Mavzu: Atom yadrosi va elementar zarrachalar fizikasi tarixi

Mavzu: Atom yadrosi va elementar zarrachalar fizikasi tarixi

Reja.
1.Yadro fizikasi rivojlanish tarixi.

2. Neytronning kashf qilinishi.
3. Ernest Rezerford va oltin folgada tajriba.

1.Yadro fizikasining rivojlanish tarixi

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 massasiprotonlar 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.

1984 y. - Dubna yadro tadqiqot institutida akademik YU.TS. Oganesyan ilmiy guruhi va Darmshtad yadro ilmiy-tadqiqot markazida G. Myuntsenberg va xodimlari 108-nchi kimyoviy elementni sintez qildilar.
1987 y. - Darmshtad yadro ilmiy-tadqiqot markazida 109-nchi kimyoviy element sintez qilindi.
1991 y. - elektron va proton kuchli lazer nuri ta`sirida vodorod atomi hosil qilishi kashf etildi va ularning atom optikasi va atom lazerlari yaratish yo’lida qo’llash mumkinligi qayd etildi.
1995 y. – Kuchli lazer qurilmalari va « magnit halqa - «qopqon» lari vositasida yangi turdagi modda – ideal holatdagi Boze-gazi kondensati hosil qilindi.

1996 – 1999 yy. – Evropa yadro tadqiqotlari markazida protoniy (proton va antiprotondan tarkib topgan atom) sintez qilindi va asosiy fiizik ko’rsatkichlari o’rganildi.

1990-2000 yy.- Rossiya, Evropa va AKSH olimlari yadro reaktsiyalari vositasida D.I.Mendeleev davriy jadvalining 110, 111, 112, 114 va 116 – raqamli kimyoviy elementlarini sintez qildilar.
2.3. 2001 – 2015 yillarda fizika sohasidagieng yangi kashfiyotlar
XXI asr fizikasining o’ziga xos xususiyati shundaki, texnik jihatdan yuqori darajada ko’rsatkichlarga ega bo’lgan tadqiqot jihozlari: elektron «tunnel»mikroskoplar, koinotda joylashtirilgan kuchli teleskoplar va Er yuzida joylashgan radioastronomik majmualar yaratilishi mikroolam va astrofizika sohasida avvalda tasavvur etish qiyin bo’lgan ilmiy yangilik-lar va kashfiyotlarga olib keldi.
2001 y. – kanadalik olimlar Quyoshdan chiqqan neytrino Er planetasiga etib kelguncha ostsillyatsiya xodisasi ta`sirida tau- va myuon-neytrino ga aylanishini taklif etishdi.
2002 y. – Frantsuz olimlari geliy atomlarini superkondensat ( Boze-Eynshteyn kondensati) holatiga o’tkazishdi.2003 y. - Quyoshdan 68,05 astronomik birlik uzoqda joylashgan erida planetasi surati olindi. Uning diametri 2700-3300 km bo’lib, Quyosh atro-fida to’liq aylanish davri 561 yilni tashkil etadi. Uni o’rganish Quyosh sistemasi va Pluton planetasi haqidai tasavvurlarni aniqlashtirdi.
2004 y. – rus fiziklari Andrey Geym va Konstantin Novoselovlar tomonidan uglerodning yangi allotropik holati – grafen olindi va fizik xossalari o’rganildi ( ushbu kashfiyot uchun ular 2010 yilda Nobel muko foti bilan taqdirlandilar). Grafen avval uchratilmagan elektrofizik xossalarga ega bo’lgan eng mustahkam materiallardan biri , o’ta yupqa –nozik tranzistorlar olishda va superkomp’yuterlarda qo’llaniladi.2005 y. - Evropa kosmik agentligining astronomik zondi «Mars eks-press» Mars planetasi sirtida katta miqdorda muzlagan suv borligini ko’rsatdi va «Marsda Hayot bormi? » degan munozarani kuchaytirdi.
2006-2010 yy. – kvant teleportatsiya hodisasi kuzatildi va undan amaliy maqsadlarda (kvant komp’yuterlari yaratishda va katta hajmdagi axborotni saqlash va uzatishlarda) qo’llash imkoniyatlarini o’rganish boshlandi.
2001-2008 yy. – o’ta og’ir zarrachalar (protonlar va qo’rg’oshin ionlarini) uzunligi 26, 7 km tonnelda qarama-qarshi yo’nalishlarda yorug’lik tezligi darajasida to’qnashishini ta`minlash va to’qnashish natijasida hosil bo’lgan mahsulotlarni o’rganishga mo’ljallangan eng yirik eksperimental qurilma yaratildi. Uni yaratishda 100 dan oshiq mamlakatdan kelgan 10 mingdan oshiq olimlar va injenerlar qatnashdilar.
2012 y. – Katta adron kollayderida shotlandiyalik fizik Piter Xiggs 1960-yillarda borligini bashorat qilgan zarracha - bozon hosil bo’lishi kuzatildi ( ushbu ilmiy natija uchun 2013 yilda P. Xiggs va F. engler, Nobel mukofotiga sazovor bo’ldilar).
2012 y. – AKSH ning Brukxeyven milliy laboratoriyasida fizik olimlar xarorati 4 trillion °S ( quyosh markazidagi haroratda 250 ming marta yuqori ) bo’lgan kvark-glyuon plazmasini hosil qildilar.
Ii.Asosiy qism
1.1Neytronning kashf qilinishi.
a zarralari bilan nurlantirish bo'yicha tajribalar shuni ko'rsatdiki, yadro reaktsiyalari har doim ham proton emissiyasi bilan boshlanmaydi. Germaniyalik olimlar V.Bothe va G. Bekker 1930 yilda berilliyani α zarralari bilan bombardimon qilganda, juda yuqori darajada kirib boradigan yangi nurlanish paydo bo'lishini birinchi bo'lib berilyum nurlari deb atashdi. Bu nurlanish Uilson kamerasida iz qoldirmadi va sintilyatsiyaga olib kelmadi, elektr va magnit maydonlariammo vodorod va boshqa atomlarning yadrolarini o'z ichiga olgan moddalardan vodorod yadrolarini (protonlarni) chiqarib yubordi, masalan azot uning birikmalaridan. Bor zarralar va boshqa bir qator elementlar bilan nurlanish natijasida shunga o'xshash nurlanish aniqlandi.Dastlab, berilliy nurlar γ nurlanish deb taxmin qilingan. Biroq, bu nurlar shu qadar qalin qo'rg'oshin qatlamlariga kirib borganki, boshqa barcha ma'lum nurlarni kechiktirgan. Bundan tashqari, hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, ushbu radiatsiyaga to'g'ri keladigan foton energiyasi juda katta va hatto proton, azot atomining yadrosi va boshqa atomlarning yadrolari siqib chiqarilgan bo'lsa ham farq qiladi. Bularning barchasi berilyum nurlari γ nurlanishiga shubha tug'diradi.1932 yilda Chadwick berilliy nurlari neytral zarrachalardan iborat bo'lib, ular proton massasiga yaqinlashdi. U bu zarralarni neytronlar deb atadi. Keyingi tadqiqotlar Chadvikning taklifini tasdiqladi. Shunday qilib, yana bir elementar zarracha - neytron kashf qilindi. Uning qolgan massasi 1,6749 * 10 -27 kg ni tashkil qiladi, ya'ni proton massasidan bir oz ko'proq. Keyinchalik, Uilson kamerasidagi ko'plab rasmlar turli atomlarning yadrolari bilan neytron to'qnashuvlarini qayd etdi. Ushbu fotosuratlardan biri sek. 37.9. Unda neytron parafindan parchalangan protonning izi ko'rsatilgan (neytron o'zi iz qoldirmaydi).

