МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ.....................................................................................................................3

1.АТОМ ЯДРОСЫ....................................................................................................4

1.1 Атом ядросы және оның құрылысы.................................................................4

1.2 Атом ядросының модельдері............................................................................9

1.3 Радиоактивтілік................................................................................................16

2. АТОМ ЯДРОСЫНЫҢ ЭНЕРГИЯСЫ...............................................................25

2.1 Ядролық күштер және оның қасиеттері.........................................................25

2.2 Ядролық реакциялар........................................................................................26

2.3 Ядроның бөлінуі және термоядролық синтез...............................................34

2.4 Атом энергиясын қолдану мәселелері...........................................................40

ҚОРЫТЫНДЫ........................................................................................................42

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ......................................................44

КІРІСПЕ

Атом туралы ілімнің XVII – XVIII ғасырларда қайтадан дамуына химиялық элементтер туралы түсініктің пайда болуы, химиялық реакциялар кезінде зат массасының сақталуы, затты құрайтын элементтердің бір – бірінен айырмашылығының болуы, мысалы, судың құрамында сутегі мен оттегі болатыны және т. с. с. құбылыстар мен заңдылықтардың ашылуы үлкен әсерін тигізді.

- Табиғаттың ғажайып көп құбылыстарында атом ядросының атқаратын ролі үлкен. Мысалы, химиялық элементтердің өмір сүруіне ядро зарядының болуы, бүкіл әлемдік энергияның негізі көзі, ядролық реакциялар, ядролық түрленулер, және т.с.с;

Курыстық жұмыстың өзектілігі. Бүгінгі таңда Қазақстан Республикасының Білім туралы заңы - әр адамның жан – жақты дамуына мүмкіндік жасайтын құжаттардың бірі.

- ХІХ ғасырдың екінші жартысында заттарды құрайтын ең кішкентай бөлшек – атом әрі қарай бөлінетін дүниенің «кірпіші» деп есептелді;

Курыстық жұмыстың мақсаты. Атом ядросы қасиеттерін зерттеу жағдайында қалыптасқан ғылыми теориялық пікірлердің маңызын айқындау және қолдану өрісін анықтау. Қазіргі таңда физиканы оқытуда атом ядросының қасиеттерін біле отырып оқушылардың пәнге деген қызуғушылығын арттыру.

Курыстық жұмыстың міндеттері. Бұл курыстық жұмыста негізгі міндет:

- атом ядросы қасиеттері жайында түсіндіру;

- атом ядросы қасиеттерінің қолданылу жағдайын анықтау;

- атом ядросы қасиеттерін оқытуда озық тәжірибелі технологияларды пайдалану арқылы оқушылардың физикаға қызығушылын арттырудың әдістемелік негізін айқындау;

Курыстық жұмыстың теориялық және әдістемелік негіздері. Атом ядросының қасиеттері теориялық тұрғыдан негіздеуден, оларға жалпы сипаттама жасаудан және де қазіргі кезде атом арқасында атом энергиясын қолдану жағдайында білім берудің негіздерін айқындаудан тұрады.

Курыстық жұмыстың зерттеу обьектісі. Атом ядросының қасиеттерін негізгі сипаттамаларын түсіндіру және олардың қазіргі заманғы ақпараттық техникалық байланыс жүйелерінің көптеген салаларында қолдану.

Курыстық жобаның құрылымы: Курыстық жұмыс кіріспеден, екі бөлімнен, жеті бөлімшеден, қорытындыдан, әдебиеттер тізімінен тұрады.

