Элементар бөлшектер туралы мағлұмат Элементар бөлшектер физикасының даму жолының үш кезеңі. 1-кезең: Электроннан позитронға дейін 1897-1932 ж.ж грек философы Демокрит одан әрі бөлінбейтін қарапайым бөлшектерді атом (атом бөлінбейді) деп атағанда бұл принципінде мұншалықты күрделі болады деп ойламаған болар. Әр түрлі нәсілдер, өсімдіктер, жануарлар өзгермейтін бөлінбейтін бөлшектерден тұрады. Дүниедегі кездесетін түрленулер бұлар атомдардың жай ғана орын ауыстыруы. Дүниедегі мәнісі бұлжымай қалатын атомның өзінен басқаның бәрі де өтеді, бәрі де өзгереді. Демокрит атомдарға қалай қараса алғашқы кезде бұл бөлшектерде дәл осындай көзқарас болды. Олар әлемнің одан әрі бөлінбейтін әлемнің негізгі кірпіштері деп есептеді. 2-кезең: Позитроннан кварктарға дейін 1932-1970 ж (барлық элементар бөлшектер бір-біріне түрленеді). Элементар деген сөздің өзінде екі мағына бар. Бір жағынан элементар өзінен өзі түсінікті қарапайым дегенді білдіреді. Екінші жағынан элементар деп заттарға негіз етіп алынады (субатомдық бөлшектер – ол атомды құрайтын бөлшектер). Бөлшектердің бірде бірі мәңгілік емес. Қазіргі кезде элементар деп аталып жүрген бөлшектердің көпшілігі ешбір сыртқы әсерсіз-ақ секундтың 2 мин-дық үлесінен артық уақыт өмір сүре алмайды. Еркін нейтрон (атом ядросынан тыс нейтрон) орта есеппен алғанда 15 мин өмір сүреді. Тек бүкіл әлемде жеке дара кездесетін болса ғана өздерінің өзгермейтіндігін сақтаған болар еді. Бірақ электрондар мен протондардың қауіпті туыстары позитрондар мен антипротондар бар. Бұл бөлшектер бір бірімен соқтығысқан да өзара жойылып жаңа бөлшектер пайда болады. Осы күнгі үдеткіштер зарядталған бөлшектерге жарық жылдамдығына жуық жылдамдық бере алады. Соқтығысатын бөлшектің энергиясы неғұрлым жоғары болса, солғұрлым көп те, анағұрлым ауыр да бөлшектер туады. Бұған себеп жылдамдық өскен кезде бөлшектердің массасы артады. Бөлшектердің осінің бір қосағының массасын арта отырып күні бүгінгі белгілі бөлшектердің бәрін де алуға болады. 60 млрд электрон энергиясы бар көміртегі ядросының фотоэмулсиядағы күміс ядросымен соқтығысу нәтижесін қарастырсақ, ядро түрлі бағытта шашырап ұшатын жарықшақтарға бөлінеді, қоса қабаттаса көптеген элементар бөлшектер – пиондар пайда болады. Үдеткіште алынған релятивистік бөлшектердің соқтығысуынан пайда болған осындай реакциялар дүние жүзінде бірінші рет 1976 ж. Дубна қаласындағы ядролық зерттеудің біріккен институтының жоғары энергиялы лабороториясында Балдиннің басқаруымен жүзеге асырылады. Электрон қабықшаларынан айырылған ядролар көміртегі атомын лазер сәулесімен иондау жолымен алынған. 3-кезең: кварктар туралы 1964 ж. қазіргі күнге дейін 60 жылдары қазіргі элементар жүргізілген барлық бөлшектер осы атауға лайық. Оның туу себебі қарапайым. Ондай бөлшектер тым көбейіп кетті. Жаңа бөлшектердің ашылуы ғылым үшін аса зор маңызды. Бұдан көп бұрынырақ әр жыл табыс көзі ашылған сайын аздап мазасыздық араласа бастады. Бір топ «оғаш» деп аталатын бөлшектер табылды: К-мезондар және массалары нуклондар массасынан ауыр гиперондар 70 жылдары бұларға массасы олардікінен де ауыр ғажап бөлшектердің үлкен бір тобы келіп қосылды. Мұнымен қоса өмір сүру уақыты 10-22 – 10-23 секунд шамасында ғана болатын қысқа өмірлік бөлшектер табылды. Бұл бөлшектер резонанстар деп аталады. Олардың саны 200-ден астам. 1964 ж. Гейл-Манн және Цвейг ұсынған модель өзара күшті әсерлесетін барлық бөлшектерден іргелі бөлшектерден (кварктардан) құрастырылатындығын көрсеткен еді. Қазіргі кезде кварктардың нақты бар екендігіне ешкім де күмәнданбайды, дегенмен олар бос күйінде әлі де бөлінген жоқ. Ө күшті деген сөзді білдіреді). Позитрон. Ағылшын физигі Дирак 1931 ж. электронның негізі позитронның бар екендігі жөнінде теориялық болжам жасаған болатын. Сондай-ақ Дирак позитрон электронмен кездескенде бөлшектердің екеуі бірдей жоғалып, жоғары энергиялы фотондар пайда болуы тиіс екенін айтты. Электрон - позитрон жұбы туатын кері процесінің