Neytronlar zaryadlanmaganligi sababli ular atomlarning elektronlari bilan o'zaro ta'sir o'tkazmaydilar va ularning yo'lida ion hosil qilmaydi (elektron bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa juda kam). Bu neytron oqimining yuqori kirish qobiliyatini ochib beradi. Neytron atom yadrosi bilan to'qnashguncha to'g'ri uchadi. Kuchli yadrolar bilan elastik to'qnashuvda neytron deyarli energiyani yo'qotmaydi, xuddi to'p devordan sakraganday. Yengil yadrolar bilan to'qnashganda neytron o'z energiyasining sezilarli qismini ularga o'tkazadi va ta'sirdan keyin u sekinroq harakat qiladi. Bir qator to'qnashuvlardan so'ng uning kinetik energiyasi energiyaga yaqinlashadi termal harakat zarralar atrof-muhit. Bunday sekin harakatlanadigan neytronlar termal neytronlar deyiladi. Eng samarali neytron moderatorlari vodorodni o'z ichiga olgan moddalar, masalan, kerosin, suv va boshqalar. Uglerod yaxshi moderatordir.

Neytronlarning atom yadrolari bilan to'qnashishi ehtimolligi zaryadlangan zarrachalarga qaraganda ancha katta, chunki neytronlar yadrolar tomonidan, masalan, a-zarralar kabi elektrostatik repulsiyani boshdan kechirmaydilar. Yadrolar bilan notekis to'qnashuvda neytronlar osonlikcha yadrolarga kirib, juda ko'p elementlarning yadro konversiyalariga olib keladi.

Neytronni kashf qilish
Atom yadrosi fizikasining rivojlanishidagi eng muhim bosqich 1932 yilda neytronning kashf qilinishi edi.Atom yadrolarini sun'iy ravishda o'zgartirish. Ruterford insoniyat tarixida birinchi marta 1919 yilda yadrolarni sun'iy ravishda o'zgartirishni amalga oshirdi. Bu endi tasodifiy kashfiyot emas edi.Yadro juda barqarordir va na yuqori harorat, na bosim, na elektromagnit maydonlar elementlarning o'zgarishiga olib kelmaydi va radioaktiv parchalanish tezligiga ta'sir qilmaydi, Ruterford yadroni yo'q qilish yoki o'zgartirish uchun juda katta energiya zarurligini ta'kidladi. O'sha paytdagi eng yaxshi energiya tashuvchilar radioaktiv parchalanish paytida yadrolardan chiqadigan zarralar edi.Sun'iy transformatsiyadan o'tgan birinchi yadro azot atomining yadrosi bo'lgan. Rumin tomonidan chiqarilgan azotni yuqori energiyali zarralar bilan bombalash orqali Ruterford protonlarning - vodorod atomi yadrosining paydo bo'lishini kashf etdi.Birinchi tajribalarda protonlarni ro'yxatga olish sintilatsiya 1 usuli bilan amalga oshirildi va ularning natijalari etarli darajada ishonchli va ishonchli emas edi. Ammo bir necha yil o'tgach, Uilson xonasida azotning konversiyasi kuzatildi. Kamerada radioaktiv preparat tomonidan chiqarilgan har 50 000 zarrachaga bitta zarracha azot yadrosi bilan ushlanib, proton chiqishiga olib keladi. Bu holda azot yadrosi kislorod izotopining yadrosiga aylanadi:13.9-rasmda ushbu jarayonning fotosuratlaridan biri ko'rsatilgan. Chapda siz xarakterli "vilkalar" ni ko'rasiz - dallanadigan yo'l. Qalin iz kislorod yadrosiga, ingichka iz protonga tegishli. Qolgan zarralar yadrolar bilan to'qnashmaydi va ularning izlari to'g'ri. Boshqa tadqiqotchilar ftor, natriy, alyuminiy va boshqalarning β zarralari ta'sirida protonlarning tarqalishi bilan bog'liq bo'lgan o'zgarishlarni aniqladilar. Davriy tizim oxiridagi og'ir elementlarning yadrolari o'zgarishlarga duch kelmadi. Shubhasiz, katta (ijobiy) zaryad tufayli zarra yadroga yaqinlasha olmadi. 1 Sintilyatsiya - zarralar maxsus moddaning qatlami bilan qoplangan yuzaga, masalan, sink sulfid qatlamiga urilganda paydo bo'ladigan avj.Joliot-Kyuri Frederik (1900-1958) - fransuz olimi va progressiv jamoat arbobi. Irene rafiqasi bilan birgalikda 1934 yilda sun'iy radioaktivlikni aniqladi. Neytronlarni kashf qilishda Kurining turmush o'rtoqlari β-zarrachalar ta'sirida berilyum nurlanishini o'rganish bo'yicha ish olib borishdi. 1939 yilda u va uning sheriklari dastlab uran atomining yadrosini parchalanish jarayonida chiqarilgan neytronlarning o'rtacha miqdorini aniqladilar va energiya chiqarilishi bilan zanjirli yadro reaktsiyasining asosiy imkoniyatlarini ko'rsatdilar.Neytron kashfiyoti. 1932 yilda hamma uchun eng muhim narsa yadro fizikasi voqea: Ruterfordning talabasi, ingliz fizigi D. Chadvik neytronni kashf qildi.Berilyum zarrachalar bilan bombardimon qilinganida protonlar ko'rinmadi. Ammo qalinligi 10–20 sm bo'lgan qo'rg'oshin plitasi kabi to'siqni engib o'tishi mumkin bo'lgan kuchli radiatsiya aniqlandi va ular yuqori energiyali nurlar ekanligi taxmin qilindi.Irene Joliot-Cure (Mariya va Per Kyurining qizi) va uning eri Frederik Joliot-Kuri, agar siz berilliy zarralarini bombardimon qilish natijasida hosil bo'lgan nurlanish yo'liga parafinli plastinka qo'ysangiz, u holda bu nurlanishning ionlash qobiliyati sezilarli darajada oshadi. Ular radiatsiya parafinli plastinkadan vodorod o'z ichiga olgan moddada juda ko'p bo'lgan protonlarni taqillatadi deb to'g'ri taxmin qilishdi. Uilson kamerasidan foydalangan holda (tajriba diagrammasi 13.10-rasmda keltirilgan) Joliot-Kuri juftlari ushbu protonlarni kashf etdilar va ularning energiyasini yo'l uzunligiga qarab hisobladilar. Ularga ko'ra, agar protonlar β-kvant bilan to'qnashuv