1 Атом ядросы

1. 1 Атом ядросы және оның құрылысы

Э.Марсден, Х.Гейлермен бірге α-бөлшектердің жұқа металл қабатынан өтуін және шашырауын зерттеген. Жасалған тәжірибелердің нәтижесін түсіндіру үшін атомның ядролық моделін ұсынды. Ал оң зарядталған ядро мен теріс зарядталған электрондар жиынтығынан-электрондық қабықшалардан тұрады. Атом масса түгелдей дерлік ядрода шоғырланған. Атомға қарағанда ядро тым кішкентай және ол өте берік. Атом ядросының ашылуы, теориялық және эксперименттік физикада атом ядросының құрылысы және оның қасиеттері туралы тың мәселе қойылды. Осылайша ядролық физика деп аталатын физиканың жаңа бір тармағы өмірге келді.

Ядролық физика-атом ядросының құрылымын, қасиеттерін, оның түрленулерін зерттейді, микроәлемде болып жататын құбылыстарды қарастырады. Элементар бөлшектердің табиғатын, өзара әсерлесулері мен түрленулерін зерттейді.

Атом ядросының құрылысы. Ядроның протон-нейтрондық моделі Чедвиктіқ тәжірибелерінде нейтрон ашылған сол іле-шала 1932 ж. бұрынғы кеңес физигі Д. Д. Иваненко мен неміс ғалымы В. Гейзенберг ядроның протон-нейтронды моделін ұсынды. Ол ядролық түрленулердің кейінгі зерттеулерімен дәлелденді және қазіргі кезде даусыз болып табылады. Ядроның протон-нейтронды моделі. Протон-нейтронды модельге сәйкес ядролар екі сортты элементар бөлшектерден: протондар мен нейтрондардан тұрады.

Тұтас алғанда, атом электр жөнінен бейтарап, ал протон заряды электрон зарядына моделі бойынша тең болғандықтан, ядродағы протондардың саны атом қабықшасындағы электрондар санына тең. Ендеше ядродағы протондар саны 2 Меңделеев кестесіндегі элементтің атомдық нөміріне тең.

Атом ядросы алып тұрған көлемнiң айқын шекарасы жоқ. Бұл нуклондардың толқындық қасиетiмен байланысты. Сондықтан ядроның өлшемдерiн шартты түрде анықтайды. Ядроның көлемi нуклонның сандарына пропорционал. Сондықтан ядроны радиусы R-ға тең сфера деп есептеп, оның радиусын әдетте мынадай эмпириялық өрнекпен анықтайды.

(1.1)

мұндағы =(1,3-1,7)·10^-15 м.

Ядроның өлшемдерi өте аз болғандықтан ондағы протондардың кулондық тебiлу күшi өте үлкен болады. Мысалы құрамында 82 протоны бар қорғасынның ядросындағы протондардың тебiлу күшi бiрнеше мың ньютонға жетедi. Бiрақ ядро бұл тебiлу күшiнiң салдарынан бөлшектенiп кетпейдi. Бұл протондар мен нейтрондардың арасында кулондық күштен де күштi тартылу күшiнiң бар екенiн көрсетедi. Бұл күштердi ядролық күштер деп, ал бұл күштердiң арқасында әсерлесудi пәрмендi әсерлесу деп атайды. Протон мен нейтронның пәрмендi әсерлесу тұрғысынан алғанда ешқандай айырмашылығы жоқ сондықтан оларды ядролық физикада нуклон деген бiр бөлшек ретiнде қарастырады [4,68 б].

Ядролық күштер өте аз аралықта әсер ететiн күштер болып табылады. Ол 10^-15 м-ге дейiнгi аралықта әсер етедi де одан тысқары жерде өте тез кемiп кетедi. Масспектрограф деп аталатын құралдардың көмегiмен ядроның массасын өлшеу кез-келген Z протоннан және N нейтроннан тұратын ядроның массасы бос жүрген Z протон мен N нейтронның массаларының қосындысынан аз екенiн көрсеттi. Ал масса мен энергия арасындағы байланысты ескерсек бос протондар мен нейтрондардың энергияларының қосындысы олардан құралған ядроның энергиясынан артық екенi шығады. Олай болса, ядроны оны құрайтын бөлшектерге ажырату үшiн осы энергиялардың айырымына тең энергия жұмсау керек. Мұндай энергияны ядроның байланыс энергиясы деп атайды.

