Mavzu: Atomning tuzilishi. Rezerford tajribasi. Atomni yadroviy planetar modeli. Yadro fizikasi tushunchalari. Atom yadrosi. Radioaktivlik

Spontan nurlanish ehtimolligi:
(8)
bu erda Ni - i-energetik sathdagi birlik hajmga mos keluvchi atomlar soni, A - spontan nurlanish e?timolligini xarakterlovchi Eynshteyn koeffitsiyenti.
Majburiy nurlanish ehtimolligi o’tish tezligi bilan quyidagi munosabat orqali bog’langan:
(9)
bu erda W_ik- I va k- sathlar orasidagi majburiy o’tish ehtimolligini ifodalaydi. E?timolliklarning o’lchov birligi qilib sek^-1 kattalik qabul qilingan.
Majburiy nurlanish ehtimolligi elektromagnit nurlanishining energiya zichligi bilan quyidagi munosabat orqali bog’langan bo’ladi:
(10)
bu erda B_ik- majburiy nurlanish uchun Eynshteyn koeffitsiyenti. U spontan nurlanish ehtimolligi A -orqali quyidagicha ifodalanadi:
(11)
Shaffof dz - qatlamdan o’tayotgan yorug’lik oqimining o’zgarishi:
(12)
bu erda - o’tishning ko’ndalang kesim yuzasi deb ataluvchi kattalik. i va k- energetik sathlar bo’yicha atomlarning joylashishi termodinamik muvozanat haror topgan qolda Bol'tsman taqsimoti ga asosan aniqlanadi:
(13)
Agar biror usul bilan yuqori energetik holatdagi atomlar sonini pastgi holatdagiga nisbatan ko’p bo’lishiga erishilsa (bunday holatga o’ta band joylashish yoki inversion joylashish deb aytiladi), (12) - ifodaga asosan dF>0 bo’ladi. Ya’ni, bunday tizimdan yorug’lik nurlari o’tgan vaqtda u yutilmasdan, balki kuchayadi. Yorug’likning majburiy nurlanish yordamida kuchaytiruvchi (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) asboblarga lazer deyiladi.
Bu nazariyani birinchi bo’lib 1940 y.da V.A.Fabrikant o’rtaga tashladi. 1953 y.da Basov, Proxorov va ulardan bexabar Tauns, Veberlar santimetrli to’lqinlar diapazonida ishlovchi asbob mazerlarni yaratish nazariyasini ishlab chiqdilar. 1960 y.da Meyman lazerni yaratdi.
Barcha lazerlar asosan quyidagi kismlardan tashqil topgan bo’ladi:
1. Ishchi modda.
2. Yoritgich (damlash manbai).
3. Rezonatorlar.
4. Sovitgich.
Agar rezonatordagi energiya yukolishi faqat ko’zgularning kaytarishi okibatida yuzaga kelsa, generatsiya bo’sag’asiga quyidagi shart bajarilganda erishiladi:
(14)
bunda R₁ va R₂ -ko’zgularning kaytarish koeffitsiyentlari.
Lazer nurlarining bir qator ajoyib xususiyatlari mavjud. Bular:
1. nurlarning vaqt va fazoda kogerentligi.
2. qat’iy monoxromatligi ( ).
3. katta quvvatga egaligi.
4. ingichka nurlar dastasini hosil qilishi.
Lazerlar undagi ishchi moddaga harab quyidagi turlarga bo’linadi:
1. Qattiq jismli lazerlar.
2. Gaz lazerlari.
3. Ximiyaviy lazerlar.
4. Yarim o’tkazgichli lazerlar.
Lazerlarning qo’llanish sohalari hozirgi vaqtda juda kengdir. Ayniqsa, fan va texnikada, harbiy sohada, tibbiyotda xalq xo’jaligining barcha sohalarini lazerlarsiz tasavvur qilish juda qiyin.
Lazer nurlari o’ta kogerent bo’lganligi uchun ulardan radioaloqada, xususan, kosmosda tayinli bir yo’nalishda alo?a o’rnatish maqsadlarida foydalaniladi.
Atomning yadro modeli tajribalarda o’z tasdi?ini topgandan keyin, yadroning o’zi ham o’z navbatida elementar zarralar - proton va neytronlardan iborat ekanligi aniqlandi. Bu zarralar birgalikda nuklonlar deb ataladi.
Proton. Proton (p) vodorod atomining yadrosidir. Uning zaryadi qe ga va massasi ga teng. Elektronning massasi bo’lgani uchun ekanligi kelib chi?adi.
Protonning yarimga teng bo’lgan spini (s=1/2) va μ_r= q2,79μ₀ ga teng bo’lgan xususiy magnit momenti bor, bunda:
(1)
yadro magnetoni deb ataladi.
Neytron (n). Elektr zaryadiga ega bo’lmagan, massasi bo’lgan zarra. Neytronni 1932 yilda J.CHedvik topgan.
Neytron erkin holatda beharor bo’lib, u o’z-o’zidan bo’linib ketadi. U bo’linganda o’zidan elektron (e^-) va antineytrino () deb ataladigan bitta zarra chiharib, protonga aylanadi. Neytronning yarim emirilish davri 12 minut. Emirilish sxemasi quyidagicha:
(2)
Atom yadrosining xarakteristikasi. Yadrolar

simvol bilan belgilanadi. Bunda: X elementning kimyoviy simvoli, Z protonlar soni, atom nomeri, yoki zaryad sonini, A yadrodagi nuklonlar soni, yoki yadroning massa sonini bildiradi. Yadrodagi neytronlar soni