natijasida tezlashgan bo'lsa, unda bu kvantlarning energiyasi juda katta bo'lishi kerak edi - taxminan 55 MeV.Chadvik Uilson kamerasida azot yadrolari izlarini kuzatgan, ular berilliy nurlanish bilan to'qnashgan. Uning hisob-kitoblariga ko'ra, ushbu kuzatuvlarda aniqlangan tezlik azot yadrolarini xabardor qilishga qodir γ-kvant energiyasi 90 MeV bo'lishi kerak edi. Argon yadrolari izlari kamerasidagi Wilson kamerasida shunga o'xshash kuzatuvlar ushbu gipoteza-kvant energiyasi 150 MeV bo'lishi kerak degan xulosaga keldi. Shunday qilib, yadrolar massasiz zarralar bilan to'qnashuv natijasida harakatga kelgan deb faraz qilgan holda, tadqiqotchilar aniq qarama-qarshilikka kelishdi: bir xil β-kvantlar turli xil energiyaga ega edi.Berilliy kvantining, ya'ni massasiz zarrachalarning emissiyasini taxmin qilish mumkin emasligi ma'lum bo'ldi. Β zarralar ta'sirida ba'zi og'ir zarralar berilliyadan chiqib ketadi. Axir, faqat og'ir zarralar bilan to'qnashganda, proton yoki azot va argon yadrolari eksperimental ravishda kuzatilgan katta energiyani olishlari mumkin edi. Ushbu zarralar juda katta kirish kuchiga ega bo'lganligi sababli va gazni to'g'ridan-to'g'ri ionlashtirmaganligi sababli, ular elektr neytral edi. Axir, zaryadlangan zarra materiya bilan kuchli ta'sir qiladi va shuning uchun tezda energiyasini yo'qotadi.Yangi zarra neytron deb nomlandi. Ruterford Chadwick tajribalaridan 10 yil oldin uning mavjudligini bashorat qilgan. Neytronlar bilan to'qnashgan yadrolarning energiyasi va momentumidan ushbu yangi zarralarning massasi aniqlandi. Bu proton massasidan biroz kattaroq bo'lib chiqdi - proton uchun 1836,1 o'rniga 1838,6 elektron massasi. Oxir-oqibat zarralar berill yadrolariga tushganda quyidagi reaktsiya yuzaga kelishi aniqlandi.Bu erda neytronning ramzi; uning zaryadi nolga teng, va nisbiy massa - bitta haqida. "Neytron beqaror zarrachadir: erkin neytron protonga taxminan 15 minut ichida parchalanadi, elektron va neytrino - massasiz neytron zarracha.Elementar zarracha - neytronga ega emas elektr zaryadi. Neytronning massasi proton massasidan 2,5 elektron massasiga kattaroqdir.Yadroning proton neytron modeli 1932 yil 28-mayda sovet fizigi D. D. Ivanenko "Tabiat" da eslatmani nashr etdi, unda u proton bilan birga neytron yadroning tarkibiy elementi ekanligini ta'kidladi. Uning ta'kidlashicha, ushbu gipoteza azotli falokat muammosini hal qiladi. Darhaqiqat, ushbu gipotezaga ko'ra, azot yadrosi 14 ta zarradan iborat - 7 ta proton va 7 ta neytron va shu bilan 1930 yilda Rasetti tomonidan Raman spektrini o'rganish natijasida ko'rsatilgandek, Bose statistikasiga bo'ysunadi. 1932 yil iyun oyida V. Xeyzenberg yadroning proton-neytron modeli haqida katta maqola taqdim etdi. Biroq, yadroning proton-neytron modeli aksariyat fiziklar tomonidan shubha bilan kutib olindi. B-parchalanishida elektronlar yadrolari chiqarilishiga zid keladiganga o'xshaydi. Geyzenberg 1968 yilda uning yadroda elektronlar yo'qligi haqidagi gumoni "eng taniqli fiziklar tomonidan juda qattiq tanqid qilinganligini" esladi. Va u to'g'ri deb xulosa qildiapriori sifatida qabul qilinadigan darajada ravshan ko'rinadigan narsalardan voz kechish haqiqatan ham qiyinligini ko'rsatadi. " Aristotelning terminologiyasiga ko'ra, "tabiatan aniq" deb "biz uchun aniq" dan voz kechish juda qiyin. Faqat og'ir zarrachalardagi yadrolarning tuzilishi haqidagi g'oyani fiziklar deyarli qabul qilmadilar. Yadro ichida elektronlar yo'q degan fikrni Dirak 1930 yilda aytgan, ammo saqlanib qolgan. Neytron kashfiyotini ko'pchilik ahamiyatsiz deb hisoblashdi - proton va elektronning murakkab shakllanishi shunchaki ochiq kashf qilindi, men hali ham shunday deb o'ylardim. Hech kim yangi zarrachalarni kiritish orqali "koinotning asosiy bloklari" proton va elektron bo'lgan dunyoning oddiy rasmini murakkablashtirmoqchi emas edi. 1933 yil sentyabrda Leningradda atom yadrosi bo'yicha konferentsiya bo'lib o'tdi, unda chet ellik olimlar ham qatnashdilar. F. Joliot (u hali er-xotin familiyasiga ega emas edi) ikkita ma'ruza qildi: "Neytronlar" va "Fotonlarning moddiylashuvi va yadrolarning o'zgarishi paytida pozitronlarning paydo bo'lishi". P. Dirak pozitron nazariyasi bo'yicha taqdimot qildi; F. Perrin - yadro modeli bo'yicha. D. Ivanenko shuningdek, yadro modeli haqida taqdimot qildi. U asosiy tezisni tuzgan holda proton-neytron modelini qat'iy himoya qildi: yadroda faqat og'ir zarralar mavjud. "Elektronlar, pozitronlar va hokazolarning paydo bo'lishi, - dedi Ivanenko, -" yorug'lik kvantining chiqarilishi bilan taqqoslaganda, zarralar ishlab chiqarishning bir turi sifatida talqin qilinishi kerak. D. D. Ivanenko neytron va protonning murakkab tuzilishi haqidagi g'oyani rad etdi. Uning fikriga ko'ra, ikkala zarracha ham "aftidan bir xil elementarlik darajasiga ega bo'lishi kerak", ya'ni ikkala neytron ham, proton ham, elementar zarralar ham bir-biriga o'tib, elektron yoki pozitron chiqarishi mumkin. Keyinchalik proton va neytron bitta zarrachaning ikki holati - nuklon deb qaraldi va Ivanenko g'oyasi umuman qabul qilindi.