болуы да мүмкін. Мәселен едәуір жоғары энергиялы фотон ядромен соқтығысқан кезде осы процесс байқалады. Арада 2 жыл өткен соң позитрон магнит өрісінде орналасқан Вильсон камерасының көмегімен табылды. Элементар бөлшектер арасындағы реакциялар кезінде бір бөлшектердің жоғалып (аннигиляция) екіншілерінің пайда болуы ескі бөлшектердің құрамды бөліктерінің жаңа комбинациялардың пайда болуы емес. Бұл түрлену болып табылады. Тыныштық күйде электрон позитрон бөлшектердің белгілі массалары және электр зарядтары болады. Осы кезде туатын фотонның заряды да тыныштық массасы да жоқ. өйткені ол тыныштық күйде бола алмайды. Көп бөлшектердің антибөлшектері табылады. Антибөлшектердің бөлшектерге қарсы қойылатын себебі егер бөлшек сәйкес антибөлшекпен кездескенде олардың аннигилациясы байқалады. Екі бөлшектер жарық квантына немесе басқа бөлшектерге айналып жойылады. Ядролары антинуклондардан тұратын атомдар антизат түзеді. 1969 ж. яғни кеңес дәуірінде бірінші рет антигелий алынды. Антизат пен заттың аннигилациясы кезінде заттың тыныштық энергиясы гамма кванттар түзетін кинетикалық энергияға айналады. Нейтронның ыдырауы. Нейтронның ашылуы.Бета ыдырау кезінде ядродан электрон ұшып шығады. Ядродан электрон ұшып шыққаннан кейін ядроның заряды бірге артады. Ендеше протондар саны да бірге артады. Ядронның массалық саны өзгермейді. Бұл нейтрондардың саны бірге кемиді деген сөз. Бета радиоактивті ядролардың ішіндегі нейтронның протон мен электронға бөлінетін болғаны. Протон ядрода қалады. Ал электрон сыртқа ұшып шығып, тек тұрақты ядроларда ғана нейтрон орнықты болады. Теңбе тең ядролар энергиясы түрліше электрон шығарады.. Алайда шығарылған электронның энергиясы қандай екендігіне қарамастан жаңадан пайда болған ядролар 0-1 дей болады. Бастапқы ядроның энергиясы жаңа ядромен электрон энергиясының қосындысына тең болмайтын болып шықты. Швецария физигі Паули нейтронның ыдырауы кезінде протонмен және электронмен бірге жетіспейтін энергияны көзге көрінбейтін қайсы бір бөлшек әкетеді деп болжам айтады. Ол электр зарядтарын тасымалдамайды. Сондықтан оны физикалық приболар тіркей алмайды. Яғни бөлшектердің бар жоғын білдіретіндей із қалдырмайды. Сондықтан Паули өзінің гипотезалық бөлшегінде ол затпен өте әлсіз әрекеттеседі. Сондықтан заттың қалың қабатынан із түзсіз еркін өте алады-деп болжаған еді. Бұл бөлшекті ферми нейтроны деп атайды. Ол кішкентай нейтрон деген сөз. Паули алдын ала болжағандай нейтрон 0-ге тең екен. Бұл сөзді тыныштықта тұрған нейтроны жоқ деп түсіну керек. Жарық дүниеге келген бетте олар бірден 300 км/с жылдамдықпен қозғалады. Нейтронның қорғасын ішінде жарықтың вакуумда бірнеше жыл бойы жүретін қашықтығына тең аралықта басып өтетін қабілеті бар. Нейтонның ролі тек бетаның ыдырауын түсіндірумен ғана тынбайды. Көптеген элементар бөлшектер еркін күйінде нейтроны басқа нуклондармен әрекеттесуінің арқасында тұрақты күйге түседі. Еркін электрон орташа есеппен 15 мин. өмір сүреді. Басқаша бөлшектер сияқты нейтронның да анти бөлшегі бар. Ол антинейтроны деп аталады. Нейтрон протон мен электронға ыдырағанда дәл осы антинейтронға шығарылады. . Нейтронның энергиясы әрқашанда протон мен электрон энергияларының қосындысыан артық болады. Артық энергияны антинейтроны алып кетеді. Протонға антинейтроны келіп тигенде позитрон мен нейтрон пайда болатынын теория алдын ала болжаған еді. Антинейтронның өтімділік қабілетінің ғажап күштілігінен мұндай процестің болу ықтималдығы тіптен аз. Бірақ антинейторны өте көп болса, оны байқауға болатындығына