ga teng bo’ladi.
Izotoplar -zaryad soni bir xil, massa soni har xil bo’lgan elementlar,
Masalan:
- vodorod yoki protiy (Z=1, N=0);
- o?ir vodorod yoki deyteriy (Z=1, N=1);
- tritiy (Z=1, N=2).
Izobarlar - massa soni bir xil zaryad soni har xil bo’lgan elementlar.
Masalan:
- argon (Z=18, A=40).
-kal'tsiy (Z=20, A=40).
Izotonlar - neytronlar soni bir xil bo’lgan elementlar.
Masalan:
- uglerod (Z=6, N=7);
- azot (Z=7, N=7)/
Izomerlar - Z va A lar bir xil, lekin yarim emirilish davri har xil bo’lgan elementlar.
Masalan:
- bromning ikkita izomeri bor, biri 18 minut, biri 4,4 soat.
Yadro radiusi quyidagi formula bilan aniqlanadi:
(3)
Tabiatda Z soni 1 dan 92 gacha bo’lgan elementlar bor, bular jumlasiga texnetsiy (Ts, Z=43) va prometiy (Pm, Z=61) kirmaydi. Z soni 93 dan 104 gacha bo’lgan elementlar har xil yadroviy reaktsiyalar yordamida sun’iy yo’l bilan olingan.
Yadroning massasi m_Ya uning tarkibiga kiruvchi hamma zarralar massalarining yig’indisidan hamisha kichik:
(4)
ifodaga massa deffekti deyiladi. Massa defektining yuzaga kelishiga sabab nuklonlar birikib yadro hosil qilganda nuklonlarning o’zaro bog’lanish energiyasi ajralib chi?adi. Bog’lanish energiyasi quyidagicha aniqlanadi:
(5)
Yadrodagi nuklonlarning bog’lanish energiyasi katta bo’lishiga nuklonlar orasida o’zaro ta’sir borligi sabab bo’ladi. Bu ta’sir kuchli o’zaro ta’sir deb aytiladi. Yadro kuchlarining quyidagi xossalari bor:
1. Yadro kuchlari yaqin masofadan ta’sir qiladi.
2. Yadro kuchlari nuklonlar zaryadiga bog’liq emas.
3. Yadro kuchlari o’zaro ta’sirlashuvchi nuklonlar spinlarining bir-biriga nisbatan joylashuviga bog’liq.
4. Yadro kuchlari to’yinish xossasiga ega.
Turh’unmas kimyoviy element izotoplarining elementar zarralar yoki yadrolar chiharib o’z-o’zidan boshqa element izotopiga aylanishiga radioaktivlik deyiladi. Radioaktiv emirilishning quyidagi turlari mavjud:
1. α - emirilish.
2. - emirilish.
3. protonli radioaktivlik.
4. og’ir yadrolarning spontan ravishda bo’linishi.
Har bir radioaktiv yadro uchun vaqt birligi ichida bo’ladigan emirilishining ma’lum λ e?timolligi bor. Radioaktiv modda tarkibida N ta atom bo’lsa, dt vaqtda emiriladigan atomlar dN soni:
(6)
bu ifodani integrallasak:
(7)
bundan radioaktiv emirilish qonuni kelib chi?adi:
(8)
(9)
ifodaga yarim emirilish davri deyiladi.
Yadro reaktsiyasi deb, atom yadrosining elementar zarra (yoki boshqa atom) bilan qiladigan intensiv ta’siri natijasida yadroning o’zgarishiga aytiladi. Yadro reaktsiyasi quyidagicha yoziladi:
yoki X(ab)Y (10)
Birinchi yadro reaktsiyasini 1919 yilda Rezerford amalga oshirgan. Bu reaktsiya tenglamasi quyidagicha:
(11)
1938 yilda nemis olimlari O.Gan va F.Shtrasman uranga neytronlar yo?dirilganda davriy sistemaning o’rtalaridagi elementlar - bariy va lantan hosil bo’lishini aniqladilar.
U²³⁵, Pu²³⁹, U²³³ yadrolarining bo’linishida bir nechta neytronlar paydo bo’lishi zanjiriy yadro reaktsiyasini amalga oshirishga imkon yaratdi.
Yadro reaktsiyalari yadro rektorlari deb ataluvchi ?ozonlarda yuzaga keltiriladi. Tabiiy uran bilan ishlovchi rektorlardagi neytronlarning hosil bo’lishi rasmda ko’rsatilganidek bo’ladi.
AQSh da qurilgan birinchi sanoat yadro reaktori atom bombalarida ishlatiladigan bo’linuvchi material, ya’ni plutoniy olishga mo’ljallangan edi.
Yadro energiyasidan tinchlik maqsadida birinchi bo’lib sobiq SSSR da foydalanildi. I.V.Kurchatov rahbarligida 1954 yilda ?uvvati 5000 kvt bo’lgan birinchi atom elektr stantsiyasi ishga tushirildi.
Yadro sintezida, ya’ni engil yadrolarning qo’shilib, bitta yadro hosil bo’lishida og’ir yadrolarning bo’linishidagi kabi juda katta energiya ajralib chiqadi. Yadrolar sintezi uchun katta temperatura talab qilinganligi uchun bunday reaktsiyalarga termoyadro reaktsiyalari deyiladi.
Deyteriy va triteriy yadrolari sintezi reaktsiyasi quyidagicha bo’ladi:
(12)
Bu reaktsiya vaqtida 17,6 MeV energiya ajralib chi?adi.
Vodorod yadrolarining qo’shilib geliy yadrosi hosil qilish reaktsiyasi Quyosh va yulduzlar energiyasi manbaidir. Bunda ularning temperaturasi 10⁷ - 10⁸ K gacha etadi.
(13)
va
(14)
nihoyat
(15)
qayta vodorod hosil bo’ladi.