1.2. Ernest Rezerford va oltin folgada tajriba

Atom tarixidagi navbatdagi olamshumul tajriba oʻz karyerasining asosiy qismini Angliya va Kanadada yaratgan fizik olim Ernest Rezerford tomonidan amalga oshirildi. Oʻzining mashhur oltin folgadagi tajribasida Rezerford \alphaαalpha zarrachalar (alfa zarrachalar deyiladi) ning ingichka oqimini juda yupqa boʻlgan toza oltin varogʻi tomon yoʻnaltirdi. Alfa zarrachalar geliyning yadrolari (_2^4\text{He}^{2+})(
2
4
​
He
2+
)left parenthesis, start subscript, 2, end subscript, start superscript, 4, end superscript, start text, H, e, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, right parenthesis boʻlib, ular turli xil radioaktiv parchalanish jarayonlarida ajralib chiqadi. Buning uchun Rezerford kichik tirqishi mavjud boʻlgan qoʻrgʻoshin quti ichiga radiy (radioaktiv metall) boʻlakchasini joyladi. Radiatsiyaning koʻp qismi qoʻrgʻoshinga singib ketadi, biroq \alphaαalpha zarrachalarning ingichka oqimi tirqish orqali toʻgʻri oltin folga tomon otilib chiqadi. Oltin folga atrofiga detektor ekran joylashtirilgan boʻlib, \alphaαalpha zarrachalar urilgan payt shu joyda yorugʻlik chaqnashi kuzatiladi.
Nega folga uchun aynan oltin ishlatilgan? Uning oʻrniga nikel ishlatib, pullarni tejab qolsa, boʻlmasmidi?
Rezerfordning oltin folga tajribasida qoʻllanadigan uskuna.
Rezerfordning oltin folga tajribasida qoʻllanadigan uskuna.
Rezerfordning oltin folga tajribasida \alphaαalpha zarrachalarning oqimi oltin folganing yupqa varogʻiga yoʻnaltiriladi. \alphaαalpha zarrachalarning koʻp qismi oltin folga orqali toʻgʻridan toʻgʻri oʻtib ketadi, lekin oz miqdori yoʻnalishidan biroz ogʻadi va hatto juda kichik miqdori oʻz yonalishini 90^{\circ}90
∘
90, degrees dan ham koʻproqqa oʻzgartiradi. Rasm: Openstax, CC BY 4.0.
Tomsonning olxoʻrili desert modeliga asoslanib Rezerford \alphaαalpha zarrachalarning koʻp qismi toʻgʻridan toʻgʻri oltin folga orqali oʻtib ketishini oldindan taxmin qilgan edi. Bu esa olxoʻrili desert modelida musbat zaryad butun atom hajmi boʻylab har tomonlama bir xil tarqalgan – degan taxmin sabablidir. Shuning uchun musbat zaryadlangan “xamir”ning elektr maydoni katta koʻlamdagi tez harakatlanayotgan \alphaαalpha zarrachalarning oʻtib ketishiga sezilarli darajada salbiy taʼsir etishi uchun ancha kuchsizlik qilgan boʻlardi.
Biroq tajriba natijalari hayratda qolarli darajada boʻldi. Deyarli barcha \alphaαalpha zarrachalar oltin folgadan toʻgʻridan toʻgʻri oʻtib ketdi, \alphaαalpha zarrachalarning oz qismi (taxminan, 20 000 dan 1 ta) esa oʻz yoʻnalishini hatto 90^{\circ}90
∘
90, degrees dan ham koʻproqqa oʻzgartirdi! Rezerfordning oʻzi natijalarni quyidagi oʻxshashlik orqali tasvirlab berdi: “Bu hayotimda sodir boʻlgan ehtimoldan eng uzoq voqea boʻldi. Bu – agar siz qogʻoz boʻlagiga 15-kalibrli oʻq bilan oʻt ochsangiz-u, u qaytib kelib, sizga urilgandek aqlga sigʻmas hodisa edi”.
Tomson modeliga koʻra Rezerfordning oltin folga tajribasidan kutilgan natijalar (chapda) va uning tajribasida olingan haqiqiy natijalar (oʻngda).
Tomson modeliga koʻra Rezerfordning oltin folga tajribasidan kutilgan natijalar (chapda) va uning tajribasida olingan haqiqiy natijalar (oʻngda).
Atomning olxoʻrili desert modeliga asoslanib oltin atomlari ichida katta koʻlamdagi \alphaαalpha zarrachalar oqimini yoʻnalishidan oʻzgartira oladigan yetarlicha zich va ogʻir hech narsa yoʻqligi taxmin qilingan edi (chapdagi rasm). Biroq Rezerford, gʻayritabiiy boʻlsa-da, uning taxminlari mos kelmasligini (oʻngdagi rasm) va yangi atom modeliga ehtiyoj borligini payqab qoldi!
Atomning yadroviy modeli
Oʻzining tajribaviy natijalariga asoslanib Rezerford atom tuzilishi haqida quyidagi xulosalarga keldi:
Musbat zaryad atom massasining koʻp qismini tashkil etib, atomning juda kichik hajmini egallagan boʻlishi kerak. Bu juda kichik miqdordagi \alphaαalpha zarrachalarning imkon qadar yoʻnalishini oʻzgartirgani orqali izohlanadi, aftidan, oltin yadrolari bilan kamdan kam toʻqnashuv yuz bergan.
\alphaαalpha zarrachalarning koʻp qismi toʻgʻridan toʻgʻri oltin folga orqali oʻtib ketadi, demak, atomning asosiy qismi boʻshliqdan tashkil topgan!
Yadroni aks ettirayotgan kichik qora sharcha va uning atrofidagi orbitalarda harakatlanayotgan elektronlar surati.
Yadroni aks ettirayotgan kichik qora sharcha va uning atrofidagi orbitalarda harakatlanayotgan elektronlar surati.
Atomning yadroviy modeli.
Bu Rezerfordning yadroviy modelni taklif etishiga sabab boʻldi, unga koʻra atom juda kichik, musbat zaryadlangan yadro hamda uning atrofini oʻrab turuvchi manfiy zaryadlangan elektronlardan iborat. Oʻzining tajribasidagi yoʻnalishini oʻzgartirgan \alphaαalpha zarrachalar soniga tayanib, yadro atom hajmining juda kichik qismini egallashini hisoblab chiqdi.
Yadroviy model Rezefordning tajribaviy natijalarini tushuntirib berdi, ammo bu qoʻshimcha savollarni ham paydo qildi. Masalan, elektronlar atom ichida nima qilayotgandi? Elektronlarni qarama-qarshi zaryadlar tortayotganda ular yadro ichiga qulab tushishdan qanday saqlanib turadi? Xayriyatki, ilm-fan bellashuvga tayyor edi! Nils Bor kabi fizik olimlar atomning yadroviy modelini tekshirish uchun tajribalar rejalashtirishda davom etdilar, bu esa vaqti kelib zamonaviy kvant mexanik modelni rivojlantirdi.
1.3Yadroviy reaksiyalar.
Hozirgi vaqtda atom yadrosida ko‘p sonli elementar zarracha
lar kashf qilingan. Ulardan eng muhimlari protonlar bilan neytronlardir. Bu ikkala zarracha nuklon deyila
digan yadro zarrachasining ikki turli xil holati sifatida qaraladi. Elementar zarrachalarning muayyan massasi va zaryadi boladi. Protonning massasi 1,0073 m. a. b. ga va zaryadi + 1 ga teng. Neytronning massasi 1,0087 m. a. b. ga, zaryadi esa nolga teng (zarracha elektr neytraldir). Proton bilan neytronning massasini deyarli bir xil deyish mumkin.

Neytron kashf etilgandan keyin tez orada rus olimlari D.D.Ivanenko bilan Y.N.Gapon yadro tuzilishining proton—
neytron nazariyasini yaratdilar (1932). Bu nazariyaga muvofiq
vodorod atomining yadrosidan boshqa barcha atomlarning yadrolari Z protonlar bilan (A—Z) neytronlardan tarkib topgan, bunda
Z — elementning tartib raqami, A — massa soni.

Massa soni A atom yadrosidagi protonlar Z bilan neytron
larning N umumiy sonini ko‘rsatadi, ya’ni

A=Z+N
Proton bilan neytronlarni yadroda tutib turuvchi kuchlar yadro
kuchlari deyiladi. Bular juda qisqa masofalarda (10-15 m atrofida) ta'sir etuvchi nihoyatda katta kuchlar bo‘lib, itarilish kuchlaridan katta bo‘ladi. Bu kuchlarning tabiatini-yadro fizikasi o'rganadi.

Tekshirishlar shuni ko‘rsatdiki, tabiatda bitta elementning massasi turlicha bolgan atomlari mavjud bolishi mumkin ekan. Masalan, xlorning massasi 35 va 37 bolgan atomlari uchraydi. Bu atomlarning yadrolarida protonlar soni bir xil, lekin neytronlarning soni turlicha boladi.

Elementning yadro zaryadlari bir xil, lekin massa sonlari turli olia bolgan atom turlari izotoplar deyiladi.

Har qaysi izotop ikkita kattalik: massa soni (tegishli kimyo
viy element belgisining chap tomoni yuqorisiga yoziladi) va tartib
raqami (kimyoviy element belgisining chap tomoni pastiga yozi
ladi) bilan xarakterlanadi.

Elementning atom massasi uning barcha tabiiy izotoplari massalarining shu izotoplarning tarqalganlik darajasi e’tiborga olingan o‘rtacha qiymatiga teng.

Masalan, tabiiy xlorning 75,4 foiz massa soni 35 bolgan izotopdan va 24,6 foiz massa soni 37 bolgan izotopdan iborat: xlorning o'rtacha atom massasi 35,453.

Yadro reaksiyalari — bu atom yadrolarining elementar zarrachalar bilan va bir-biri bilan o‘zaro ta’sirlashishi natijasida
o‘zgarishidir. Bunday reaksiyalarning tenglamalarini yozish massa va zaryadning saqlanish qonunlariga asosiangan. Bu degan so‘z, tenglamaning chap qismida massalar yig‘indisi bilan zaryadlar
yig'indisi tenglamaning o‘ng qismidagi massalar yig'indisi bilan
zaryadlar yig‘indisiga teng bo‘lishi kerak, demakdir.

Siklotron qurilmasi yaratilgandan (1930) keyin juda ko‘p
turli-tuman yadro reaksiyalari kashf qilindi va tekshirildi.Yadro reaksiyalarining tenglamalarini qisqacha yozish ko‘p qollaniladi. Dastlab boshlanglch yadroning kimyoviy belgisi yozila
di, so‘ngra (qavs ichida) reaksiyani vujudga keltirgan zarracha va reaksiya natijasida hosil bolgan zarracha qisqacha belgilanadi, shundan keyin hosil boigan yadroning kimyoviy belgisi qo‘yiladi. Bunda boshlangich
va hosil bolgan yadrolaming simvollarida faqat massa sonlari qo‘yiladi, chunki yadrolarning zaryadlarini D.l.Mendeleyevning element
lar davriy sistemasidan oson aniqlash mumkin.

Yadro reaksiyalari – bu atom yadrolarining elementar zarrachalar bilan va bir-biri bilan o‘zaro ta’sirlashishi natijasidagi o‘zgarishidir.