үміттенуге болады. Ал уран ядролары бөлініп шыққан кезде өмір сүру уақыты өте аз бета радиоактивті жарықшалар көптен пайда болады. Міне осындай реактордың жанына (тәжірибе 1956ж америкада өткізілген) жерге қорғасын, парафинен жәшік көмілді. Жәшікте сұйық сцентиллятор (300л жуық) қабатымен қоршалған 200 л су болған. Сцинтиллятор өзі арқылы гамма кванты өткенде жыпылықтайды .Су молекулаларының біреуіне анти нейтроны тигенде пайда болатын позитрон кешікпей электрондардың біреуімен аннигиляцияланып, 2 гамма квантты береді. Гамма кванттар арнаулы приборлар тіркеп отыратын сцинтиллятордың жыпылықтауынан туғызады. Реакция кезінде туған нейтрон біраз кезіп жүріп суға әдейі араластырылған колидің ядросына түседі. Одан кейін кодидің гамма квантар шығарып нейтронның келгенін хабарлайды. Әуелі әр жаққа ұшып шыққан гамма квантардың содан соң аздаған уақыт өткенде тағы да бірнеше гамма квантардың пайда болғанына қарап антинейтронның бар екендігі дәлелденді.Нейтонның ыдырау жағдайында бәрі айқын. Жарық жылдамдығымен ғана түзу сызықты қозғалып жүретін антинейтроның ішінде болуы мүмкін емес . Нейтрон ыдыраған бөлініп шығатын протон мен электрон орнықты жүйе құрай алады. Бірақ бұл нейтрон емес, өзімізге жақсы таныс сутек атомы. Өмір сүру мерзімі белгілі басқа бөлшектер үшін де жағдай осылай. Бөлшектің ыдырауы оның элементар болуы-болмауының белгісі емес нейтрон өзінің тұрақсыздығына қарамастан элементар бөлшек болып саналады. Ал ауыр сутегі атомның ядросы дейтрон тұрақты болғанымен, ол нейтрон мен протоннан тұрады. Элементар бөлшектер физиканың дамуы, ғарыштық сәулелердің ашылуымен байланысты. Олардың пайда болуын 1910ж бірінші рет Гесс және Кольгерстер айтқан болатын. Сонымен ғарыштан жер бетіне келіп жатқан сәулелерді ғарыштық сәулелер деп атайды. Ғарыштық сәулелер өздерінің өту қасиеттері жөнінен сәулелердің барлық түрінен ерекше. Олар 1-ші және 2-ші ғарыштық сәулелер болып бөлінеді. Жер атмосфераның жоғарғы қабатына (50 км биіктікке дейін) келіп жеткен сәулелерді 1-ші ғарыштық сәулелер деп атайды. Бұл сәулелердің энергиясы өте жоғары 1010-1019 эВ. Ал бірінші ғарыштық сәулелер ауданы құрайтын газдардың ядроларымен соқтығысып (20 км биіктікте ) 2-ші ғарыштық сәулелер түзіледі. 1-ші ғарыштық сәулелер құрамында 92,9 % протондар және 6,3 % альфа бөлшектер болатын болса, 2-ші ғарыштық сәулелерде барлық элементар бөлшектер кездеседі деуге болады. Қазіргі ғылым жетістіктерінің нәтиежелері ғарыштық сәулелердің пайда болу тегі галактикалық деп түсіндіріледі. Элементар бөлшектерді массаларына қарай мынадай 4 топқа бөлуге болады. Фотондар, лептондар (жеңіл бөлшектер), мезондар (орташа бөлшектер), және бариондар (ауыр бөлшектер). Элементар бөлшектер негізінен орнықты және орнықсыз болып бөлінеді. Орнықты бөлшектердің саны 40-қа жуық болады да, орнықсыздарды қосқанда барлығы 200 бөлшектер.Сонымен қатар спиндік санына байланысты 1.Егер S = +- ½ болса, мұндай бөлшектер Паули принципіне негізделіп фермиондор деп аталады. 2. Егер S = +- ½ , +- 2 болса, онда олар бозондар деп аталады. 1. Фотонның жалғыз өзі бірінші топты құрайды. Фотон жарық кванты. Бұл XIX ғ басында жарық ағыны түрінде табылды, яғни ол энергия түрінде таралады. Фотонның белгілі бір көлем ішінде қаншалықты шамасының барлығын білу қиын. Фотонның тыныштықтағы массасы және заряды жоқ, 0-ге тең, S =1 болғандықтан бозондар тобына жатады. 2. Жеңіл бөлшектер лептондар тобынан ерекше позитронға 1928ж ағылшын физигі Дирак электрондық теория жасады. Бұл теория табылған бөлшектердің қарама-қарсы бөлшектері яғни антибөлшектері болатынын түсіндірді. Бөлшектер мен антибөлшектердің массасы, спині және магнит моменті әруақытта бірдей болып сақталады. Тек зарядтары қарама-қарсы болады. 3. Мезондар. Мезондардың ашылуы өте кездейсоқ Мұндағы пи-мезондарды 1947 ж ағылшын физигі Пауэлл ғарыш сәулелерінен тапқан болатын, ал К-мезон 1949ж ғарыш сәулелерін зерттеудің нәтиежесінде табылды.