(1.2)

мұндағы массалар ақауы деп аталады. Ядродағы бiр нуклонға келетiн орташа байланыс энергиясын Δε_бай деп белгiлеп, оны ядроның меншiктi байланыс энергиясы деп атайды.

Резерфорд тәжiрибелерiнен атомның өлшемдерi өте кiшi ядродан және оны қоршаған электрондың бұлттан тұратыны анықталды. Ендi физиктердiң алдында жаңа физикалық нысанды, атом ядросының құрылымы мен қасиетiн зерттеу мәселесi туды.

Атом ядросының үлгілері. Ядро теориясын жасау жөніндегі талаптар екі маңызды қиындықтарға әкеліп тіреді. Олар мынадай еді: 1) нуклондар арасындағы әсер ететін күштер туралы мағлұматтың жеткіліксіз аз болуы, 2) көптеген денелердің (массалық саны А болатын ядро А денелер жүйесін құрайды) кванттық есебінің шектен тыс қолайсыз үлкен болуы. Атомдағы динамикалық орталық ядро болып табылады. Оның электрондармен өзара әсері негізгі және шешуші рөлді атқарады. Электрондардың өзара бір – бірімен әсерлесулері ядро зарядының әсерін экрандау құбылысына әкеліп тірейді. Электрондар ядроның сфералық симметриялық өрісінде қозғалатындықтан, ол өрісті ядродан r қашықтықтың скалярлық функциясы болып табылатын V(r) скалярлық потенциал түрінде көрсетуге болады. Ядро өрісінің сфералық симметриялығы және V(r) потенциалының салыстырмалы түрде алғанда қарапайымдылығы, атомның қабықша үлгісіне негізделген, атом туралы кванттық механикалық есептің (мысалы Шредингер теңдеуінің) шешуін елеулі түрде жеңілдетеді. Атом ядросында белгілі факторлардың жиынтығын есепке алған күннің өзінде, онда оқшауланған орталық дене жоқ, себебі ядро құрамына кіретін барлық нуклондар тең праволы болып табылады.

Тиісті тәжірибелердің қорытындыларына қарағанда, мұндай ерекше орнықты ядроларға протондар саны, немесе нейтрондар саны (немесе осы екеуіде) 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 болып келетін ядролар жатады екен. Бұл сандарды физиктер сиқырлы деп атады. Протондар саны Z немесе нейтрондар саны N сиқырлы болған жағдайда (яғни өте орнықты ядролар), ядролар да сиқырлы болады. Ядроның Z-де және N-і де сиқырлы болса, онда оны екі ретті сиқырлы деп атайды.

Екі ретті сиқырлы ядролардың бізге бесеуі белгілі, олар:

(1.3)

бұл ядролар ерекше орнықты.

Қабықша үлгісінің бір ерекшелігі ол көптеген тәжірибелердің қорытындыларын бірдей көзқарас тұрғысынан түсіндіруге мүмкіндік береді.

Қабықша үлгісінің авторлары М. Гепперт-Майерге және Н. Иенсенге физика саласындағы ашылған осы жаңалықтары үшін Нобель сыйлығы берілді. Ядроның қабықша үлгісін одан әрі теория жүзінде негіздеу және дамыту кеңес ғалымы академик А. Б. Мигдельдің есімімен байланысты.

Атом ядросының заряды. Атом ядросының негізгі сипаттамаларының бірі оның электр заряды болып табылады.Атом ядросының зарядын алғаш рет 1913 жылы Г.Мозли өлшеген. Ал ядросының зарядын тікелей өлшеуді ағылшын физигі Дж. Чедвик 1920 жылы жүзеге асырды. Атом ядросының заряды элементар электр зарядының Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің Z реттік нөмірінің көбейтіндісіне тең болады.

