Yadroviy reaksiyalar (zanjir reaksiya)

1.1. Yadro zaryadi va atom no'meri, yadro tavsiflari.
Rezerford 1911 yilda atom tuzilishining yadro nazariyasini taklif qildi. Bu nazariyaga muvofiq atom markazida musbat zaryadli yadro joylashgan bo’lib, uning atrofida eletronlar aylanib yuradi. Butun atom elektroneytraldir, chunki elektronlar zaryadining yigindisi yadroning musbat zaryadlari soniga teng. Elektronlar massasi juda kichik, demak hakikatda atomning barcha massasi uning yadrosida to’plangan. Musbat yadro bilan elektronlar orasida tortilish kuchi elektronlarning markazdan qochish kuchi bilan muvozanatda bo’ladi:

bu yerda m-elektron massasi;
v-elektron tezligi;
e-zaryadi;
r – yadro bilan elektron orasidagi masofa.
Fizik olim D.D.Ivanenko va nemis fizigi V. Geyzenberg neytronning ochilishiga doir tajribalarga tayanib ,atom yadrosining yangi nazariyasini yaratdilar. Ular yadrolarda elektronlar bo’lishi mumkin emasligini nazariya ravishda asoslab berdilar .
Atom yadrolarining grammlarda ifodalangan massalari juda kichik (1/10²⁴) bo'lib ular odatda alohida birliklarda ifodalanadi. 1960-1961 yillarda Xalqaro uyushmalar tomonidan ¹²C izatopi atomining massasiga asoslangan atom og'irliklarining shkalasi kiritildi. ¹²C izotopning og'irligi 12,00000 birlikka teng deb qabul qilindi.
D.D.Ivanenko va V. Geyzenberg nazariyasiga ko’ra barcha atom yadrolari tarkibiga faqat ikki xil zarra : protonlar va neytronlar kiradi .
Qator olimlarning kelgusi eksperimental tadqiqotlari bu nazariyaning to’g’ri ekanligini isbot qildi . Yadroning proton neytronli nazariyasi hozirgi vaqtda butun dunyoda tan olingan nazariya bo’lib qoldi .
Proton musbat zaryadga ega bo’lib , uning zaryadi elektron zaryadiga teng (ya’ni , elementar zaryadga teng : e=1.6 C ) va tinch holatdagi massasi m_p=1,6724 kg. Neytronning zaryadi yo’q ,u neytral zarra hisoblanadi . Neytronning massasi proton massasidan biroz kattaroq va m_p=1,6748 kg.
Protonni p harfi bilan, neytronni n harfi bilan belgilash qabul qilingan. Bu zarralar nuklonlar deb ataladi .
Yadro va elementar zarralarning massasi , odatda , massaning atom birligi (m.a.b) da ifodalanadi . Massaning atom birligi qilib uglerod atomining 1/12 qismi qabul qilingan . Bu birlik quyidagiga teng :
1 m.a.b=1,66 kg.
Demak , m_p=1,00747 m.a.b , m_n=1,00892 m.a.b .
Shunday qilib :
m_p m_n=1 m.a.b .
Istalgan kimyoviy element atomi yadrosining elementar zaryadlarda ifodalangan zaryadi shu elementning Mendeleyev davriy sistemasidagi atom nomeri Z ga teng . Ammo yadro zaryadi protonlar zaryadlari yig’indisiga teng , binobarin , elementning atom yadrosidagi protonlar soni N_p elementning atom nomeri Z ga teng :
N_{p =} Z
Yadrodagi nuklonlar soni (ya’ni , protonlar va neytronlar yig’indisi) yadroning massa soni deb ataladi va A harfi bilan belgilanadi .
A=N+Z,
Bunda N=(A-Z) yadrodagi neytronlar sonini bildiradi .
Massaning atom birligi (m.a.b.) da ifodalangan yadro massasining son qiymati (atom og’irligi)ga eng yaqin bo’lgan butun son massa soni A ga teng bo’ladi .
Shunday qilib ,kimyoviy elementning massa soni va atom nomeriga qarab shu element yadrosidagi protonlar va neytronlar sonini bevosita aniqlash mumkin .[1]
Kimyoviy elementlarning atomi yadrolarini simvol bilan belgilash qabul qilingan , bunda : X-elementning kimyoviy simvoli , A- massa soni ; Z- atomning tartib nomeri . Masalan , -geliy atomi yadrosini , -kislarod atomi yadrosini bildiradi .
¹²C uglerod shkalasida vodorod atomining ba'zan xato ravishda proton massasi deb yuritiladigan massasi 1,0078252, neytron massasi 1,0086654, va elektron massasi 0,0005486 massa birligiga teng. Massaning atom birligi ( qisqacha m.a.b ) 1,66·1/10²⁴ g ga teng.
Massa va energiyaning ekvivalentligidan m massali sistemaning E to'la energiyasi quyidagicha belgilanadi:
E=mc²


bu yerda c— yorug'lik tezligi, ( 2,99792·100000000 m/c).[5]