Элементар бөлшектер. Бөлшектер мен электромагниттiк сәулелердiң өзара түрленуi

Физиканың даму барысында элементар бөлшектер ұғымы бiраз өзгерiске ұшырады. Алғашқы кезде элементар деп iшкi құрылымы жоқ, басқа құрамдас бөлiктерге ыдырамайтын бөлшектердi түсiндi. Бүгiнгi күннiң түсiнiгi бойынша элементар бөлшектерден олардың iшкi құрылымының болмауы талап етiлмейдi. Элементар бөлшектер деп, физика ғылымының қазiргi даму дәрежесiнде бос күйiнде кездесетiн қарапайым бөлшектерден тұрады деп есептеуге болмайтын бөлшектердi айтады. Элементар бөлшектердi кейде субъядролық бөлшектер деп те атайды.Қазiргi заманның элементар бөлшектер физикасы осы бөлшектердiң қасиеттерiн анықтайды, оларды классификациялайды, iргелi әсерлесудiң қасиеттерiн зерттейдi және осы әсердiң салдарынан олардың бiр бiрiне ауысуларын зерттейдi. Соңғы кездерi элементар бөлшектердiң iшкi құрылымдары да кеңiнен зерттелуде. Бұл бөлшектердiң көптеген ерекшелiктерi, соның iшiнде iшкi құрылымы тек жеткiлiктi жоғарғы энергияда ғана көрiнiс табады. Сондықтан элементар бөлшектер физикасын жоғарғы энергия физикасы деп те атайды.Кейбiр элементар бөлшектер табиғатта бос немесе босаң байланысқан күйде кездеседi. Бiздi қоршаған дүние негiзiнен осы бөлшектерден құралған. Мұндай бөлшектердiң қатарына ядро құрамына кiретiн протондар және нейтрондар, атомның қабыршығын құрайтын электрондар, электромагниттiк өрiстiң кванттары болып табылатын фотондар (γ-кванттар) жатады. Сәл кейiнiрек ядроның β-ыдырауы кезiнде туатын νe нейтрино және антинейтрино, ядролық әсерлесудiң тасымалдаушылары болып табылатын пи-мезондар ( π+ , π0 , π–) ашылды. Бұдан әрi осы бөлшектердiң антибөлшектерi ашылдыУақыт өте келе элементар бөлшектердiң саны күрт өстi. Бүгiнгi күнде олардың жалпы саны антибөлшектерiн қоса есептегенде 350 ден асып түседi. Бiрақ олардың аса көп бөлiгi орнықсыз бөлшектер. Олар табиғатта бос күйiнде кездеспейдi. Оларды тек арнайы зертханаларда үлкен жылдамдықтағы орнықты бөлшектердi соқтығыстыру арқылы алады. Осылай туындылаған орнықсыз бөлшектер тез арада ыдырап кетедi де ақырында орнықты бөлшектер пайда болады.Бөлшек пен антибөлшек кездесетiн болса жойылып, екi кейде үш фотонға айналады. Бұл құбылысты аннигиляция деп атайды. Мысалы электрон мен оның антибөлшегi позитрон кездескен кезде мынадай түрлену боладыБұл үрдiс кезiнде электр зарядының, энергияның, импульстiң және импульс моментiнiң сақталу заңы орындалады. 1933 жылы Ф. и И.Жолио-Кюри керi процесс – атом ядросының маңындағы гамма кванттан электрон-позитронның тууын байқады. Энергияның сақталу заңы бойынша мұндай гамма-кванттың энергиясы электрон мен позитронның тыныштық энергияларының қосындысынан артық болуы керек. Антибөлшектерден атом құралуы мүмкiн. Мысалы антисутегiнiң атомында терiс зарядталған антипротонның маңында оң зардталған позитрон қозғалып жүредi. Элементар бөлшектердiң кестесiнде өмiр сүру 10-20с-тан артық болатын элементар бөлшектер жөнiнде деректер келтiрiлген. Ол жердегi бөлшектер олардың массаларының өсу ретiмен келтiрiлген. Мұндағы жеңiл бөлшектер лептондар, ал одан ауырырақтары мезондар, ал ең ауырлары бариондар деп аталады. Мезондар мен бариондар адрондар деп аталатын топқа кiредi. Бұл кестедегi топтардың еш қайсысына кiрмейтiн фотон ерекше тұр. Табиғаттағы барлық заттар, бөлшектер бiр-бiрiмен әсерлеседi. Бiр қарағанда осындай сан-алуан болып келетiн әсерлесулер негiзiнен iргелi әсерлесу теп аталатын төрт түрлi әсерлесудiң нақтылы жағдайда көрiнiс табуы болып табылады. Iргелi әсерлесуге гравитациялық, электромагниттiк, күштi және әлсiз әсерлесулер жатады. Гравитациялық әсерлесу 1687 жылы И.Ньютон ашқан бүкiл әлемдiк тартылыс заңымен анықталады. Гравитацилық күштер кез-келген денелердiң арасында әсер етедi. Бiрақ массалары өте аз болғандықтан элементар бөлшектердiң арасында бұл күш ешқандай роль атқармайды. Бұл күш аспан механикасында, астрофизикада шешушi роль атқарады. Кез-келген зарядталған дене немесе бөлшек электромагниттiк әсерлесуге қатысады. Атомдардың, молекулалардың кристаллдардың болуы газ, сұйық және қатты денелердiң қасиеттерi осы күштiң негiзiнде анықталады. Күштi әсерлесу мезондар мен бариондарға, яғни адрондарға тән. Лептондар мен фотон күштi әсерлесуге қатыспайды. Ол қысқа аралықта ғана, шамамен 10-15м, әсер етедi. Бұл аралықтағы оның мәнi гравитациялық және электромагниттiк күштермен салыстырғанда өте үлкен. Әлсiз әсерлесуге фотоннан басқа кез-келген бөлшек қатысады. Бұл күштердiң әсер ету аймағы 10-18м. Әлсiз әсерлесудiң мысалдары нейтронның, мюонның және зарядталған пиондардың төмендегi ыдыраулары. Қазiргi заман физикасының ең күштi теориялары кванттық механикада, кванттық электродинамика мен кванттық хромодинамикада бөлшектердiң өзара әсерлесуi олардың арасында болатын бөлшек алмасу арқылы түсiндiрiледi. Осы тұрғыдан алғанда электромагниттiк әсерлесу ол бөлшектер арасында фотонның алмасуы арқылы, ядролық күштер нуклонның арасында пи-мезондардың, ал жалпы күштi әсерлесу бұл өрiстiң кванттары глюондардың алмасуы, әлсiз әсерлесу өте ауыр бөлшектер W+, W– және Z0 векторлық мезондардың алмасуы арқылы түсiндiрiледi. Ендi элементар бөлшектерге қысқаша шолу жасай кетелiк.

Лептондар – жоғарыда айтқанымыздай, күштi әсерлесуге қатыспайтын бөлшектер. Олардың қатарына жататындар : электрон e–, электрон нейтриносы νe, мюон μ–, мюон нейтриносы νμ, таон τ– және таон нейтриносы ντ. Әрине барлық лептондардың антибөлшектерi бар. Нейтринолардың массасының неге тең екендiгi жөнiндегi мәселе бүгiнгi күнге дейiн шешiмiн тапқан жоқ.

Адрондар. Элементар бөлшектердiң ең көп тараған тобы адрондар. Адрондар барлық iргелi әсерлесулерге қатысады. Адронның протоннан басқасы орнықсыз. Олар белгiлi бiр уақыттан кейiн басқа бөлшектерге ыдырап кетедi. Олардың жартылай ыдыру периоды 10-20 – 10-24 с аралығында болады. Бұл бөлшектердi резонанстар деп атайды. Спинiнiң мәнiне байланысты адрондар спинi нөлге тең болатын мезондар және спинi 1/2 болатын бариондар болып бөлiнедi. Энергиясы ондаған гигаэлектронвольт болатын электрондардың протоннан және нейтроннан шашырауын зерттеу бұл бөлшектердiң iшкi құрылымы бар екенiне нұсқайды. Жалпы адрондардың қандай да бiр iргелi бөлшектен құралғаны жөнiнде бiрнеше теория ұсынылған болатын. Соның ең жемiстiсi кварктар теориясы болды.

Кварктар -деп нағыз элементар бөлшектердi айтады. Барлық адрондар, яғни мезондар, бариондар және резонанстар осы кварктардан тұрады. Бүгiнгi күнде алты кварк бар деп есептелiнедi. Олады сәйкес латынныңu, d, s, c, b, t әрiптерiмен белгiлейдi. Бұл кварктардың қасиеттерi және олардан адрондардың қалай құралатыны төмендегi кестелерде келтiрiлген.

Қарапайым бөлшектердің қасиеттері мен құрылымын зерттеу – қазіргі физиканың негізгі мәселелерінің бірі. Қазіргі кезде антибөлшектерді қосқанда 200-ге жуық Қарапайым бөлшек белгілі болып отыр. Солардың ішінен атомдар құрамына кіретін электрон, протон және нейтрон ғана. Протон мен нейтрондардан атом ядросы, ал электрондардан атомның электрондық қабықтары түзіледі. Қалған Қарапайым бөлшектер әдетте секундтың өте аз үлесіндей уақыт қана өмір сүреді. Қарапайым бөлшектер зат атомдарымен әсерлесуі нәтижесінде электрондар мен протондарға түрленеді. Электрон, позитрон, протон, антипротон, нейтрино, антинейтрино және фотоннан басқа бөлшектердің барлығы өздігінен ыдырайды. Қарапайым б-дің пайда болу мезеті мен ыдырау мезетінің арасындағы уақыт (тұрақсыз Э. б-дің өмір сүру уақыты деп аталатын) әдетте секундтың миллиондық және миллиардтық үлесіндей болады.