(1.4)

Сонымен, Менделеев кестесіндегі химиялық элементтің реттік нөміріне кез-келген элемент атомының ядросындағы оң зарядтардың санымен анықталады. Сондықтан элементтің Z реттік нөмірін зарядтық сан деп атайды.

Атом ядросының массасы және байланыс энергиясы. Атом ядросының физикалық қасиеттері оның зарядтарымен қатар массасымен де анықталады. ядроны сипаттайтын шамалардың ең маңыздыларының бірі-масса. Ядролық физика иондар мен атом ядросының массасын көбінесе масспектрографтың көмегімен анықтайды. Зерттелетін заттың атомдары иондық көзде оң иондалып, әлсіз электр өрісінің әсерінен D₁ диаграма арқылы әр түрлі жылдамдықпен өтеді. D₁ және D₂ диаграмалары арасында оң иондар электр өрісінде үдемелі қозғалады. Және осы мезетте оң иондарға индукция В₀ болатын магнит өрісі де әсер етеді. Осылайша үдетілген оң иондар, оған бір-біріне перпендикуляр бағытталып әсер ететін Е₀ электр және В₀ магнит өрістері арқылы сұрыпталып өтеді. D₂ диаграма арқылы бұрылмай өту үшін немесе шарты орындалуы керек. Бұл теңдеуден жылдамдықты анықтайық:

(1.5)

О сы жылдамдыққа ие болған оң иондар біртекті В магнит өрісінде орналасқан ВК вакуумдық камераға өтеді. Магнит өрісінің индукция векторы В иондардың жылдамдық векторына перпендикуляр орналасқан. Магнит өрісінде қозғалған оң иондарға модулі Ғ=υqB болатын Лоренц күші әрекет етеді. Иондар осы күштің әрекетінен шеңбер бойымен қозғалады. Жартылай шеңбер сыза отырып, массалары бірдей иондар ФП фотопластинаның түрлі орындарында тіркеледі. Ғ_п=Ғ_цт немесе болғандықтан, ионның массасын өрнегі бойынша жоғары дәлдікпен анықтайды. Атом ядросының массасын М әрпімен белгілеу қабылданған. Нуклондарды ядроға біріктіргенде, сол нуклондардың бір-бірімен байланыс энергиясының бөлініп шығатындығымен түсіндіруге болады. Демек, тыныштықта тұрған өзара әсерлеспеген нуклондардың энергияларының қосындысынан мынадай шамаға аз болады.

(1.6)

Бұл шама ядродағы нуклондардың байланыс энергиясы болып табылады. Сонымен ядроның байланыс энергиясы деп, ядроны оны құрайтын нуклондарға бөлшектеуге қажетті энергияның шамасын айтады.

Бір нуклонның үлесіне тиісті байланыс энергиясын, яғни шамасын ядродағы нуклондардың меншікті байланыс энергиясы деп атайды. Оны әрпімен белгілейді. Мына шаманы ядроның масса ақауы деп атайды. Сонымен масса ақауы байланыс энергиясымен мынадай қатынаста болады.

(1.7)

Ядролық физикадағы өлшем бірліктер. Өлшем бірліктерінің Халықаралық жүйесінде қолданылатын ұзындықтың, массаның және т.б. өздеріне таныс өлшем бірліктерімен қатар, ядролық физикада арнайы бірліктер қолданылады. Бұл қажеттілік ядролық процестердің субатомдық әлемде өтетінінен туындайды. Мысалы, ядролық физикадағы ең үлкен қашықтық атом радиусының өзі 10^-10 м-ге тең. Ұзындық бірлігі ретінде ферми алынады: 1 фм=10^-15 м. массаның бірлігі ретінде көміртегі атомы массасының бөлігі алынады. Ол массаның атомдық бірлігі болып табылады:

1м.а.б.= кг,

1 кг= м.а.б.