γ- nurlanish rеntgеn nurlariga o‘xshash bo‘lib, kuchli o‘tish (singish) xossasiga ega; 0,1 m qalinlikdagi to‘siqdan o‘ta oladi. Atom yadrosidagi energiya kamayadi, lekin massasi va zaryadi o‘zgarmaydi. Yadro reaksiyalari β- parchalanish, α- parchalanish kabi asosiy turlarga bo‘linadi. α- parchalanishda elеmеntning tartib raqami 2 birlikka kamayadi. β- parchalanishda elеmеntning tartib raqami bir birlikka ortib, yadroning massa soni o‘zgarmay qoladi. Ayrim yadro rеaksiyalarida pozitron ( 1+ 0e )yoki (+β) zarracha hosil bo‘lib, yadroning massa soni o‘zgarmasdan, tartib raqami bir birlikka kamayadi. Ba’zi yadro rеaksiyalarida yadro β-zarrachani biriktirib oladi. Bunda tartib raqami bir birlikka kamayadi, yadro massasi o‘zgarmaydi. Yadro reaksiyalari yordamida radioaktiv xususiyati bor izotoplar (radioaktiv izotoplar) olinadi. Ularning hammasi beqaror va radioaktiv parchalanish natijasida boshqa elementlarning izotoplariga aylanadi. Barcha kimyoviy elementlarning radioaktiv izotoplari olingan. Ularning taxminan 1500 turi ma’lum. Faqat radioaktiv izotoplardan tarkib topgan elementlar radioaktiv elementlar deyiladi. Bular Z=43, 61 va 84 — 105 elementlardir.

Bunday reaksiyalarning tenglamalarini yozish elementlarning massa va zaryadlari yig‘indisi o‘zgarmasligiga asoslangan. Bu degan so‘z, tenglamaning chap qismida massalar yig‘indisi bilan zaryadlar yig‘indisi tenglamaning o‘ng qismidagi massalar yig‘indisi bilan zaryadlar yig‘indisiga teng bo‘lishi kerak.

1919-yilda Rezerford azot atomlarining yadrolarini α-zarrachalar bilan bombardimon qilib, birinchi marta sun’iy ravishda yadro reaksiyasini amalga oshirdi:

Barqaror (radioaktiv emas) izotoplardan 300 ga yaqini ma’lum. D.I. Mendeleyev elementlar davriy sistemasidagi ko‘pchilik kimyoviy elementlar ana shunday izotoplardan tarkib topgan. Ba’zi elementlarda barqaror izotoplar bilan birga uzoq vaqt yashaydigan radioaktiv izotoplari ham bo‘ladi.

Yadroviy reaksiyalarda saqlanish qonunlari.
Reaksiya kesimi, chiqishi Zarralarning zarralar bilan, zarralarning yadrolar bilan, yadrolarning
yadrolar bilan yadro masshtabida intensiv ta’sirlashuvi yadrolar tarkibini o'zgartishga olib kelsa yadro reaksiyalari amalga oshgan boMadi.Yadro reaksiyasida energiya, impuls yadroda qayta taqsimlangan boMadi. Reaksiyalar kuchli, elektromagnit, kuchsiz ta’sirlashuvlarga ko‘ra, amalga ortishi mumkin.Reaksiyalar zaryadli, zaryadsiz zarralar, fotonlar ta’sirlashuvlariga ko‘ra, boMadi.Barcha reaksiyalar saqlanish qonunlarining bajarilishi bilan ro‘y beradi.a+A —»B+b.Agar ko‘p kanalli boMsa:a + A -- B + b
— С + с— D + d
Reaksiya kanallari chiqish ehtimoliyatlligiga ko'ra, ularga ruxsat etilgan yoki cheklashlarga sabab boMadigan kvant xarakteristikalarini aniqlash imkonini beradi.Yadro reaksiyalarida saqlanish qonunlari toMa bajarilishligi reaksiyada qatnashayotgan yadrolar va zarralar 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.lar qarab tavsiflanadi.Reaksiyaga kirishayotgan zarralarning turiga qarab reaksiyalarni n,zaryadli zarralar, g-fotonlar reaksiyalari deb ataladi.
5.7-§. Yadroviy reaksiyalarning turli mexanizmlari
Turli yadroviy reaksiyalarni har taraflama to‘g‘ri tushuntirib beruvchi nazariya hozirgacha yaratilgan emas. Shuning uchun yadroviy reaksiyalar turli soddalashtirilgan mexanizm yoki modellar asosida tushuntiriladi. Bu mexanizm yoki modellar asosida yadroviy reaksiyalarning u yoki bu xususiyatlari to‘g‘ri tushuntirilishi mumkin.Yadroviy reaksiyalarning quyidagi mexanizmlari mavjud:
1.Bor kompaund yadro mexanizmi. 1936-yilda Nils Bor taklif qilgan yadro mexanizmiga ko‘ra, yadro reaksiyasi ikki bosqichdan iborat. Birinchi bosqich nishon-yadro bilan zarraning birikma (kompaund) holat tashkil etishidan iborat, ya’ni a + A —>C*.Birikma holat C* har doim kuchli uyg‘ongan boMadi, ikkinchi bosqich esa birikma holatning u yoki bu zarraga parchalanishidan iborat, ya’ni C* —»B + b. Demak, bu mexanizmga asosan reaksiya quyidagicha o‘tadi: a+A —>C* —»B+b.Bu mexanizmga ko‘ra, yadroviy reaksiyaning boMib,o‘tishi juda sekin yuz beradi deb qaraladi.
2. Bevosita o‘zaro ta’sirli yadroviy reaksiya. Bunday reaksiyada nuklon yadrodagi bir yoki ko‘pi bilan ikkita-uchta nuklon bilan ta’sirlashadi yoki biror zarra almashish bilan ta’sirlashadi deb hisoblanadi. Bu holdakompaund yadro hosil boMmaydi. Bunga (d, n), (d, p) uzilish reaksiyalari va (p, d), (n, d) ilish reaksiyalari misol boMa oladi. Uzilish reaksiyasida tarkibiy qismga ega bo‘ lgan birlamchi zarra deytrondagi nuklonlaming biri yadro tomonidan «uzib» olinadi. Ilish reaksiyasida esa, aksincha, birlamchi nuklon yadrodan bitta nuklonni ilib oladi, deytronga aylanadi.3. Kulon o‘yg‘onish. Bunda yadro oldidan uchib o‘tayotgan zaryadlangan zarraning kulon maydoni ta’sirida yadro uyg‘ongan holatga o‘tib qoladi.
4. Bir yoki bir nechta zarralar hosil boMishi bilan yuz beradigan yadroviy reaksiya mexanizmi. Bu jarayonda birlamchi zarra energiyasi 109eV dan yuqori boMganda yadro reaksiyasi natijasida bir yoki bir nechta ikkilamchi zarralar hosil boMadi. Juda yuqori energiyalarda barion-antibarion juftlari ham hosil boMishi mumkin.
5.7.1. Yadro reaksiyalarining kompaund yadro mexanizmiN.Bor 1936-yilda yadro tomchi modeligaasoslanib yadroviy reaksiyalar nazariyasini yaratdi. U yadroviy reaksiya ikki bosqichda boMadi deb faraz qildi. Birinchi bosqichda a -zarra A-yadro-nishon bilan birikib kompaund yadro C* ni hosil qiladi, ikkinchi bosqichda uyg‘ongan holatdagi kompaund yadro b zarra chiqarib parchalanadi. Umumiy holda reaksiyani quyidagicha yozish mumkin:a + A —»C*—»B + b (5.7.1)Kompaund yadro yashash vaqti yadro vaqti tyad = 10”22 - 1 O'23 s dan katta boMadi. Bunday boMishligi yadroga tushayotgan a-zarra o‘z energiyasini nishon-yadro nuklonlari bilan to‘qnashib energiyasini yo‘qotadi. Uning energiyasi yadrodagi nuklonning bogManish energiyasidan kichik boMib,qoladi va endi u nishon-yadrodan chiqib keta olmaydi. Hosil boMgan kompaund yadro uyg‘ongan holatda boMadi. Shunisi muhimki, kompaund yadro tarkibidagi bitta ham nuklon bogManish energiyasini yengib chiqib ketish energiyasiga ega emas.Masalan, nishon-yadroga zarra tomonidan olib kelingan uyg‘onish energiyasi 15 MeV, kompaund yadrodagi nuklonlar soni esaA = 100 boMsin. U holda har bir nuklonning uyg‘onish energiyasi 0,15 MeV ga teng. Nuklon yadrodan chiqib ketishi uchun esa uning kinetik energiyasi bogManish energiyasi (8 MeV) dan katta boMishi kerak.Vaqt o'tishi bilan bu ortiqcha 15 MeVenergiya kompaund yadro nuklonlari o‘rtasida bir necha xil taqsimotda boMadi. Tasodifan shunday fluktuatsiya vaziyati vujudga keladiki, bunda yadro sirtidagi biror nuklonda yadroni tark eta oladigan darajada energiya yigMlib qolishi mumkin. U holda ehtimolligi juda kichik boMgan «bugManish» jarayoni yuz beradi va nuklon yadrodan chiqib ketadi.
5.7.4. Ikkilamchi zarralarning energiya va burchak bo‘yicha taqsimlanishiKichik uyg‘onish energiyalarida reaksiya jarayoni alohida sathlar xususiyatiga bogMiq boMadi. Shuning uchun ikkilamchi zarralarning energiya taqsimotida parchalanuvchi yadroning energetik sathlariga mos ravishda qator maksimumlar kuzatiladi (5.8-rasm) Ikkilamchi zarralarning harakat miqdor momentiga bogMiq ravishda ularning burchak taqsimoti ham o‘zgaradi. Masalan, 1 = 0 holda ikkilamchi zarralar burchak taqsimoti izotrop boMadi.Yadro uyg‘onish energiyasi katta boMganda energetik sathlar qo‘shilib ketgani uchun zarralarning energiya va burchak bo‘yicha taqsimoti haqidagi maMumotlar statistik nazariya asosida keltirilib chiqarilishi mumkin.
. Bevosita o‘zaro ta’sirli yadroviy reaksiyalar
Yadroviy reaksiyalarni o‘rganish shuni ko‘rsatadiki, ba’zi hollarda reaksiya natijasini Boming kompaund yadro mexanizmi asosida tushuntirish mumkin emas. Masalan, ikkilamchi zarralarning burchak taqsimoti izotrop emas, balki anizatrop boMib,chiqdi. Agar yadro reaksiyasi tyad yoki unga yaqinroq vaqtda ro‘y beradigan boMsa, bunday reaksiya bevosita o‘zaro ta’sirli yadro reaksiyasi deyiladi. Bunday qisqa vaqt ichida yadroga kelib tushgan zarra yadrodagi bitta yoki ko‘pi bilan ikkita-uchta nuklonlar bilan to‘qnashishga ulguradi.Kompaund yadro mexanizmidan farqli oMaroq, bu holda bitta nuklon bilan to‘qnashgan zarra unga bevosita impuls beradi va natijada bu zarra yadrodan urib chiqarilishi mumkin boMadi.Bunday mexanizm asosida nishon-yadrodan protonlar hamda neytronlar teng intensivlik bilan uchib chiqishi mumkin, chunki yuqori energiyalarda tushayotgan zarra bilan nishon-yadro orasidagi kulon ta’simi hisobga olmasa ham boMadi.Shunday qilib, bevosita o‘zaro ta’sirli yadroviy reaksiyalar quyidagi alomatlarga ega boMishadi: birinchidan, tushuvchi nuklon o‘z impulsini asosan bitta nuklonga beradi, uchib chiquvchi nuklonlar ko‘plab tushish yo‘nalishida boMadi. Ikkinchidan, tushuvchi nuklon bitta nuklonga deyarlik toMa energiyasini berar ekan, chiquvchi nuklon energiyasi ham maksimum energiyaga yaqin energiya bilan chiqadi. Uchinchidan, kulon to‘sigM rol o‘ynamaydi, proton va neytronlar teng intensivlik bilan chiqa oladi.Bevosita o‘zaro ta’sirli yadroviy reaksiyalar xillari turlicha, istalgan tushuvchi zarralar bilan barcha yadrolarda kuzatish mumkin. Reaksiya mahsulida bitta, juft nuklonlar, deytron, 3He yadro, a-zarra, murakkab litiy, berilliy yadrolari va h.k.lar chiqishi mumkin. Bulardan tashqari to‘qnashuv natijasida elementar zarralar - pion, kaon, giperonlar va boshqa zarralar chiqishi mumkin. Bevosita o‘zaro ta’sir yadroviy reaksiyalardan: (n, n); (n, p); (p, n); (p, p) reaksiyalar, uzilish (d, p); (d, n) va ilib olish (p, d); (n, d) va boshqa ko‘plab turlari yaxshi o‘rganilgan.

