1 Кіріспе

1. Ядролық физика – атомдық ядроның айналу және қасиетінің құрылымдық ғылымы

Ядролық физика зерттейді:

• атомдық ядроның құрылысын;

• ядролық күштің қасиетін;

• ядролық реакциядағы ядроның ыдырауының ауысуы мен өзгеру заңын;

• затпен ядролық сәуле шығарудың әрекеттесуін;

• қарапайым болшектерді;

Радиоактивтік құбылыстың ашылуы кездейсоқ болды. 1896 ж А. Беккерель уран тұзының люменисценциялық сәулелену кезінде фотопластинкаға әсер етіп, ауаны иондап, жіңішке металл пластинкасы арқылы өтіп, зат қатарында люменисценция орнатып белгісіз табиғаттағы сәулеленудің өздігінен пайда болуын тапты. Осы құбылыстың зерттелуін жалғастыла отырып Мария мен Пьер Кюри беккерелдік сәулелену қасиеті тек қана уранға тән емес, сонымен қатар көптеген торий және актиний секілді ауыр элементтерге қатысты екенін тапты. Олар уранды смоланың қоспасы сәуле өткізіп интенсивтіліктің бірнеше рет уранның сәуле шығару интенсивтілігін арттыратынын көрсетті. Соның нәтижесінде екі жаңа элемент бөлініп алынды- беккерелдік сәулені тасымалдаушы: полоний және радий .

Табылған сәулелену радиоактивті сәулелену деп аталды, ал құбылыстың өзі - радиоактивті сәулеленуді шығару- радиоактивтілік.

Кейінгі тәжірибелер препараттың радиоактивтілік сәулелену характеріне химиялық қосылыстың түрі , агрегаттық күй, механикалық қысым, температура, электрлік және механикалық өріс және басқада әсерлесуші атомның электрондық бұлтының күйін өзгертуге әсер етпейтіндігі көрсетілген. Демек, элементтің радиоактивтілік қасиеті тек қана ядроның құрылысы ретінде белгілі.

Қазіргі таңда реактивтілікпен қарапайым бөлшектердің және әр түрлі түрдегі радиоактивтілік сәулеленудің шығарылуымен кейбір атомдық ядроның өздігінен басқа ядроға айналу қабілеті түсіндіріледі. Радиоактивтік табиғи және жасанды болып бөлінеді. Радиоактивтілік ауысу заңы екі жағдайда да бірдей, сондықтан осы екі радиоактивтілік тип арасында айырмашылық жоқ.

Радиоактивті ыдырауы немесе жай ыдырау дегеніміз-өздігінен жүретін ядроның табиғи радиоактивті түрленуі.Радиоактивті ыдырауды сынайтын атом ядросы-аналық,туындайтын ядросы-еншілес болады.Магнит өрісіндегі радиоактивті сәулелену ауытқуын зерттеу нәтижесінде Резерфорд,оның әр түрлі 3 компоненттен тұратынын көрсетті:

• α сәуле-оң зарядталған бөлшектердің ағыны

• β сәуле- теріс зарядталған бөлшектердің ағыны

• γ сәуле- магнит өрісінде қабылданбайды

1911 жылы Резерфорд, жұқа алтын пленкасы арқылы бірнеше МэВ энергиясын α-бөлшектермен өтуін зерттегенде, атом оң зарядталған ядро мен оның айналасындағы электрондардан тұрады деген тұжырымға келді. Осы эксперименттерді талдаудан кейін, Резерфорд атом ядроларының шамамен 10^–14 — 10^–15 м мөлшері бар екенін көрсетті

Атомның ядролық моделі бойынша,атом-ауыр оң зарядталған ядродан тұрады және мың есе жеңіл қабықшасының электрондары арқылы қалыптасады. Электрондар ядроны айналып электр күштерінің жақын қашықтықта сақталады. Атомдар электрлік бейтарап болғандықтан,ядролық зарядын және химиялық қасиетін анықтайтын Z атом номері,элетронның сыртқы қабатының санына тең болады.