Салыстырмалы атомдық масса атомның абсолюттық массасында неше массаның атомдық бірлігі бар екенін көрсетеді. Мысалы, сутегі үшін А_r=1,00783, көміртегі үшін А_r=12, оттегі үшін А_r=15,99482.

Атом ядросының пішіні мен өлшемі. Көптеген эксперименттік зерттеулер атом ядросының радиусын мына формула бойынша жуықтап анықтауға болады:

(1.8)

Мұндағы м, А-массалық сан. Ал ядроның радиусы оның массалық санының кубтық түбіріне пропорционалдығынан ядролық заттың орташа тығыздығы үшін

(1.9)

шығады, мұндағы М_я = (m_р + m_n) -ядроның массасы. Есептеулер жуықтап алғанда ядролық заттың орташа тығыздығы ρ≈ кг/м³ екенін көрсетті. Заттың осындай тығыздығы ғарыштағы нейтрондық жұлдыздар-пульсарларға да тән көрінеді.

Ядроның мөлшері. Резерфорд тәжірибелерінде жылдам -бөлшектермен элементтердің атомдарын атқылағанда, әр түрлі энергиялы -бөлшектер ядроға белгілі бір ара қашықтыққа жақындайды да, одан кулон күштерінің әсерінен тебіледі. Бұл тәжірибелерден ядро атомның белгілі бір көлемін алып жататыны дәлелденді. Атом ядросы күрделі система және оның «тәртәбә» кванттық механика заңдарына бағынышты, соның ішінде Гейзенбергтің анықталмағандық қатынасымен сипатталады. Басқаша айтқанда, ядро мөлшерінің шекарасы дәл шектелген емес. Ядро мөлшерін анықтаудың әр түрлі әдістері бар. Мысалы, жылдам нейтрондарды ядроның шашыратуы арқылы табу. Ең үлкен ядролардың радиустары шамамен 10^-14 м. Эмпириялық жолмен табылған келесі формулада ядро радиусының массалық санға байланысы көрсетілген (r₀ = (1,4 1,5) м-тұрақты шама).

(1.10)

(1.8) формула арқылы ядроның орташа тығыздығын есептеуге болады. Ядро сфера формалы деп есептеп, оның радиусы R болса, тығыздығы

(1.11)

мұнда М_я-ядро массасы. Сонда мысалы, ядросы үшін:

(1.12)

Ал күнделікті қолданылып жүрген судың тығыздығы 10³ . Бұдан ядро тығыздығы аса үлкен шама екенін көреміз. Ядро затының өте зор тығыздығы, ондағы заттардың ерекше спецификалық ядролық жағдайда болатынын және ядролық күштердің интенсивтігінің үлкен шама болатынын көрсетеді [6,149 б].

1. 2 Атомның ядролық моделдері

Томсон моделі. 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. Томсон моделi атомның бiрқатар қарапайым қасиеттерiн сәттi түсiндiргенiмен көп жағдайда қиыншылыққа тiрелетiн.

Сурет 1.1. Томсон моделі схемасы.

Резерфорд тәжірибесі. 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.

Сурет 1.2. Резерфорд жүргізген тәжірибе схемасы.

Электрондардың массасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей дерлiк массасы ядрода шоғырланған. Ядроның өлшемi атомның өлшемiмен салыстырғанда шамамен 10⁵ еседей кiшi.

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.

Сурет 1.3. Бордың бірінші постулатының схемасы.

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

(1.13)

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

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

Сурет 1.4. Бордың екінші постулатының схемасы.

(1.14)

Мұндағы -стационар күйлердің энергиясы.

Бор теориясының жетістіктері мен кемшіліктері. Сутегі тәрізді системалар үшін Ридберг тұрақтысын есептеп шығару-Бор теориясының ең үлкен жетістіктерінің бірі. Ридберг тұрақтысының көмегімен сутегі тәріздес системалар үшін протон массасының электрон массасына қатынасы есептелді. Табылған қатынас тәжірибе жүзіндегі мәндерімен сәйкес келіп Бор теориясының тағы да бір жетістігі болып табылады.