1.4 Boʻlinish va termoyadroviy reaksiyalar

Yadro bo‘linish reaksiyasiYadroning bo‘linish tarixi E.Fermi va uning izdoshlarining 1934-yilda
uran yadrosini neytronlar bilan bombardimon qilish bo'yicha o‘tkazgan tajribalaridan boshlanadi. Ular zaiyadsiz neytron uchun kulon to‘sig‘i yo‘qligi sababli og‘ir yadrolami neytron bilan bombardimon qilib nishon yadroni neytronlar bilan boyitish bu yadrolar o‘z navbatida radioaktiv boMib, b'-emirilish bilan zaryadini bittaga oshirishi, shu yo‘l bilan davriy sistemada uran elementidan keyin joylashgan transuran elementlarini hosil qilish maqsad qilib qo‘yilgan edi. Haqiqatda esa, ular boMinish parchalarini (yarim yemirilish davrlari: T|/2 = 13 min., T ,/2 = 90 min.) kuzatdilar.Ko‘pyillik muntazam izlanishlar olib borib 1939-yilda O.Gan (1879 — 1968), Lize Meytner (1878 — 1968) va Shtrassman (1902 — 1980) E.Fermi tajribalarini takrorlab, bunday reaksiya natijasida boshIang‘ich yadro o‘zidan anchayengil elementlarga parchalanishini ko‘rsatdilar.I.Kyuri va P.Savich (1909-y.t.) yuqoridagi reaksiyalarda radioaktiv lantanning, O.Gan va Shtrassmanlar radioaktiv bariy elementining hosil boMishini aniqladilar.Bu tajriba natijalarini tahlil qilib, 1939-yilda Meytner va O.Frish (1904— 1979) neytronlarta’siridauran yadrosi ikki boMakkaajralishi kerak, degan fikrga keldilar. Bu fikr keyinchalik tasdiqlandi va bu jarayon yadroning boMinishi degan nomni oldi.L.Meytner va Frishlar yadro boMinishini tomchi modeliga ko‘ra, tushuntirishga harakat qildilar. 1939-yildaN.Bor, D.Uiler (1911) bulardan mustaqil Ya.I.Frenkel (1894— 1952) yadro boMinish mexanizmini tomchi modeli asosida tushuntirib berdilar.Nishon yadro neytron ta’sirida uyg‘ongan holatga o‘tadi va yadro suyuqlik tomchisida kuchli tebranishlar yuzaga keladi. Bunday tebranishlar yadrodagi zaryadlangan protonlar o‘rtasidagi kulon itarishish kuchlari bilan yadroni barqaror holatga qaytaruvchi sirt taranglik kuchlari tufayli vujudga keladi.Solishtirm a bogManish energiyasining m assa so n iga bogM iqligidan m a’ lum ki, yengil yadrolarning qo‘shilishi n atijasida yu z beradigan sintez reaksiya ekzotermik boMib, bu reaksiyalarda bitta nuklonga to‘g ‘ri keluvchi ajralgan energiya og‘ ir yadrolarning boMinishida ajralgan energiyadan ancha katta boMadi. Yengil yadrolarning qo‘ sh ilib sintez reaksiyasini am alga oshirishi uchun musbat zaryadli ikki atom yadrosini bir-biriga yaq in lash tirish ular orasidagi kulon itarilish ku ch in i yen gish lozim . Z aryad lari Z,e va +Z2e boMgan ikki yadro o rasid ag i kulon to ‘ sigM balandligi:Z Z e2 Z Ze2 Z Z
иы = = . | £ Ж = l2-ji£ M eV (5.11.1)