Табиғаттағы тұрақсыз Қарапайым бөлшектер ғарыштық сәулелерде (ғарыштағы үдей қозғалған протондар мен электрондардың атмосферадағы бөлшектерді соққылау кезінде) пайда болады. Алайда ғарыштық сәулелердегі тұрақсыз Қарапайым бөлшектердің қасиеттерін дәлірек зерттеу қиынырақ. Өйткені олардың қарқындылығы өте аз. Сондықтан одан гөрі зарядты бөлшектер үдеткішінде алынған Қарапайым бөлшектер шоғын зерттеу қолайлы. Үдеткіште жылдамдатылған протондардың не электрондардың энергиясы неғұрлым жоғары болған сайын ауыр, тұрақсыз Қарапайым бөлшектер алынады. Қазіргі кезде үдеткіштер бөлшектердің энергиясын 70 ГэВ-ке дейін жеткізе алады.

Қарапайым бөлшектердің мөлшері өте кішкентай (мыс., протонның мөлшері шамамен 10–13 см) болғандықтан, оларды ешқандай оптик. прибордың көмегімен көруге болмайды. Физиктер Қарапайым бөлшектер жөніндегі деректерді Қарапайым бөлшектердің зат арқылы өтуі кезінде пайда болған құбылыстарды зерттеу нәтижесінде алады. Мұндай құбылыстарға қозғалған бөлшектердің фотоэмульсиядағы (қ. Қалың қабатты фотопластинка әдісі) не арнаулы прибордағы (мыс., Вильсон камерасы, Көпіршікті камера, т.б.) іздері, Қарапайым бөлшектердің Черенков – Вавилов сәуле шығаруы, Қарапайым бөлшектер өткен кезде арнаулы санауыштарда пайда болатын разрядтар жатады.

Қарапайым бөлшектерді зерттеу саласында соңғы уақытта ірі табыстарға қол жетті. Қарапайым бөлшектердің құрылымы әзірше айқындалмаса да оларды нағыз элементар деп айтуға болмайды. Қарапайым бөлшектердің күрделі болатындығы олардың бір-бірімен әсерлесетіндігіне байланысты. Қарапайым бөлшектер бір-бірімен әсерлесе отырып басқа бір Қарапайым бөлшектерге түрленеді. Осы түрлену кезінде энергияның, импульстың және қозғалыс мөлшерінің заңдары, сондай-ақ арнаулы заңдар да (мыс, электр зарядының сақталу заңы, ғажаптылықтың сақталу заңы) орындалады.

Қарапайым бөлшектердің фотоннан басқасы лептондар, мезондар және бариондар деп аталатын үш топқа бөлінеді. Әр топтың өздеріне тән кванттық сандары болады. Э. б. гравитац. өзара әсерден басқа – күшті, эл.-магн. және әлсіз өзара әсерге қатысады. Әрбір Қарапайым бөлшектің антибөлшегі бар. Бөлшек пен антибөлшек жұбының қарапайым мысалына электрон мен позитрон жатады. Өзара әсерлесудің әр түріне сәйкес өзінің симметриясы болады. 20 ғ-дың 60-жылдары барлық белгілі Э. б. құ-ралады деп жорамалданатын және адрондардың күшті өзара әсеріне қатысатын – кварктер теориясы жасалды (американ физигі М.Гелл-Ман, австрия физигі Г.Цвейг). Кварктердің болатындығы әзірше іс жүзінде дәлелденген жоқ.

Біздерге таныс атом бөлшектері электрон, протон, нейтрон, солармен қатар фотон және нейтринолар Қарапайым бөлшектер болып табылады. Қарапайым бөлшектер қатарына антибөлшектер де кіреді. Электронның антибелшегін позитрон, ал протондікін антипротон деп атайды. Олар бір-бірінен зарядтарының таңбасымен ғана ерекшеленеді. Мысалы, электронның бір теріс элементар заряды бар болса (е ), позитрон бір оң элементар зарядты иеленеді (е+). Дәл осылай протон (р) бір оң элементар зарядты, ал анти-протон (р) бір теріс элементар зарядты иеленеді.

Өз құрылымы мен құрамы болмайтын бөлшекті элементар бөлшек дейміз.

Қарапайым бөлшектер қатарына нуклондар мен электрондарды және басқа да бөлшектерді қосқанымызбен, олардың қаншалықты элементар екенін дәл басып айта алмаймыз. Бір кездері молекулаларды, одан кейін атомдарды дүниенің бөлінбейтін кірпіші, яғни элементар бөлшегі деп айтқан болатын. Ал қазір элементар бөлшектер қатарында 400-ден аса бөлшектер бар. Шынында да, олар элементар бөлшектер ме? Бұл сұрақтың жауабы әзірге ғылыми болжамдар деңгейінен аса алмай отыр. Оған негіз де жоқ емес.^[

Зарядталған бөлшектердi бақылау мен тiркеудiң әдiстерi.

Бөлшектердiң қасиеттерiн қарастырғанда олардың бiр-бiрiмен әсерлесу сипатын бiлудiң және осы әсерлесу кезiндегi олардың сан алуан түрленулерiн т.с.с. зерттеудiң маңызы зор. Ол үшiн бiз оларды тiркеп, әрi бақылай бiлуiмiз қажет. Сондықтан, ядролық физиканың туындылап, даму кезеңiнен бастап-ақ бөлшектердi тiркеп, оны бақылаудың әдiстерi де қалыптаса бастады. Бұл бағыттағы алғашқы қолданылған әдiстiң бiрiфотоэмульсия әдiсi. Радиоактивтiлiк құбылысының өзi ядролық сәулелердiң фотопластинкаға әсерi негiзiнде кездейсоқ ашылған болатын. Бұл әдiс күнi бүгiнге дейiн элементар бөлшектер физикасында, ғарыштық сәулелердi зерттеуде кеңiнен қолданылады. Әдiстiң мәнi мынада: зарядталған шапшаң бөлшек фотоэмульсияның қабаты арқылы өткен кезде өзi өткен траекторияның бойында көрiнбейтiн iз қалдырады да бұл iз фотопластинканы өңдегеннен соң айқын траектория түрiнде көрiнедi. Қалдырған iздiң қалыңдығы және ұзындығы арқылы бөлшектiң зарядын және энергиясын анықтаудың мүмкiндiгi бар.