Алайда, классикалық физика тұрғысынан мұндай құрылымның тұрақты атомдарының болуын түсіндіре алмайды. Электродинамиканың заңдарына сәйкес,ядроны айналатын әрбір электрон,ядроға жақындаған сайын өз энериясын сәуле шығаруға жоғалтып,соңында ядроға құлауы керек.Сонымен бірге электрон жиілігі үздіксіз алмасып отыруы керек. Сол уықытта атом құрылымдар белгілі бір дискретті (1895 ж,Балмер тәж) және стационарлық сипатқа ие екені белгілі болды.

1913 Бор атомның ядролық моделін түсіндіруе болатын постулаттар ұсынды:

Бірінші постулат:атом ұзақ уақыт белілі бір стационарлық жағдайда болуы мүмкін,сол кезде ол энерия бөле алмайды;бұл жағдайлар белілі бір дискретті Е1, Е2, Е3...энергиясымен сипатталады.Атомның стационарлық жағдайына-электрондар қозғалатын орбиталар сәйкес келеді Бақылау нәтижелерінің келісімін алу үшін,Бор атомның стационарлық жағдайында электрон тек қана импульс моменті ,дискретті кванттық құндылықтарын қанағаттандыратын орбиталармен қозғалу керек екендігін және мына шарт орындалуын болжады: (n = 1, 2, 3…). Мұндағы - электрон массасы, - n орбитасындағы электрон жылдамдығы, -орбита радиусы, h-тұрақты Планка

Екініші постулат:электронның бір стационардан екінші стационарға өтуі кезінде бір фотонды энергия бөлінеді: Мұнда E_n –жоғарғы деңейдегі энергия, E_m –төменгі деңгейдегі энергия,  -сәулелену сызығының жиілігі.Жоғарғы деңгейден төменгі деңгейге өткенде энергия сәулеленеді. Төменгі деңгейден жоғарғы деңгейіге көшу фотонның электронды сіңіру арқылы ғана мүмкін.

1919 ж Резерфорд α-бөлшектерінің атқылауымен ядроның бөлінуін көріп,ядродан сутегі массасына тең оң зарядталған бөлшекер(+е) шыққанын анықтады.Ол бөлшектер протондар деп аталды

Протондардың ашылуынан кейін,ядро А протон мен А-Z элетроннан тұрады деген болжам болды.Бірақ бұл атом моделі тәжірибеге қарама қайшы келді.

Сондықтан, ядроның протон-электронды модельі негізсіз. 1932ж Дж. Чэдвик нейтронды ашты. Осы жылы Д.Д. Иваненко ядро протондармен нейтрондардан туратындығы жайында идея айтты. Содан соң бұл идеяны Гейзенберг дамытты.

Атомдық ядро қарапайым бөлшектерден- протондар мен нейтрондардан тұрады.

Протон (р) оң зарядталған, электрон зарядына тең, тыныштықтағы массасы т_р=1,672610^–27кг  1836 т_e, мұндағы т_e – электрон массасы. Нейтрон (n) — бейтарап бөлшек, тыныштық массасы т_п=1,674910^–27кг 1839 т_e. Протондар мен нейтрондарды нуклондар деп атайды ( лат. nucleus — ядро). Атомдық ядрода нуклондардың жалпы саны А массалық сан деп аталады.

Атомдық ядро Ze зарядымен сипатталады, мұндағы Z – ядроның заряд саны, ядродағы протон саны мен Менделеевтің элементтерінің Периодтық жүйесіндегі химиялық элементтердің реттік номерімен сәйкес келеді. Қазіргі таңда Менделеев кестесінің 107 элементі ядроның заряд саны бар, Z= 1 ден Z= 107-ге дейін.

Ядро нейтралды атом сияқты символмен белгіленеді: , мұндағы Х- химиялық элемент символы, Z атомдық номер ( ядродағы протон саны), А- массалық сан (ядродағы нуклон саны). Мысалы: гелий атомының ядросы, оттектің , темірдің , уранның .