4ле0Л{, 4щ ,г„А A v

’

ga teng boMadi. R 12 = Rj + R2 - yadrolar orasidagi masofa, Rp R2 -birinchi va ikkinchi yadro radiusi.Kulon potensial to‘sigMni yen gish ga yetarli en ergiyaga ega boMishi zarur.S h u n d ay q ilib , kin etik en e rg iyasi y e tarli d a ra ja d a katta boMgan yad ro largin a sintez reak siyasin i hosil q ila o lad i. B u n d ay yadrolarni (reagen tlarn i) ju d a yuqori tem peraturagacha q izd irish hisobiga olish m um kin. A gar kerakli tem peratura sintez reak siyasi jarayo n id a hosil boMadigan boMsa, u holda reaksiya o‘z-o‘zini ta’ m inlaydigan boMadi. Umuman olganda, kuchli qizdirish hozircha m a’ Ium boMgan yagona uslubdir. Shuning uchun bu usul bilan hosil qilinadigan sintez reaksiyalarini term o yad ro re a k siy a la ri deb ataladi.Z arran in g k in etik en erg iyasi b ilan harorati o rasid a q u yid ag ich a bogManish mavjud:T(grad) = 1,16 104 E(eV). (5.11.2)M asalan, ikki proton Kulon to‘sigM (5.11.1) g aaso san 1 M eV g a to ‘g ‘ri k elsa, term oyadro reak siyasi yu z b erish i uchun T = 1,16* 1010 AT tem peraturagacha qizdirish lozim . U Quyosh m arkazid agi haroratdan taxm inan 100 marta katta.T erm oyadroviy sintezni issiq lik uslubi bilan h o sil q ilish m um kin em asdek ko ‘rinadi. Lekin q u yid agi ikkita m uhim om ilni hisobga olsak:b irin ch id an , za rralarn in g e n e rg iy a bo‘y ic h a taq sim o ti M ak sv e ll qonuniga bo‘ysu n ad i, y a ’ ni b erilgan tem peraturada yad ro larn in g m a’ lum qism i o ‘ rtacha energiyadan kattaroq energiyaga ega boMadi.Ikkinchidan, Kulon potensial to‘ sigMdan energiyasi kichik E < Ukul boMgan yad ro lar ham tunnel effekti hisobiga kulon bareridan o ‘tib reak siyaga k irish ish i mumkin. Shuning uchun tabiatda term oyadro reaksiyalari intensiv yuz beradi va Quyosh hamda boshqa yulduzlarning energiya m anbayi boMadi.Sintez reaksiyasini reaksiyada qatnashadigan yadrolarni tezlatgichlar yordam ida tezlashtirib keyin o‘zaro to‘qnashtirish yoMi bilan am alga oshirish kutilgan natijalarni bermadi. Bunda tezlatish uchun sarf boMgan energiya sintez natijasida ajralib chiqadigan energiyadan katta, bundan tashqari, sintez reaksiyalarining kesim i ionizatsiya kesim idan 8 — 9 tartibga kichik. Shuning uchun tezlatilgan yengil yadrolarning eng ko‘p qismi, sintez reaksiyasiga emas, balkim nishon atomlarini u yg ‘otish va ionizatsiyaga sarflaydi.Demak, hozircha termoyadro reaksiyasini olish uchun deyteriy-tritiy reaksiyasidan foydalanish m aqsadga muvofiq hisoblanadi:*He + In + 1 7 ,6MeV. (5.11.3)Bu reaksiya Kulon to‘sigM kichik, past energiyada katta kesim ga ega. Bu reaksiyaning har bir nuklonga to‘g ‘ri keluvchi energiya chiqarishi
Я = . OgMr yadrolarning boMinishidagisi: q~ 1 MeV.

Л J
K elajakda deyteriy - deyteriy reaksiyasi asosida sintez reaksiyasini hosil

qilish moMjallangan:

2rr 2

и \He+ ln + 3,25M eV;

,H + .H —> (5 1 1 4 )

\H + lH + 4,03M eV. 1 ;

(5.11.3)reaksiyadan bu (5.11.4) reaksiyaning ko‘rsatgichlari birmuncha past, lekin (5.11.4) reaksiya ustunligi shundaki, ularda faqat deytronlar ishtirok etadi.D eyteriyning yerdagi m anbayi tuganm as, chunki u okean suvidagi ham m a vodorodning 0,015% ni tashkil qiladi. 250 g suvdagi deyteriy1 kg ko‘m ir yongandagi issiq lik n i beradi. O keanlardagi suv taxm inan

1,45- 1024kg, bu esa 6 -10181 ko ‘ m irga ekvivalent. Bu esa Yer m assasi

(6 -10211) ning 10-3 qism iga teng.Termoyadro boMinish reaksiyalaridan ham foydalanish mumkin:

\H + j'5 -> Ъ\Не + %,! MeV \ (5.11.5)

\H + I Li -► 2 \He + 1 7 ,3 Me V. (5.11.6)

Bunday term oyadroviy reaksiyalardan so‘ng radioaktiv chiqindilar va neytronlar oqimidan iborat boMgan nurlanish hosil boMmaydi.Yuqorida sintez reaksiyasi (5.11.3) tritiy \H v ad eyteriy 2{H lar bilanboMishligi m aqsadga m uvofiqligi ta’kidlandi. Tritiy radioaktiv yarim yem irilish davri T |/2 = 12,3yiltab iiyh o latd auch ram ayd i. SunMy ravishda reaktorda vujudga keluvchi «-la r bilan ni nurlantirish bilan hosil qilinadi:
tLi + n -* ]H + * H e + A ,m e V . (5.11.7)
Sintez reaksiyasi jarayonida ni hosil qilishlik uchun (5.11.3) deytrontritiy reaksiyasida vujudga kelgan я -lardan foydalanish lozim . Buning uchun (5.11.7) reaksiyaga ko‘ra, reaktor devorlarini litiy bilan o ‘rab qo‘yish lik lozim.Bu qoplam aga litiy b lan keti d eyiladi. Shunday qilib, (d, t) reaksiyasida vujudga kelgan n reaktor devorlaridagi litiy 6Li bilan reaksiyaga kirishib, bevosita reaktorda tritiy 3H hosil qilinadi. 6Li o‘m iga asosiy izotopi olinsa (tabiiy holda litiyn in g6L i-7 ,5 2 % , 7L i - 92,18% tashkil etadi), endotermik reaksiya:

n + ]L i - » J # + 24He + n - 2 , 5 MeV.

(5.11.8)kuzatiladi.B u re a k siy a e n e rg iya jih a tid a n n o q u lay boM sada, n e y tro n la m i y o ‘ qotm asdan tritiyn i hosil q ilish m um kin. T abiatda litiy z a h ira si istalgancha yetarli, shuning uchun aytish mumkinki, (d, t) reaksiyalari boMishligi faqatgina deyteriy m iqdoriga bogMiq.