7.6 – сурет

Тәжiрибелiк ядролық физиканың тамаша құралдарының бiр – Вильсон камерасы. Оның жұмыс iстеу принципi мынадай: Қақпағы әйнектен жасалған цилиндр тектес ыдыстың iшiнде спирттiң буымен қаныққан ауа бар. Егер поршендi тез қозғап, цилиндрдiң көлемiн кенет ұлғайтсақ, адиабаталық үрдiстiң салдарынан ондағы ауа мен бу салқындайды да аса қаныққан күйге өтедi. Егер дәл осы мезетте камера арқылы зарядталған бөлшек өтсе, оның қозғалысының бойындағы аса қаныққан бу бөлшектерi конденсацияланып, ұсақ тамшылар пайда болады. Ол тамшыларды трек деп атайды. Осы сәтте бүкiл камераны жарқ еткен жарықпен сәулелендiрсек, бұл тректер суреттiң қара фонындағы ақ жолақтар түрiнде көрiнедi (7.6-сурет). Дәл өлшеулер жүргiзу үшiн әдетте Вильсон камерасын тұрақты магнит өрiсiне орналастырады. Онда бұл өрiстiң салдарынан қозғалып бара жатқан зарядталған бөлшектердiң траекториясы қисаяды. Сыртқы магнит өрiсiнiң индукциясы белгiлi болған жағдайда бөлшек траекториясының қисықтық радиусын өлшеу арқылы оның массасы мен зарядын және энергиясын анықтаудың мүмкiндiгi бар.

7.7 – сурет

Зарядталған бөлшектердi бақылауға мүмкiндiк беретiн тағы бiр құрал – көпiршiктi камера. Көпiршiктi камераны температурадасы өзiнiң қайнау температурасына өте жақын тұрған сұйықпен толтырады. Мұндай сұйық ретiнде әдетте сұйылтылған сутегi, пропан, ксенон т.с.с қолданады. Камера арқылы зарядталған бөлшек өткен кезде ол өткен жолдың бойындағы сұйық бөлшектерiнiң температурасы кенет артып, қайнайды да бу көпiршiктерi пайда болады. Ал оны жоғарыдағы Вильсон камерасындағыдай жолмен суретке түсiрiп алуға болады (7.7-сурет). Көпiршiктi камерадағы сұйықтың тығыздығы Вильсон камерасындағы газдың тығыздығынан әлде қайда артық болғандықтан мұнда аса дәл өлшеулер жүргiзудiң мүмкiндiгi бар.

7.8 – сурет

Шапшаң зарядталған бөлшектер мен γ-кванттарды тiркеуде Гейгер-Мюллер есептегiштерi қолданылады (7.8-сурет). Ол iшi өте аз қысымдағы (шамамен 0,1 атм) газ қоспасымен, мысалы аргон мен метил спиртiнiң буының қоспасымен толтырылған цилиндр трубкадан тұрады. Цилиндрдiң ортасында одан изолятор арқылы оқшауланған жiңiшке сым бар. Бұл жiңiшке сым анодтың, ал цилиндрдiң корпусы катодтың ролiн атқарады. Анод пен катодтың арасына аса жоғары кернеу берiлген. Есептегiштiң жұмыс көлемi арқылы зарядталған бөлшек өткен кезде ол өз жолындағы газ бөлшектерiн иондайды да, пайда болған электрон мен оң ион жоғарғы кернеудiң салдарынан туындылаған өрiстiң әсерiнен сәйкес анод пен катодқа қарата үдей қозғалады. Бұл бөлшектер өз кезегiнде жолында кездескен газдың басқа атомдарын иондайды, сөйтiп бұл үрдiс тасқынды сипат алады. Иондалған бөлшектер тасқыны анод пен катодқа келiп жеткенда тiзбек өте аз уақытқа тұйықталады да, бөлшек тiркеледi.

7.9 – сурет

Ядролық сәуле шашудың кез-келген түрiн тiркеу үшiн иондаушы камералар қолданылады (7.9-сурет). Иондаушы камераның жұмыс iстеу принципi Гейгер-Мюллер есептегiштерiнiң жұмыс iстеу принципiне ұқсас. Мұнда тек анод пен катодтың арасына берiлетiн кернеудiң шамасы аса үлкен емес. Сондықтан тiзбекте пайда болатын токтың шамасы аса аз. Оны арнайы күшейткiштердiң көмегiмен өлшеп, иондаушы бөлшектердiң қарқыны жөнiнде баға беруге болады.

Элементар бөлшектерді бақылау және тіркеу әдістері

1) Гейгер санағышы (әсері газдың соққылау арқылы иондануына негізделген).

2) Вильсон камерасы (аса қаныққан бу қолданылады; зарядталған бөлшектердің ұшу кезіндегі іздері (траекториялары) тіркеледі, оның бойында иондар пайда болады да сұйық тамшылары конденсацияланады).

3) Көпіршікті камера (аса қатты қыздырылған сұйықтар қолданылады; сұйық қайнағанда бойында көпіршіктер пайда болатын бөлшектер қозғалысының траекториялары тіркеледі).

4) Қалың қабатты фотоэмульсия - (фотоэмульсия көмегімен траекторияның жасырын кескіні түзіліп, фотосуретке түсіру кезінде оларды үлкейтуге болады).

Источник:

Счётчик Ге́йгера, счётчик Ге́йгера—Мю́ллера — газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц.

Содержание [убрать]

1 История

2 Устройство

3 Принцип работы

4 Примечание

5 См. также

История[править | править вики-текст]

Принцип предложен в 1908 году Гансом Гейгером; в 1928 Вальтер Мюллер, работая под руководством Гейгера, реализовал на практике несколько версий прибора, конструктивно отличавшихся в зависимости от типа излучения, которое регистрировал счётчик.