Ең бірінші атом ядросының моделі-ядроның сұйықтың тамшысына аналогіне (ұқсастығына) негізделген модель. Оны бірінші болып совет ғалымы Я. И. Френкель ұсынған. Мысалы, қозған ядро-қыздырылған тамшы, протон немесе нейтронның ядродан ұшып шығуы-сұйық тамшысының булануы және т. с. с. аналогтар енгізілген. Сұйық молекуласындағы өзара әсер күштері ядролық күштер сияқты қысқа әсерлі күштер қатарына жатады. Сұйық тамшысы моделін ядролық реакцияларды түсіндіруге қолданылып, кейбір жетістіктерге жетті. Мысалы, осы модельді 1938 жылы ашылған атом ядросын бөлшектеу құбылысына қолданып, бұл құбылысты дұрыс түсіндіруге мүмкіндік болды. Ядро затының тығыздығы барлық ядролар үшін тұрақты . Сұйық молекулаларының тығыздығы да тұрақты шама, сұйықтың мөлшеріне байланысты емес.

Міне, бұл айтылған өзгешеліктерге қарамастан кейбір ядролық құбылыстарды сұйық динамикасымен ұқсас деп есептеп, тамшы моделін қолданып ядроның байланыс энергиясын есептеп шығару, бұл модельдің ең үлкен жетістіктерінің бірі болды. Ядроның толық энергиясын құрайтын әр түрлі энергиялардың түрлері. Біріншіден, ядро түзетін еркін нуклондардың энергиясы

(1.15)

Екіншіден, ядро түзгенде бөлініп шығатын энергия , әрбір нуклонға келетін үлесті энергиясының шамасымен сипатталады да массалық санға пропорционал болады:

(1.16)

Мұнда а₁-тәжірибе жүзінде табылатын коэффициент. Минус таңбасы ядро түзілгенде энергия бөлінетінін көрсетеді. Ядроның тамшы моделінен шығатын бір қорытынды-ядро-тамшысындағы нуклондар коллективтік қозғалыста болады. Мысалы, R радиусты ядро болсын делік. Егер осы ядро сырттан келген нуклонды жұтса, жұтылған нуклонның энергиясы бөлшектерге шағылып, бүкіл ядро қозған күйге келеді. Қозған ядро үшін «температура» туралы түсінік енгізуге болады. Жұтылған нуклонның энергиясы шамамен МэВ болсын делік, мұндағы k= Дж/град-Больцман тұрақтысы. Ядро нуклонды жұтқан кездегі тағы да жүретін процесс-жұтылған нуклон ядро-тамшының ядролық симметриясын бұзады. Ядро деформацияланады, ядро-тамшы бетінде беттік толқындар пайда болады.Толқын ұзындығы , -тамшы шеңберінің бойында пайда болатын толқын өркештерінің саны. Бұл толқындардың жиілігі

(1.17)

мұнда - беттік керілу коэффициенті, М_я – ядро массасы. Тәжірибеден беттік энергияны тапсақ, , беттік керілу коэффициентін табуға болады . Табылған мәнін ( теңдеуіне) қойып, екі жағын h-қа көбейтсек, ядро-тамшының тербеліс энергиясын табуға болады:

(1.18)

Міне, осы пайда болған беттік тербеліс энергиясын ескеріп ядро-тамшы моделінің көмегімен ядроның қозған күйін түсіндіруге мүмкін болмай шықты.

Сонымен ядроның беттік энергиясы жалпы энергияға өз үлесін қосуы керек.