1.2. Nuklid, izotop, izobar, izoton yadrolar.

D.I.Mendeleyev davriy jadvalidagi elementlarning tartib nomeri Z shu element atomi yadrosining zaryadini aniqlaydi. Yadrodagi nuklonlar soni, ya'ni yadro tarkibidagi barcha protonlar soni Z va barcha neytronlar soni N ning yig’indisi
Z + N = A
yadroning massa soni deyiladi.
Yadrolarni belgilashda elementning ximiyaviy simvolidan foydalanib, simvolning yuqoridagi o'ng tomonida yadroning massa soni yoziladi. Masalan: Li⁷, Au¹⁹⁷ va hokazo. Ba'zan simvolning pastki chap tomonida elementning tartib nomeri (protonlar soni) ham qayd qilinadi:
₈ О ¹⁶, ₂₀ Са ⁴⁰, ₂₆ Fe ⁵⁴, ₇₅ Re ¹⁸², ₉₂ U ²³⁵.

Yadroni xarakterlash uchun Z, N va A sonlar qo'llaniladi. Bu sonlardan birontasi o'zgarmas bo'lgan yadrolarni umumlashtiruvchi quyidagi nomlardan foydalaniladi:

1. Z lari bir xil bo'lgan yadrolar IZOTOPLAR deyiladi.
Masalan vodorodning uchta izotopi mavjud bo'lib,

Demak, izotoplar deganda neytronlar soni bilan farqlanuvchi ayni element atomlarining yadrolarini tushunish lozim.
2. N lari bir xil bo'lgan yadrolar IZOTONLAR deyiladi.
Masalan:
3. Z va N lari har xil, lekin A=Z+N lari bir xil bo'lgan yadrolar IZOBARLAR deyiladi.
Masalan:
Yadrolar spinlarining qiymatlari Z va N larning toq va juftligiga bog’liq:
Z va N lari juft sonlar bilan ifodalangan barcha yadrolar (bunday yadrolar juft-juft yadrolar deb ataladi) ning spinlari nolga teng.
Z va N lari toq sonlar bilan ifodalangan yadrolar (bunday yadrolar toq-toq yadrolar deb yuritiladi) ning spinlari butun sonli qiymatlarga (masalan 0,1,2,…) ega bo'ladi.
Nuklonlarning umumiy soni A=Z+N toq sonli qiymatlar bilan aniqlanadigan yadrolar (Z-toq, N-juft, yoki aksincha, bo'lishi lozim) ning spinlari 1/2, 3/2, 5/2 va hokazo qiymatlarga teng bo'ladi.
Nuklid - bu yadroda ma'lum miqdordagi proton va neytronga ega bo'lgan, masalan, 6 ta proton va 7 ta neytron bo'lgan uglerod-13 ga ega bo'lgan bir atom turi. Nuklid kontseptsiyasi (alohida yadro turlarini nazarda tutgan holda) kimyoviy xususiyatlarga qaraganda yadro xususiyatlarini ta'kidlaydi, va izotop tushunchasi (har bir elementning barcha atomlarini guruhlash) yadrodan tashqari kimyoviy moddalarni ta'kidlaydi. Neytron soni yadro xususiyatlariga katta ta'sir ko'rsatadi, ammo uning kimyoviy reaksiyalarga ta'siri aksariyat elementlar uchun ahamiyatsiz. Neytron sonining atom soniga nisbati izotoplar orasida eng ko'p o'zgarib turadigan eng engil elementlar holatida ham, u odatda ozgina ta'sirga ega, ammo bu ba'zi holatlarda muhim ahamiyatga ega. Izotop qadimgi atama bo'lganligi sababli, u nuklidga qaraganda yaxshiroq tanilgan va vaqti-vaqti bilan nuklid ko'proq mos bo'lishi mumkin bo'lgan sharoitlarda, masalan, yadro texnologiyasi va yadroviy tibbiyotda qo'llaniladi.