Устройство[править | править вики-текст]

Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Дополнительная электронная схема обеспечивает счётчик питанием (как правило, не менее 300 В), обеспечивает, при необходимости, гашение разряда и подсчитывает количество разрядов через счётчик.

Счётчики Гейгера разделяются на несамогасящиеся и самогасящиеся (не требующие внешней схемы прекращения разряда).

В бытовых дозиметрах и радиометрах производства СССР и России обычно применяются счетчики с рабочим напряжением 390 В:

«СБМ-20» (по размерам — чуть толще карандаша), СБМ-21 (как сигаретный фильтр, оба со стальным корпусом, пригодный для жёсткого β- и γ-излучений)

«СИ-8Б» (со слюдяным окном в корпусе, пригоден для измерения мягкого β-излучения)

Широкое применение счётчика Гейгера—Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки.

Принцип работы[править | править вики-текст]

Цилиндрический счётчик Гейгера—Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка — катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы — аргон и неон. Между катодом и анодом создается напряжение от сотен до тысяч вольт в зависимости от геометрических размеров материала электродов и газовой среды внутри счетчика. В большинстве случаев широко распространенные отечественные счетчики Гейгера требуют напряжения 400 В.

Работа счётчика основана на ударной ионизации. γ-кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счётчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, приводящая к размножению первичных носителей. При достаточно большой напряженности поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счетчик резко возрастает. Этим счетчик Гейгера отличается от пропорционального счетчика, где напряженность поля недостаточна для возникновения вторичных лавин, и разряд прекращается после пролета первичной лавины. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счётчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекращается, и счетчик снова готов к работе. Для ускорения гашения могут использоваться специальные схемы, принудительно снижающие напряжение на счетчике, что позволяет также уменьшить анодное сопротивление и увеличить уровень сигнала. Однако чаще в газовую смесь в счетчике добавляют немного галогена (брома или йода) или органического соединения с относительно большой молекулярной массой (обычно какого-либо спирта) — эти молекулы взаимодействуют с положительными ионами, давая в результате ионы с большей массой и меньшей подвижностью. Кроме того, они интенсивно поглощают ультрафиолетовое излучение разряда — эти два фактора приводят к быстрому и самопроизвольному гашению разряда даже с небольшим анодным сопротивлением. Такие счетчики называются самогасящимися. В случае применения в качестве гасящей добавки спирта при каждом импульсе некоторое его количество разрушается, поэтому гасящая добавка расходуется и счетчик имеет определенный (хоть и достаточно большой) ресурс по количеству зарегистрированных частиц. При его исчерпании счетчик начинает «гореть» — начинает самопроизвольно возрастать скорость счета даже в отсутствии облучения, а затем в счетчике возникает непрерывный разряд. В галогенных счетчиках распавшиеся молекулы галогена вновь соединяются, поэтому их ресурс значительно выше (1010 импульсов и выше).

Счетная характеристика (зависимость скорости счета от напряжения на счетчике) имеет хорошо выраженное плато, в пределах которого скорость счета очень слабо зависит от напряжения на счетчике. Протяженность такого плато достигает для низковольтных счетчиков 80-100 В, а для высоковольтных — нескольких сотен вольт.

Длительность сигнала со счётчика Гейгера сравнительно велика (≈ 10−4 с). Именно такое время требуется, чтобы медленные положительные ионы, заполнившие пространство вблизи нити-анода после пролёта частицы и прохождения электронной лавины, ушли к катоду и восстановилась чувствительность детектора.

Важной характеристикой счётчика является его эффективность. Не все γ-фотоны, попавшие на счетчик, дадут вторичные электроны и будут зарегистрированы, так как акты взаимодействия γ-лучей с веществом сравнительно редки, и часть вторичных электронов поглощается в стенках прибора, не достигнув газового объёма.

Эффективность регистрации частиц счетчиком Гейгера различна в зависимости от их природы. Заряженные частицы (например, альфа- и бета-лучи) вызывают разряд в счетчике почти всегда, однако часть их теряется в материале стенок счетчика. Особенно это актуально для альфа-частиц и мягкого бета-излучения. Для их регистрации в счетчике делают тонкое (2-7 мкм для регистрации альфа-излучения и 10-15 для мягкого бета-излучения) окно из слюды, алюминиевой или бериллиевой фольги или полимерной пленки. Эффективность счётчика для рентгеновского и гамма-излучения зависит от толщины стенок счётчика, их материала и энергии γ-излучения. Так как γ-излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность γ-счётчиков мала и составляет всего 1-2 %. Наибольшей эффективностью обладают счётчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z, так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счётчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счётчика выбирается из условия её равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объём счётчика, и возникновения импульса тока не произойдет. Это приводит к характерной зависимости скорости счета от энергии гамма-кванта (так называемый «ход с жесткостью») с явно выраженным максимумом, который у большинства счетчиков Гейгера расположен в области мягкого гамма-излучения. При использовании счетчиков Гейгера в дозиметрической аппаратуре «ход с жесткостью» частично исправляют с помощью дополнительного экрана (например, стального или свинцового), который поглощает мягкое гамма-излучение вблизи максимума чувствительности и вместе с тем несколько повышает эффективность регистрации жестких гамма-квантов из-за генерации вторичных электронов и комптоновского излучения в материале экрана. В результате этого зависимость скорости счета от мощности дозы в значительной степени выравнивается. Этот экран часто делают съемным для возможности раздельного определения бета- и гамма-излучения. Напротив, для регистрации рентгеновского излучения применяют счетчики с тонким окном, наподобие используемого в детекторах для альфа- и мягкого бета-излучения.

Нейтроны напрямую газоразрядными счетчиками не детектируются. Использование в качестве газовой среды гелия-3 или бора в составе материала стенок позволяет регистрировать нейтроны по заряженным продуктам ядерных реакций. Помимо низкой и сильно зависящей от энергии эффективности, недостатком счётчика Гейгера—Мюллера является то, что он не даёт возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счётчиках.