(1.19)

Егер (1.19) формуласындағы R–дың мәнін (1.20)-ке қойсақ және тұрақты шамаларды коэффициентпен белгілесек Е₃ энергиясы Е₂ энергиясына кері таңбамен енуі керек. Себебі ядро бетіндегі нуклондарға бір беткей әсер етеді:

(1.20)

Көптеген элементтердің атом ядроларындағы нейтрон және протондар саны бірдей болмағандықтан, оны есепке алу үшін жалпы энергия балансына тағы бір мүше енгізу керек. Ол энергияның таңбасы Е₂-нің таңбасына қарама-қарсы болуы керек, ал шамасы масса саны А және протон саны Z-ке пропорционал.

(1.21)

мұнда а₃-эмперикалық коэффициент. Ядро энергиясына протондардың тебіліс әсерлерін еске алатын мүше енгізу керек. Zе-ядро заряды бүкіл ядроға тегіс бірдей тығыздықпен үлестірілген деп есептеп, екенін аламыз, сонда

(1.22)

мұнда а₄-теория жүзінде есептелетін коэффициент. Ядродағы күштер өзара әсерлесуші нуклондардың спиндеріне байланысты болады. Мұны ескеретін мүше Е₆ әр түрлі мәндерге тең:

немесе (1.23)

және эпирикалық коэффициенттер.

Сонымен ядроның жалпы энергиясы.

(1.24)

Бұл табылған байланыс энергиясының шамасы тәжірибеден табылған мәндеріне жуық болып шықты [8,136 б].

Франк және Герцтiң тәжiрибелерi. Атомның энергетикалық күйiнiң дискреттi болатынын алғаш рет дәлелдеген тәжiрибе-Дж.Франк және Г.Герц тәжiрибесi. 1913 жылы орындалған бұл тәжiрибеде электрондардың сынап атомынан шашырауы зерттелген болатын. Атомдарда үздікті энергиялық деңгейлерінің болатындығын (Бор постулаттарының) дұрыстығын тәжірибе негізінде дәлелдеген Франк және Герц. Олардың схемасы келесідей болған.

~ 1 мм. сынап болғанда

Сурет 1.5. Франк және Герс тәжірибе жүргізген қондырғының схемасы.

Т-түтік ішінде сиретілген сынаптың буы болады. Ондағы қысым 1 мм. атмосфералық қысымнан 760 есе кіші. Өткізгіш ішінде үш өткізгіш орналасқан оларды электрондар деп атайды. К-катод, Т-тор, А-анод, Г-галбанаметр, тізбектегі токтың шамасын анықтайды, V-вольтметр.

Кернеуді одан әрі арттыра беретін болсақ, токтың шамасы тағы да артып кернеудің U=9,8 В. мәнінде тағы да өзінің максимум мәніне жетеді. Одан соң ток азаяды, осындай жағдай кернеудің U=14,7 В. мәнінде де қайталанады. Токтың кернеуге тәуелділігінің мұндай болуы, энергиялық деңгейінің үздікті болуынан атом энергияны белгілі бір өлшеуден ғана қабылдайды

(1.25)

Мұндағы -бірінші, екінші, үшінші стационар күйлердің энергиясы. Электронның энергиясы -ге тең болған кезде, электрон мен атом арасындағы соқтығысу серпіні болмайды. Ол атомға -ге тең, энергиясын беріп ары қарай аз жылдамдықпен қозғала береді. Мұндай жылдамдығы аз электрондар атомға жетіп үлгермейді. Сондықтан анодтағы токтың шамасы азаяды. , , .

Шығару және жұтылу спектрлерi. Спектр түрлерi. Спектр аппараты. Интерференция, дифракция және дисперсия тәрiздi құбылыстар кезiнде ақ жарықтың бiрнеше түске жiктелетiнi тәжiрибеден белгiлi. Дисперсия құбылысын пайдалана отырып, Ньютонның ақ жарықты жiктегенiн бiлемiз. Тәжiрибе жалпы спектрлердi мынадай бiрнеше топқа бөлуге болатынын көрсеттi : тұтас спектр, сызықтық сектр және жолақты спектрлер.