2 Атом ядросының энергиясы
2.1 Ядролық күштер және оның қасиеттері
Протондар
арасында өте күшті нуклондық тебілу
күші болғанына қарамастан, тартылыс
күші нуклондарды бір-бірінен
қашықтықта ұстап тұрады. Нуклондар
арасындағы осындай ядролық өзара
әсерлесулерді күшті өзара әсерлесулер
деп атайды. Енді осы ядролық өзара
әсерлесулерді ядролық күштер өрісінің
көмегімен сипаттайық. Ол үшін осы
күштердің айрықша белгілеріне тоқталамыз.
Ядролық күштер қысқа әсерлесушілер болып табылады. Олардың әсерлесу радиусының реті см. Осы см-ден аз қашықтықта нуклондардың бір-біріне тартылуы тебілуге ауысады.
Күшті өзара әсерлесу нуклондардың зарядтарынан тәуелсіз. Протондар мен протондардың, протондармен нейтрондардың ең соңында нейтрондармен нейтрондардың арасында әсер ететін ядролық күштердің шамалары бірдей. Ядролық күштердің мұндай қасиетін зарядтар тәуелсіздігі днп атайды.
Ядролық күштер нуклондардың спиндерінің өзара бағытталуынан да тәуелді. Мысал үшін, егер нейтрон мен протонның спиндері бір-біріне параллель болса, онда екеуі бірігіп, сутегінің ауыр ядросы дейтронды түзеді.
Ядролық күштер орталықтанған емес. Оларды нуклондардың орталығын қосатын түзудің бойымен бағытталған деп көзге елестетудің еш мүмкіндігі жоқ. Ядролық күштердің орталықтық еместігі, бұл күштердің нуклондарының спиндерінің бағдарлануынан тәуелді болуынан келіп шығады.
Ядролық күштердің қанығу қасиеттеріде бар. Қанығудың байқалуы, ядрода нуклондар саны өскенде, нуклондардың байланыс энергияларының өзгеріссіз өспей тұрақты болып қалуынан. Сонымен қатар, ядролық күштердің қанығуының болуының тағы бір себебі, ядроның көлемінің оны құрайтын нуклондар санына пропорционалдығы.
Қазіргі таңдағы көзқарас бойынша, күшті өзара әсерлесулердің болуы мезондар деп аталатын аралық бөлшектердің ядродағы нуклондар арасында, олардың бір-бірімен аса шеберлікпен алмасу процестерін жүргізу болып табылады.
Егер
протон
мезонды шығарса оны нейтрон жұтып алады
да нейтрон протонға, ал протон зарядын
жоғалтып нейтронға айналады. Екі
нуклонның арасында
-бөлшекпен
алмасу үздіксіз жүріп жатады. Тасымалдаушы
бөлшектің (
-мезонның)
«өмір сүруі» уақыт бойынша шектелген.
Өмір сүру уақытын табу үшін ядролық
күштердің әсер ету радиусы, оның жүретін
«жолы» ретінде, ал жылдамдығы жарық
жылдамдығы с-ға тең деп аламыз, сонда
(2.1)
Енді
Гейзенбергтің анықталмағандық қатынасын
қолданамыз:
,
бір нуклоннан шығып екінші нуклонға
қарай жол жүргенде системада энергия
бойынша
анықталмағандығы пайда болады да, оған
сәйкес келетін масса шамасы m. Ол массаны
былай есептеуге болады:
,
(2.2)
Егер
екенін ескерсек, тасымалдаушы бөлшектің
массасы
(2.3)
сандық мәнін қойсақ
кг,
немесе электрон массасымен алсақ,
электрон массасы.
Сонда протон мен нейтрон арасындағы алмасу бөлшегі -мезонның электрон массасынан 276 есе артық екен. Табиғатта жүретін құбылыстар анағұрлым күрделі.
Ядролық
күштердің мезондық теориясы бойынша
әрбір нуклон өзекшеден (керн) және оны
қоршаған мезондық бұлттан тұрады.
Мезондық бұлт бейтарап
-мезон,
зарядталған
және
мезондардан құралады. Бұған дәлел-заряды
жоқ нейтронның да магниттік моменті
(
)
болса, ал заряды жоқ нейтронның да
магниттік моменті бар
.
Нуклондардың арасында әсер етуші күштер
осы аталған
-мезондармен
алмасу кезінде пайда болады.