orbital momenti l faqat diskret qiymatlar qabul qiladi. Masalan, Plank doimiysi ћ birligida l=0,1,2,… . agar yadro radyusining chekli ekanligini hisobga olsak, u xolda energiyalarda l ning ma’lum kichik qiymatlaridagina yadro reaksiyasi vujudgaa kelishi mumkin. L ning bu qiymatlarini yarim klassik yo’l bilan osongina baholash mumkin (-rasm). Agar ikki zarra: zarra va nisho-yadrouchun nisbiy impulisning kattaligini p deb belgilasak –rasmga binoan harakat miqdori momentining qiymati L=R_ep, bunda R_l- zarra nishon yadroga yaqin kela oladigan eng kichik masofani ko’rsatuvchi parametr (to’qnashuv parametri). Reaksiya Rl faqat yadro radyusi R dan katta bo’lmagan qiymatlaridagina yuz berihi mumkin. Demak, CL= ћl bo’lganidan holda reaksiya asosan l=0, ya’ni s holatdagina o’tadi.
Yadro reaksiyalari jarayinida yana qatir bishqa aniq yoki taqribiy bajariladigan saqlanish qonunlari mavjud. Quyida shulardan yana ikkitasiga-juftlik va izotopik spinning saqlanish qonuniga to’xtalib o’tamiz. Yadro reaksiyalari jarayonida juftlikning saqlanish qonuni juda katta aniqlik bilan bajariladi. Qator tajribalar bu saqlanish qonuni kuchli va elektromagnit o’zaro ta’sir reaksiyasidagina o’rinli ekanligini ko’rsatdi. Juftlikning saqlanish qonuni quydagicha ifodalanadi:
(1.3.12)
- tegishli zaralar va yadrolarning ichki juftligi.
Atom yadrosining ba’zi xossalari nuklonlarning nuklonlarda sochilishini o’rganishga oid tajribalar jarayonida aniqlash mumkin, masalan, kvant sonlari bir xil bo’lgan hollarda har qanday nuklonlar jufti (p-p, n-p, n-n) orasidagi yadrota’sirlanish (elektromagnit ta’sir hisobga olinmasa) aynan bir xil bo’ladi. Boshqacha qilib aytganda, mazkur jarayonlarda proton bilan neytronlarni aynan bir xil deb qarash mumkin. Proton bilan neytron xossalarini