5.11.1. Termoyadroviy reaksiya hosil bo‘lish shartlari
B arqaror term oyadro reak siyalari m avjud boMishi uchun plazm a temperaturasi T, konsentratsiyalari bir xil nil boMgan deyteriy va tritiy aralash m asid an ishchi hajm da t vaqt ushlab turish lozim . A lbattatermoyadro reaksiyalari ro‘y berayotganda ajralib chiqadigan energiya miqdori yonilgM aralashmasini qizdirish va boshqa isrofgarchiliklarga sarf
boMayotgan energiya miqdoridan ortiq boMishi, buning uchun plazmaning zichligi ham yuqori boMishi lozim.Hajm birligida sintez jaryonlar soni:
N = a ( T ) nDnr T. (5.11.9)

Bu yerda я , и - deyteriy va tritiy konsentratsiyalar, г - plazmani issiq holda ushlab turish vaqti, a(T) - harorat funksiyasi boMib, plazmada issiqlik alm ashinish va reaksiya kesim ining energiyaga bogMiqligini ifodalaydi.B ir sintez aktida Q energiya ajralsa, r vaqt ichida hajm birligida QN energiya ajraladi. Bu issiqlik energiyadan olinadigan elektr energiya:

WeI =rjQN = TjQa(T)nnnTT. (5.11.10)

bunda rj - foydali ish koeffitsienti boMib, bir energiyani (issiqlik) ikkinchi (elektr) xil energiyaga aylantirish koeffitsienti deb ham ataladi.

Plazm ani qizdirganda quyidagi energiya sarflanadi:

W,,si4 = l \ k T { n D + n r ). (5 . 11. 11)

Bu fo rm u lad agi 2 k o effitsien t plazm adagi io n lar va elektro n lar m avjudligini hisobga oladi.Termoyadro reaksiya ekzotermik boMishi uchun ajralgan energiya katta boMishi, y a ’ni W e| > W jssjq boMishligi lozim, bu esa г bogMiq. (5.11.10) va (5.11.11) formulalardan

3 kT (nD + nr )

г > / т л ' Т ;

-------' (5.11.12)

a{T)rjQ nDnT

bu yerda n = nD+nT, plazma toMa konsentratsiyasi nD = n/2 da reaksiya m inim al boMishini ’tiborga olib (5.11.12) ifodadan yoza olam iz

RASM
Toroidal kam eraning ichki halqa m arkaziga yaqin tom onidagi magnit maydon tashqi (m arkazning uzoq) tomonidagi m agnit m aydondan katta boMganligidan, bu hoi butun plazmani tashqi devor tomon surilishga va tashqi devorga urilib «halok» boMishga olib keladi. Plazm aning bu «surib chiqarilisn» effektini bartaraf qilish uchun L. Spitser kam erani sakkiz raqam i ko‘rinishida tayyorlashni tak lif etdi Bunday kamerada yarim aylanishdan so‘ng birortom onga surilib qolgan plazm a ikkinchi yarim aylanishda boshqa tomonga suriladi va kamera ichidagi devordan yetarlicha uzoqroq masofada boMadi. B unday kamera stellarator deb ataladi.Stellaratorlarda magnit sirt plazma hosil qilishuvchi hajm dan tashqarida
joylashgan o‘tkazgichdan oquvchi toq yordam ida hosil qilinadi.

8'

5.16-rasm. Stellarator

Plazmadan toq o‘tkazilsa oqayotgan elektr toki protsesningboshlangMch davrida plazm ani yaratadi, uni qizdiradi, plazmani idish devorlaridan uzib term oizolyatsiyalaydi va nihoyat, plazm a berk doiraviy toq rolini o‘tab, uning atrofida berk magnit sirtni hosil qiladi. Bu prinsip asosida ishlovchi term oyadroviy sintez q urilm alari tokam ak (tok, m agn it v a katushka so‘zlaridan olingan) deb ataladi.Termoyadro reaksiyasini am alga oshirishda tokamak usulidan tashqari plazmaga yetarli darajada tezlashtirilgan neytral atom lam i injeksiya qilish

ham istiqbolli usullardan hisoblanadi. Bunda atomlar plazmani ushlab turgan magnit maydonidan erkin o‘tadi va qizdirilgan plazm aga kirib ionlashadi.Boshqa usullardanintensiv lazer nurlanishi vatez elektronlam i injeksiya qilish va h.k.lardan foydalaniladi.Lazer nurlari bilan nurlantirilganda hosil boMgan intensiv nurlanish jismsirtid a katta bosim ni hosil q ilad i. B uning h iso b iga d ey te riy -tritiy aralashm asi ming marta kuchlirok siqiladi va termoyadroviy reaksiyaning bo‘ lish intensivligi million m artaortibketadi. Lekin bujarayonda energiya so ch ilish kattadir. M asalan, lazerlard a elektr en ergiyan i yorugM ik energiyasiga aylantirish foydali koeffitsienti atigi 1%. Lazer yorugMik energiyasining 6-10% gina term oyadroviy yoqilgMni qizdirishga sarf boMadi, qolgan qismi bugMangan modda bilan sochiladi.
Kuchli tokli im pulsli elektron-tezlatgichlarda olingan relyativistik e le k tro n la r o q im id an fo y d a la n ilg a n d a , la z e r te rm o y a d ro v iy qurilm alardan afzallig i shundaki, ularning foydali ish koeffitsienti kattaroqdir. Lekin relyativistik elektronlarni fokuslash va energiyasini
juda kichik hajm da konsentratsiyalash muammosi ju d a murakkabdir. Hozirgi vaqtda bu sohada turli uslublarda butun dunyo olim lari intensiv izlanishlar olib bormoqdalar. Bu muammoning hal boMishi energetikada katta o‘zgarish yasaydi va yer yuzida insoniyatning energiyaga boMgan ehtiyojini toMa qondiriladi.

5.11.2. Quyosh va yulduzlarda yuz beradigan termoyadroviyreaksiyalar

Q uyosh n u rlan ish in i sp ek tral ta h lil q ilish sh u n i k o ‘ rsatad ik i, Q uyosh xrom osferasi asosan vodorod va g eliyd an tash k il topgan. Q uyosh m oddasining zic h lig i taxm inan 100 g/sm3 boMib, quyoshdagi z a rra la r o rasid ag i m asofa atom oM cham laridan k ich ik ek an lig in i ko ‘ rsatad i.D em ak, Q uyosh va yu ld u zlard a modda toMa ionlashgan holatda boMadi, bunda elektron va yad ro lard an tash kil topgan g az, y a ’ ni plazm a katta g rav itatsiya kuchi hisobiga ularning harorati bir necha m illio n grad u sga qizigan boMadi. Quyosh xro m osferasida vodorod va g e liy n in g k o ‘p m iqdorda uch rash i, yu ld u zlard agi vodorodning bir qism i g e liy g a aylan ib turadi degan fikrga olib k elad i.T erm oyadro sin tezin in g aso siy n atijasi to ‘ rtta protonning g e liy yad ro sig a aylan ish id ir. Bu ikki usul uglerod-azot va vodorod-vodorod s ik lla ri b ilan ro ‘y beradi.Vodorod sik li uch reaksiya orqali o‘tadi. JADVAL RASM
Birinchi bosqichda proton-proton bilan qo‘shilib deytron hosil boMadi, hosil boMgan deytron bir vodorod yadrosi bilan tezda qo‘shilib geliy-3 izotopini hosil qiladi. Yetarli darajada geliy-3 izotopini ikkita g e liy -3qo‘shilishi natijasida * He va ikkita proton hosil boMishi bilan sikl tugaydi.Vodorod s ik li n isb atan k ic h ik h aro ratlard a (~ 10 m ln g ra d u s) boMib,o‘tadi. Shuning uchun u asosan yu ld u zlard a hosil boMishi va rivojlanishining dastlabki bosqichida energiya m anbayi rolini bajaradi. Yulduzlarda yetarli m iqdorda g e liy hosil boMgan yuqoriroq haroratlarda yangi n uklonlam ingqo‘shilishi natijasida ogMrroq elem entlar hosil boMa boshlaydi.M asalan, ~ 100-106 gradus haroratda uch g eliy yadrosi qo‘shilib uglerod- 12 hosil qilishi m um kin. Bundan tashqari uglerod-12 oraliq *Be ning hosil boMishi bilan ham ro‘y berishi mumkin. Yulduzlarda uglerod mavjud boMsa, T > 15-106 graduslarda oltita reaksiyadan iborat uglerod azot sikli borishi mumkin (5.7-jad val).