При измерении слабых потоков ионизирующего излучения счетчиком Гейгера необходимо учитывать его собственный фон. Даже в толстой свинцовой защите скорость счета никогда не становится равной нулю. Одной из причин этой спонтанной активности счетчика является жесткая компонента космического излучения, проникающая без существенного ослабления даже через десятки сантиметров свинца и состоящая в основном из мюонов. Через каждый квадратный сантиметр у поверхности Земли пролетает в среднем около 1 мюона в минуту, при этом эффективность регистрации их счетчиком Гейгера практически равна 100 %. Другой источник фона — это радиоактивное «загрязнение» материалов самого счетчика. Кроме того, значительный вклад в собственный фон дает спонтанная эмиссия электронов из катода счетчика.

§ 7.1 Резерфорд тәжiрибесi. Атомның ядролық моделi

Барлық заттар бөлiнбейтiн аса ұсақ бөлшектерден – атомдардан тұрады деген ұғым ерте қалыптасқан болатын. Егер атом шындығында заттың бөлiнбейтiн алғашқы кiрпiштерi болса табиғаттағы кездесетiн сан алуан заттарға сан алуан атомдар сәйкес қойылуы тиiс. Бұлай болуы бiр жағынан күмән туғызады.

Физика ғылымының дамуы барысында ХIХ ғасырдың аяғына қарата атомның қасиеттерiне байланысты жаңа тәжiрибелiк деректер жинала бастады. Мысалы М.Фарадей 1833 жылы электролиз құбылысын зерттеу барысында электролит ертiндiлерiндегi ток иондардың реттелген қозғалысы екенiн анықтады. Ал 1897 жылы Дж.Томсон сиретiлген газдардағы электр разрядын зерттеу барысында қыздырылған немесе ультракүлгiн жарықпен сәулелендiрiлген кез-келген химиялық элементтiң атомы өзiнен терiс зарядталған бөлшектердi шығатынын анықтады. Осылай алғашқы элементар бөлшек – электрон ашылды. Атом құрлысының күрделiлiгiне нұсқайтын тағы бiр бұлтартпас факт 1869 жылы орыс ғалымы Д.И.Менделеев ашқан химиядық элементтердiң периодтылық заңы. Атомдық масса өскен кезде элементтердiң қасиеттерiнiң қайталануын атомның құрамына кiретiн бөлшектердiң саны өскен кезде оның iшкi құрылымының қандай да бiр ерекшелiгiнiң қайталануымен түсiндiруге болатындай.

7.1 — сурет

Атомды күрделi жүйе деп ұйғарып, оның алғашқы моделiн ұсынған ғалым – Дж.Томсон. Томсон моделi бойынша атом дегенiмiз радиусы шамамен 10-10 м болатын шар. Бұл шардың бүкiл көлемi оң зарядталған, ал терiс зарядталған электрондар оның iшiнде су тамшысының iшiнде жүзiп жүрген түйiршiктер тәрiздi қозғалып жүредi (7.1 — сурет) . Томсон моделi атомның бiрқатар қарапайым қасиеттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жағдайда қиыншылыққа тiрелетiн.

7.2 — сурет

Осы тұрғыдан атом құпиясына тереңiрек үңiлiп, оның жаңа бiр моделiн ұсынған ғалым ағылшын оқымыстысы Э.Резерфорд болатын. Ол өз тәжiрибелерiнде аса шапшаң α-бөлшектер жұқа алтын фольгадан шашыраған кездегi бұрыштық таралуын зерттей келе атомның планетарлық моделi деп аталатын моделiн ұсынды. Резерфордтың бұл моделi бойынша атомдағы оң зарядтар Томсон моделiндегiдей бүкiл көлемде таралмай, керiсiнше, оның орталығында жинақталады. Оны атом ядросы деп атайды. Ал электрондар болса Күн жүйесiндегi планеталар тәрiздi ядроны айнала қозғалып жүредi (7.2 — сурет). Электрондардың массасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей дерлiк массасы ядрода шоғырланған. Ядроның өлшемi атомның өлшемiмен салыстырғанда шамамен 105 еседей кiшi.

§ 7.2 Бор постулаттары. Бор жасаған сутегi атомының моделi

Атомның ядролық моделi α-бөлшектердiң жұқа алтын фольгадан шашырауын дұрыс түсiндiргенiмен екiншi жағынан басқа қиындыққа жолықты. Оның мәнiсi мынада болатын. Классикалық электродинамика заңдары тұрғысынан атомның планетарлық моделi тәрiздес жүйелер орнықты болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны айнала үдей қозғалатын болғандықтан өзiнен электромагниттiк сәуле шығаруы тиiс. Ал бұлай сәуле шашу оның энергиясын кемiтедi де соның салдарынан электронның айналу радиусы бiрте-бiрте кемiп, түбiнде ол ядроға құлап түсуi тиiс болатын. Бiрақ тәжiрибе бұған мүлдем керi нәтиже бередi. Атом орнықты жүйе және ол қозбаған күйде болса өзiнен ешқандай да сәуле шығармайды.

Теория мен тәжiрибенiң арасындағы осындай қарама-қайшылықты шешу жолында ғалымдарға бiраз тер төгуге тура келдi. Бұл бағыттағы зерттеулер барысында алғашқы елерлiктей табысқа дат ғалымы Нильс Бор жеттi. Ол классикалық физиканың атомдық жүйеге қатысты барлық көзқарастарын қайта қарай келiп, оның атомдарға қатысты жаңа тәжiрибелiк деректердi түсiндiруде дәрменсiз екенiне көзi жеттi. Бұл жерде классикалық физика ұғымдарының ауқымынан тысқары шығу қажет болатын. Нильс Бор 1913 жылы солай жасады да, ол атомның жарықты шығаруы мен жұтуы жөнiндегi өзiнiң түсiнiгiн мынадай екi постулат түрiнде тұжырымдады :

1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды.

2. Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған сәуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады

hv=En- Em

Мұндағы En және En осы стационар күйлердiң энергиясы, ал h – Планк тұрақтысы.

Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп, сәуле шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы.