პროტონები და ნეიტრონები

ჩვენს ირგვლივ ყველა ობიექტი შედგება მოლეკულებისგან, რომლებიც, თავის მხრივ, წარმოიქმნება ატომებისგან, ანუ ქიმიური ელემენტების უმცირესი ნაწილაკებისგან. მიუხედავად მათი უკიდურესად მცირე ზომისა, ატომები ძალიან რთული წარმონაქმნები, რომელიც მოიცავს ცენტრალურ მძიმე ბირთვს და ელექტრონების მსუბუქ გარსს, რომელთა რაოდენობა ჩვეულებრივ ტოლია მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში ელემენტის რიგითი რიცხვის. ატომის თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია ბირთვში. მას ასევე აქვს ძალიან რთული სტრუქტურა. მთავარი "აგური", საიდანაც ბირთვებია აგებული, არის პროტონები და ნეიტრონები.
პროტონი არის წყალბადის ატომის ბირთვი, ყველაზე მსუბუქი ქიმიური ელემენტი, რომელიც პირველ ადგილს იკავებს დ.ი.მენდელეევის ცხრილში და, ამის შესაბამისად, ელექტრონულ გარსში მხოლოდ ერთი ელექტრონი აქვს. თუ წყალბადის ატომს იონიზირებთ, ანუ ამოიღებთ მის ერთადერთ ელექტრონს, მაშინ დარჩება ბირთვი, რომელსაც გარსის არარსებობის გამო, შეიძლება ეწოდოს "შიშველი" ბირთვი და რომელიც იქნება მხოლოდ პროტონი (გან ბერძნული სიტყვა"პროტოსი" - პირველი).
პროტონი დადებითად დამუხტული ნაწილაკია და მისი მუხტი სიდიდით ზუსტად არის მუხტის ტოლიელექტრონი. პროტონის მასა გამოიხატება 1,6-10-24 გრამი ფიგურით. ეს ნიშნავს, რომ ათასი მილიონი პროტონის მასა 10 ათასჯერ ნაკლებია მილიგრამის ას მემილიონედზე. და მაინც ეს "ელემენტარული" ნაწილაკი მიეკუთვნება "მძიმის" კატეგორიას, რადგან მისი მასა 1836,6-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. პროტონის ზომები ასევე ძალიან მცირეა: მისი დიამეტრი 100 ათასჯერ ნაკლებია ატომის დიამეტრზე, რაც დაახლოებით სანტიმეტრის ას მემილიონედს შეადგენს. შედეგად, პროტონის მატერიის სიმკვრივე, მიუხედავად მისი უმნიშვნელო მასისა, უზარმაზარია. 1 მილიმეტრიანი კუბიკი რომ შეივსოს ამ ნაწილაკებით ისე, რომ მათ მთლიანად დაიკავონ მთელი მოცულობა, ერთმანეთს ეხებოდეს, მაშინ ასეთი კუბი იწონის 120 ათას ტონას! რა თქმა უნდა, რეალურად ასეთი ექსპერიმენტის ჩატარება შეუძლებელია. პროტონები, როგორც მსგავსი დამუხტული ნაწილაკები, იგერიებენ ერთმანეთს და საჭიროა კოლოსალური ძალებიმათ დასაახლოებლად. თუმცა, არის ვარსკვლავები, რომლებზეც არსებობს ხელსაყრელი პირობები პროტონების ერთმანეთთან შედარებით ახლოს მიახლოებისთვის. ეს ვარსკვლავები (მაგალითად, ვარსკვლავი ვან - მაანენი თევზების თანავარსკვლავედში) გამოირჩევიან მატერიის უკიდურესად მაღალი სიმკვრივით, თუმცა, რა თქმა უნდა, ეს მილიონჯერ ნაკლებია, ვიდრე ჩვენ განვიხილეთ კუბისაგან, რომელიც შედგება მხოლოდ. პროტონები.
ის ფაქტი, რომ შემადგენლობა ატომის ბირთვებიშეიცავს პროტონებს, დადასტურდა ინგლისელი ფიზიკოსის რეზერფორდის მიერ 1919 წელს ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგად. ამ ექსპერიმენტებში მან გამოიყენა სწრაფი ალფა ნაწილაკების ნაკადი (ანუ ჰელიუმის ატომების ბირთვები), რომელიც წარმოიქმნა C რადიუმის რადიოაქტიური დაშლის დროს. აზოტის ბირთვების ალფა ნაწილაკებით დაბომბვისას აღმოჩნდა, რომ ეს უკანასკნელი ასხივებდა რაიმე სახის სწრაფს. ნაწილაკები ერთდროული გამგზავრებით საწინააღმდეგო მიმართულებანელი მძიმე ნაწილაკები. ღრუბლის კამერაში ამ ფენომენის შესწავლისას აღმოჩნდა, რომ სწრაფი ნაწილაკები პროტონებია, ხოლო ნელი ნაწილაკები ჟანგბადის ბირთვები. აღმოჩნდა, რომ აზოტის ბირთვი, რომელიც იჭერს ერთ ალფა ნაწილაკს, გარდაიქმნება ჟანგბადის ბირთვად ერთი პროტონის გამოსხივებით. სხვა ელემენტების ატომების ბირთვების ალფა ნაწილაკებით დაბომბვამ დაადასტურა ამ ბირთვებშიც პროტონების არსებობა.
თუმცა, ბირთვები (წყალბადის ბირთვის გარდა) არ შეიძლება შედგებოდეს მხოლოდ პროტონებისგან. მართლაც, ჰელიუმის ატომის ბირთვს, რომელიც მეორე ადგილს იკავებს D.I. მენდელეევის ცხრილში, აქვს მუხტი ორი პროტონის მუხტის ტოლი და მისი მასა ოთხჯერ მეტია პროტონის მასაზე. ანალოგიურად, ჟანგბადის ბირთვის მუხტი უდრის პროტონის რვა მუხტს და ამ ბირთვის მასა თექვსმეტჯერ აღემატება პროტონის მასას. ამ შეუსაბამობის ახსნა ახალი „ელემენტარული“ ნაწილაკის – ე.წ. ნეიტრონის აღმოჩენის შემდეგ იქნა ნაპოვნი.
1930 წელს მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ როდესაც ალფა ნაწილაკები იბომბება გარკვეული ელემენტებით (ბერილიუმი, ბორი და სხვა), ჩნდება გამოსხივება დაუმუხტი ნაწილაკებიდან, რომელსაც შეუძლია შეაღწიოს ტყვიის შედარებით სქელ ფენაში (5 სანტიმეტრამდე). 1931 წელს ფრანგი ფიზიკოსებიირინე და ფრედერიკ ჟოლიო-კურიმ აღმოაჩინეს, რომ თუ ნივთიერება, რომლის მოლეკულები შეიცავს დიდი რიცხვიწყალბადის ატომები (მაგალითად, პარაფინი), შემდეგ პროტონები იწყებენ ფრენას მისგან.
შეიძლება კიდევ ერთხელ ვივარაუდოთ ღია გამოსხივებაშედგება ფოტონებისაგან. თუმცა, იმისთვის, რომ პარაფინიდან პროტონების ამოღება შეძლონ, ამ ფოტონებს უნდა ჰქონდეთ დაახლოებით 50 მილიონი ელექტრონ ვოლტის ენერგია. AT ბოლო შემთხვევაისინი შეაღწევენ ტყვიის ბევრად უფრო დიდ სისქეს, ვიდრე ექსპერიმენტულად იყო დაფიქსირებული (ფოტონმა 5 სანტიმეტრი ტყვიის გავლით, მხოლოდ 5 მილიონი ელექტრონ ვოლტის ენერგიაა საჭირო). წინააღმდეგობა, რომელიც წარმოიშვა, მოგვარდა ინგლისელი მეცნიერის ჩადვიკის მუშაობის შედეგად. მან აჩვენა, რომ პარაფინიდან გამოსხივებული პროტონები, ისევე როგორც სხვა ატომები უცნობი გამოსხივების გავლენის ქვეშ მყოფი ბირთვები, მოძრაობენ ისე, თითქოს ისინი ჩამოაგდეს არა ფოტონი, არამედ მძიმე ნაწილაკი, რომლის მასა დაახლოებით უდრის მასის მასას. პროტონი. ამგვარად, რიგი ფიზიკოსების ძალისხმევით დადგინდა დაუმუხტველი მძიმე ნაწილაკის, ნეიტრონის არსებობა. ნეიტრონის მასა 1839-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას, მაგრამ პროტონისგან (და ელექტრონისგან) განსხვავებით, მისი მუხტი არის ნული. ამიტომ ნეიტრონებს აქვთ ტყვიის სქელ ფენებში შეღწევის უნარი.
დაუმუხტავ ნაწილაკს შეუძლია ატომის შიგნით შეღწევა დამუხტული ნაწილაკებისგან (ელექტრონები და ბირთვები) მოგერიების ან მიზიდულობის გარეშე და მოქმედების დასაძლევად ენერგიის დახარჯვის გარეშე. ელექტრული ძალებიატომების იონიზაციისთვის. მაშასადამე, ნეიტრონის გზა, ნებისმიერ ნივთიერებაში, სხვა თანაბარ პირობებში, უფრო გრძელია, ვიდრე, მაგალითად, პროტონი. ნეიტრონის იონიზაციის უუნარობის გამო, მისი შემჩნევა ძალიან რთულია, რაც ამ ნაწილაკების შედარებით გვიან აღმოჩენის მიზეზი გახდა.
ნეიტრონის აღმოჩენამ შესაძლებელი გახადა იმის გაგება, თუ რატომ აღემატება ატომის ბირთვების წონა მათში შემავალი პროტონების წონას. საბჭოთა მეცნიერებმა დ.დ.ივანენკომ და ე.დ.გაპონმა წამოაყენეს ბირთვების პროტონ-ნეიტრონული სტრუქტურის იდეა, რომელიც ახლა საყოველთაოდ მიღებულია. ამ თვალსაზრისის მიხედვით, ორი პროტონის გარდა, ჰელიუმის ბირთვი შეიცავს კიდევ ორ ნეიტრონს და, შესაბამისად, მისი მუხტი არის ორი, ხოლო მისი მასა ოთხჯერ აღემატება პროტონის მასას (ან თითქმის ტოლია ნეიტრონის მასას). . ანალოგიურად, სხვა ბირთვებში, პროტონების გარდა, არის ნეიტრონები. ბირთვული დაშლის დროს, რომელიც გამოწვეულია, მაგალითად, სწრაფი ალფა ნაწილაკის ბირთვში შეჯახებით, ნეიტრონები შეიძლება გამოიყოფა. ეს პროცესი მხოლოდ ამ უკანასკნელის არსებობის პირველი მითითება იყო.
ნეიტრონი მუხტის გარეშე ადვილად შეუძლია შეაღწიოს არა მხოლოდ ატომში, არამედ ბირთვშიც კი. ნეიტრონის დარტყმა მძიმე ბირთვში რიგ შემთხვევებში იწვევს ამ უკანასკნელის განადგურებას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება მსუბუქი ბირთვები და გამოიყოფა ინტრაბირთვული ენერგიის ძალიან მნიშვნელოვანი რაოდენობა. ნეიტრონების თვისება ბირთვული დაშლის წარმოებისთვის გამოიყენება ატომური (უფრო სწორი იქნება თუ ვიტყვით - ბირთვული) ენერგიის მისაღებად.
ნეიტრონების დიდი შეღწევადი ძალა, ბირთვების განადგურების უნართან ერთად, განსაზღვრავს მათ საშიშ ზემოქმედებას ცოცხალ არსებებზე. საკმარისად მძლავრი ნეიტრონული ნაკადი, რომელიც შედის სხეულის შიდა ნაწილებში, ამოაქვს ბირთვებიდან სწრაფ პროტონებსა და სხვა დამუხტულ ნაწილაკებს, რომლებიც გზაზე შემხვედრი რთული ორგანული მოლეკულების ატომების იონიზაციით ხელს უწყობენ ამ უკანასკნელის დაშლას და ამით არღვევს მცენარის ან ცხოველის სიცოცხლეს. თუმცა, ნეიტრონების დესტრუქციული თვისებები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ადამიანების სასარგებლოდ. ბოლოს და ბოლოს, სწორედ ამ ნაწილაკების დახმარებით აღმოაჩინეს მეცნიერებმა ადრე მიუწვდომელი ინტრაბირთვული ენერგიის ბუნებრივი საწყობები: ბირთვების რღვევით ნეიტრონები ათავისუფლებენ ამ ენერგიას, რომელსაც ჩვენ უკვე ვიყენებთ საბჭოთა კავშირში მშვიდობიანი მიზნებისთვის. გარდა ამისა, ნეიტრონების მიერ დაბომბვის შემდეგ, ზოგიერთი ქიმიური ელემენტი გარდაიქმნება ხელოვნურ რადიოაქტიურ ნივთიერებებად, რომლებიც სულ უფრო და უფრო ფართოვდება მედიცინაში, ორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობის შესწავლისას ატომების მეთოდით, ტექნოლოგიაში და ა.შ.
ამჟამად, არსებობს მრავალი გზა ნეიტრონების მისაღებად, რომლებიც აუცილებელია გამტარებისთვის სხვადასხვა კვლევებიბირთვული ფიზიკის დარგში და რიგი პრაქტიკული აპლიკაციები. ამ მეთოდებს შორის უძველესია ეგრეთ წოდებული რადიუმ-ბერილიუმის წყაროს დამზადება. მინის ან ლითონის ჭურჭელი ივსება ბერილიუმის ფხვნილით, რომელიც შერეულია რადიუმის მარილით (მაგალითად, რადიუმის ბრომიდი). ზე რადიოაქტიური დაშლაალფა ნაწილაკები გამოფრინდებიან რადიუმის ბირთვებიდან, რომლებიც ბერილიუმის ბირთვებთან ურთიერთქმედებისას მათგან ნეიტრონებს ანადგურებენ. ეს უკანასკნელი მაღალი შეღწევადობის გამო თავისუფლად გადის ჭურჭლის კედლებში.
სპეციალური მოწყობილობების გამოგონების შემდეგ - ამაჩქარებლები (ციკლოტრონები, ფაზოტრონები, სინქროფაზოტრონები და სხვა), რომლებიც აცნობებენ დამუხტულ ნაწილაკებს. დიდი ენერგიები, შესაძლებელი გახდა ნეიტრონების ხელოვნურად მიღება. ამისათვის, დამუხტული მძიმე ნაწილაკების სხივი, რომელიც აჩქარებულია ციკლოტრონში ან სხვა მსგავს მანქანაში, ვთქვათ, დეიტერონებში (მძიმე წყალბადის ბირთვები), მიმართულია გარკვეული ნივთიერებისგან (მაგალითად, ლითიუმისგან) დამზადებული სამიზნისკენ. შედეგად, ნეიტრონები იშლება სამიზნე ატომების ბირთვებიდან. სამიზნის დაბომბვის „ჭურვების“ ენერგიის შეცვლით შესაძლებელია სხვადასხვა ენერგიის ნეიტრონების მიღება.
მძიმე დაუტენო ნაწილაკების კიდევ ერთი მძლავრი წყაროა ბირთვული რეაქტორები (ქვაბეები), რომლებშიც ხდება დაშლის ჯაჭვური რეაქციები. მძიმე ბირთვები. ეს წარმოქმნის დიდი რაოდენობით ნეიტრონებს, რომლებიც გამოდიან ქვაბიდან გარედან.
ნეიტრონები, ისევე როგორც სხვა „ელემენტარული“ ნაწილაკები (ელექტრონები, პროტონები), აქვთ ტალღის თვისებები. ნეიტრონული სხივი, ისევე როგორც სინათლის (ფოტონების ნაკადი) 3, განიცდის ანარეკლს, დიფრაქციას, პოლარიზაციას და ა.შ. ამიტომ, მძიმე დაუმუხტველი ნაწილაკები შეიძლება გამოყენებულ იქნას კრისტალების სტრუქტურის შესასწავლად (მათი ნეიტრონის სხივით გაბრწყინებით) ისევე, როგორც გამოიყენება რენტგენი. ნეიტრონების აღრიცხვაში გარკვეული სირთულეა, რადგან ისინი არ წარმოქმნიან იონიზაციას და, შესაბამისად, შეუძლებელია მათი გავლის შემჩნევა ღრუბლის კამერაში, მრიცხველში, იონიზაციის კამერაში და სხვა მოწყობილობებში, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება დამუხტული ნაწილაკების აღმოსაჩენად და დასათვლელად. ნეიტრონები არ ტოვებენ კვალს ფოტოგრაფიულ ემულსიებშიც. თუმცა, ნეიტრონების თვისება, გაანადგუროს ბირთვები, გამოიწვიოს ბირთვული რეაქციები, გვაძლევს ამ ნაწილაკების აღრიცხვის საშუალებას. ბორის ბირთვების შემცველი გაზი ემატება ჩვეულებრივ მრიცხველს ან იონიზაციის კამერას. ნეიტრონები ყოფენ ამ ბირთვებს და ალფა ნაწილაკები გაფრინდებიან, ქმნიან გამონადენს მრიცხველში ან იონიზაციის დენში პალატაში, რაც შესაძლებელს ხდის ნეიტრონული ნაკადის დაფიქსირებას. შესაძლებელია ფოტოგრაფიული ემულსიების გამოყენება, რომლებშიც შერეულია ლითიუმის ან ბარის მარილები ნეიტრონების გამოსავლენად. როდესაც ნეიტრონი ურტყამს რომელიმე ამ ელემენტის ატომის ბირთვს, ბირთვი იშლება სწრაფად დამუხტული ნაწილაკის გამოთავისუფლებით, რომლის კვალიც ჩანს ფოტოგრაფიულ ემულსიაში.

მიუხედავად იმისა, რომ პროტონებსა და ნეიტრონებს შორის მნიშვნელოვანი განსხვავებაა იმაში, რომ ამ უკანასკნელებს მუხტი არ აქვთ, სხვა მხრივ ისინი ძალიან ჰგვანან ერთმანეთს. ამ ნაწილაკების მასები თითქმის ზუსტად თანაბარია და მათი ქცევა ბირთვში (ბირთვული ძალების სიდიდე და ბუნება, რომლებიც მოქმედებენ პროტონებს შორის, ნეიტრონებს შორის და ორივეს შორის) ასევე დაახლოებით იგივეა. ფაქტია, რომ პროტონები, როგორც მსგავსი დამუხტული ნაწილაკები, უნდა მოიგერიონ ერთმანეთი ბირთვში. იმის გამო, რომ ბირთვები მაინც არსებობს სტაბილური წარმონაქმნების სახით, აშკარაა, რომ პროტონებს მათში აკავებს გარკვეული ძალები, რომლებიც აღემატება ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალებს. აღმოჩნდა, რომ ეს სპეციფიკური ბირთვული ძალები მოქმედებენ არა მხოლოდ პროტონებსა და ნეიტრონებს შორის, არამედ აკავშირებენ ორივე ამ ტიპის ნაწილაკებს ერთმანეთთან. ეს ნიშნავს, რომ ბირთვის პროტონები და ნეიტრონები ურთიერთქმედებენ გარკვეული გზით ერთმანეთთან (თუმცა ფიზიკური ბუნებაასეთი ურთიერთქმედება შორს არის გარკვევისგან). მეცნიერებმა ასევე დაადგინეს, რომ ორივე ნაწილაკი შეიძლება გადაიქცეს ერთმანეთში. ასე რომ, ბირთვში ნეიტრონი გარდაიქმნება პროტონად უარყოფითად დამუხტული ელექტრონის და კიდევ ერთი დაუმუხტი სინათლის ნაწილაკის, ნეიტრინოს გამოსხივებით (ნეიტრინოს მასა ელექტრონის მასის 1:400-ზე ნაკლებია). ასევე მიმდინარეობს სხვა პროცესი: ბირთვში პროტონი გადადის ნეიტრონში დადებითად დამუხტული ელექტრონის (პოზიტრონის) და ნეიტრინოს გამოთავისუფლებით. ყველა ამ ფენომენმა, რომელიც დაფიქსირდა ზოგიერთი რადიოაქტიური ბირთვის დაშლის დროს, მიიღო ერთი საერთო სახელიბეტა დაშლა.
ბეტა დაშლის თეორიის თვალსაზრისით, ნეიტრონი და პროტონი არაფრით განსხვავდება: ორივე კარგად გადაიქცევა ერთმანეთში. ამ მიზეზით, ორივე ნაწილაკს ხშირად უწოდებენ უბრალოდ ნუკლეონებს. მართალია, ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ თუ ბირთვში ყველა ნუკლეონი ერთნაირად იქცევა ბეტა დაშლის მიმართ, მაშინ თავისუფალ მდგომარეობაში, ბირთვის გარეთ, პროტონები და ნეიტრონები ვლინდება. სხვადასხვა თვისებები. თავად პროტონი არის სტაბილური, ან, როგორც ამბობენ, სტაბილური ნაწილაკი, ხოლო თავისუფალი ნეიტრონი სპონტანურად იშლება, ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 20 წუთია. ამავდროულად, ის იქცევა პროტონად და ასხივებს, როგორც ბირთვის შიგნით დაშლისას, ელექტრონს და ნეიტრინოს.
განსხვავება პროტონსა და ნეიტრონს შორის თავისუფალ მდგომარეობაში განპირობებულია მრავალი მიზეზის გამო. ერთ-ერთი მათგანია ის, რომ პროტონის ნეიტრონად გადაქცევისთვის საჭიროა მნიშვნელოვანი ენერგიის დახარჯვა (ნებისმიერ შემთხვევაში, 1,9 მილიონ ელექტრონ ვოლტზე მეტი). ვინაიდან თავისუფალ პროტონს არსად აქვს ამ ენერგიის სესხება, ის სტაბილური ნაწილაკია. რაც შეეხება ნეიტრონს, მას აქვს პროტონზე დიდი მასა და, შესაბამისად, დიდი მარაგიენერგია. ნეიტრონის პროტონად გარდაქმნის შედეგად გამოიყოფა დაახლოებით 800 000 ელექტრონ ვოლტი ენერგია. Ისე თავისუფალი ნეიტრონებიგანსხვავდება რადიოაქტიურობის თვისებით.
პროტონები, ნეიტრონები, ნეიტრინოები, ისევე როგორც ფოტონები და ელექტრონები, გვხვდება კოსმოსურ სხივებში. კერძოდ, პროტონები ქმნიან ეგრეთ წოდებულ პირველად კომპონენტს კოსმოსური გამოსხივება, ანუ ისინი დედამიწაზე ვარსკვლავთშორისი სივრციდან მოდიან. რა თქმა უნდა, ნეიტრონები, რომლებიც თავისუფალ მდგომარეობაში გადაიქცევიან პროტონებად, არ შეიძლება იმყოფებოდეს პირველად გამოსხივებაში. თუმცა, ისინი წარმოიქმნება ატმოსფეროში პირველადი პროტონების (და უფრო მძიმე ბირთვების) შეჯახების დროს აზოტის, ჟანგბადის და სხვა აირების ატომების ბირთვებთან. საჰაერო ჭურვიჩვენი პლანეტა. პროტონები კოსმოსური სხივებიფლობს კოლოსალურ ენერგიას და, შესაბამისად, შეუძლია, დადებითი მუხტის არსებობის მიუხედავად, ადვილად შეაღწიოს ატომების ბირთვებში. ნუკლეონების ასეთ გიგანტურ ენერგიასთან შეჯახებისას ხდება პროცესები, რომლებიც არ შეინიშნება დაბალი ენერგიის ნუკლეონების ურთიერთქმედებაში. მაგალითად, ასეთი შეჯახების დროს იბადება ახალი ნაწილაკები – სხვადასხვა მასის მეზონები.
ზემოთ აღწერილი ბირთვში ნუკლეონების ურთიერთქმედების ფაქტები საერთოდ არ ნიშნავს იმას, რომ ნეიტრონი შედგება პროტონისა და ელექტრონისაგან, ან პირიქით, რომ პროტონი შეიცავს ნეიტრონს და პოზიტრონს. ბეტა დაშლის არსი სწორედ იმაში მდგომარეობს, რომ ნეიტრონი გარდაიქმნება სამ სხვა ნაწილაკად (პროტონი, ელექტრონი, ნეიტრინო) ან პროტონი გადაიქცევა ნეიტრონად, პოზიტრონად და ნეიტრინოდ. ეს პროცესები ხდება ენერგიის, მასის, იმპულსის, მუხტის და ა.შ. კონსერვაციის კანონების მკაცრი დაცვით და დამაჯერებლად მოწმობს „ელემენტარული“ ნაწილაკების ცვალებადობასა და არსებობაზე. ღრმა კავშირიმათ შორის.

Პირველი თავი. სტაბილური ბირთვების თვისებები

ზემოთ უკვე ითქვა, რომ ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია ბირთვული ძალებით. თუ გავზომავთ ბირთვის მასას ატომური ერთეულებიმასა, მაშინ ის ახლოს უნდა იყოს პროტონის მასასთან გამრავლებული მთელ რიცხვზე, რომელსაც მასობრივი რიცხვი ეწოდება. თუ ბირთვის მუხტი და მასის რიცხვი, მაშინ ეს ნიშნავს, რომ ბირთვის შემადგენლობაში შედის პროტონები და ნეიტრონები. (ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობა ჩვეულებრივ აღინიშნება

ბირთვის ეს თვისებები აისახება სიმბოლურ აღნიშვნაში, რომელიც მოგვიანებით იქნება გამოყენებული სახით

სადაც X არის ელემენტის სახელი, რომლის ატომსაც ეკუთვნის ბირთვი (მაგალითად, ბირთვები: ჰელიუმი - , ჟანგბადი - , რკინა - ურანი

სტაბილური ბირთვების ძირითადი მახასიათებლებია: მუხტი, მასა, რადიუსი, მექანიკური და მაგნიტური მომენტები, სპექტრი. აღელვებული შტატები, პარიტეტი და ოთხპოლუსიანი მომენტი. რადიოაქტიური (არასტაბილური) ბირთვები დამატებით ხასიათდება მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობით, რადიოაქტიური გარდაქმნების ტიპით, გამოსხივებული ნაწილაკების ენერგიით და რიგი სხვა სპეციალური თვისებებით, რომლებიც ქვემოთ იქნება განხილული.

უპირველეს ყოვლისა, მოდით განვიხილოთ ბირთვის შემადგენელი ელემენტარული ნაწილაკების თვისებები: პროტონი და ნეიტრონი.

§ 1. პროტონისა და ნეიტრონის ძირითადი მახასიათებლები

წონა.ელექტრონის მასის ერთეულებში: პროტონის მასა არის ნეიტრონის მასა.

ატომური მასის ერთეულებში: პროტონული მასის ნეიტრონული მასა

AT ენერგეტიკული ერთეულებინეიტრონის პროტონის დასვენების მასა

Ელექტრული მუხტი. q არის პარამეტრი, რომელიც ახასიათებს ნაწილაკების ურთიერთქმედებას ელექტრული ველი, გამოიხატება ელექტრონის მუხტის ერთეულებში სადაც

ყველა ელემენტარული ნაწილაკებიატარებენ ელექტროენერგიის ტოლფას 0-ს ან პროტონის მუხტს. ნეიტრონის მუხტი ნულის ტოლია.

Დატრიალება.პროტონისა და ნეიტრონის სპინები თანაბარია.ორივე ნაწილაკი ფერმიონებია და ემორჩილებიან ფერმი-დირაკის სტატისტიკას და აქედან გამომდინარე პაულის პრინციპს.

მაგნიტური მომენტი.თუ ჩავანაცვლებთ ფორმულას (10), რომელიც განსაზღვრავს ელექტრონის მაგნიტურ მომენტს ელექტრონის მასის ნაცვლად, პროტონის მასას, მივიღებთ

რაოდენობას ბირთვული მაგნეტონი ეწოდება. ელექტრონის ანალოგიით შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ პროტონის სპინის მაგნიტური მომენტი ტოლია, თუმცა გამოცდილებამ აჩვენა, რომ პროტონის შინაგანი მაგნიტური მომენტი მეტია ბირთვულ მაგნიტონზე: თანამედროვე მონაცემებით.

გარდა ამისა, აღმოჩნდა, რომ დაუმუხტავ ნაწილაკს - ნეიტრონს ასევე აქვს მაგნიტური მომენტი, რომელიც განსხვავდება ნულიდან და ტოლია

ნეიტრონში მაგნიტური მომენტის არსებობა და ა.შ დიდი მნიშვნელობაპროტონის მაგნიტური მომენტი ეწინააღმდეგება ვარაუდებს ამ ნაწილაკების წერტილოვანი ბუნების შესახებ. მთელი რიგი ექსპერიმენტული მონაცემები მიღებული ბოლო წლები, მიუთითებს, რომ როგორც პროტონს, ასევე ნეიტრონს აქვთ რთული არაჰომოგენური სტრუქტურა. ამავდროულად, დადებითი მუხტი განლაგებულია ნეიტრონის ცენტრში, ხოლო პერიფერიაზე არის მისი სიდიდის ტოლი უარყოფითი მუხტი, რომელიც განაწილებულია ნაწილაკების მოცულობაში. მაგრამ ვინაიდან მაგნიტური მომენტი განისაზღვრება არა მხოლოდ დინების სიდიდით, არამედ მის მიერ დაფარული ფართობით, მათ მიერ შექმნილი მაგნიტური მომენტები არ იქნება ტოლი. ამიტომ, ნეიტრონს შეიძლება ჰქონდეს მაგნიტური მომენტიზოგადად ნეიტრალური რჩება.

ნუკლეონების ურთიერთ გარდაქმნები.ნეიტრონის მასა პროტონის მასაზე მეტია 0,14%-ით ანუ 2,5 ელექტრონული მასით.

თავისუფალ მდგომარეობაში ნეიტრონი იშლება პროტონად, ელექტრონად და ანტინეიტრინოდ: მისი სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა 17 წუთს უახლოვდება.

პროტონი არის სტაბილური ნაწილაკი. თუმცა, ბირთვის შიგნით ის შეიძლება გადაიქცეს ნეიტრონად; სადაც რეაქცია მიმდინარეობსსქემის მიხედვით

მარცხნივ და მარჯვნივ მდგომი ნაწილაკების მასების სხვაობა ანაზღაურდება პროტონისთვის ბირთვის სხვა ნუკლეონების მიერ გადაცემული ენერგიით.

პროტონსა და ნეიტრონს აქვთ იგივე სპინები, თითქმის იგივე მასები და შეუძლიათ ერთმანეთში გარდაქმნა. მოგვიანებით ნაჩვენები იქნება, რომ ბირთვული ძალები, რომლებიც მოქმედებენ ამ ნაწილაკებს შორის წყვილებში, ასევე იგივეა. ამიტომ მათ უწოდებენ საერთო სახელს - ნუკლეონს და ამბობენ, რომ ნუკლეონი შეიძლება იყოს ორ მდგომარეობაში: პროტონი და ნეიტრონი, რომლებიც განსხვავდებიან ელექტრომაგნიტურ ველთან მიმართებაში.

ნეიტრონები და პროტონები ურთიერთქმედებენ ბირთვული ძალების არსებობის გამო, რომლებიც არაელექტრული ხასიათისაა. ბირთვულ ძალებს მათი წარმოშობა მეზონების გაცვლას ევალება. თუ წარმოვადგენთ დამოკიდებულებას პოტენციური ენერგიაპროტონისა და დაბალი ენერგიის ნეიტრონის ურთიერთქმედება მათ შორის მანძილზე, მაშინ დაახლოებით მას ექნება გრაფიკის ფორმა, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 5a, ანუ მას აქვს პოტენციური ჭაბურღილის ფორმა.

ბრინჯი. სურ. 5. ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის დამოკიდებულება ნუკლეონებს შორის მანძილზე: a - ნეიტრონი-ნეიტრონი ან ნეიტრონი-პროტონის წყვილებისთვის; b - წყვილი პროტონისთვის - პროტონი

მოდით ვისაუბროთ იმაზე, თუ როგორ ვიპოვოთ პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები. ატომში არის სამი ტიპის ელემენტარული ნაწილაკები, თითოეულს აქვს საკუთარი ელემენტარული მუხტი, წონა.

ბირთვის სტრუქტურა

იმისათვის, რომ გავიგოთ, როგორ ვიპოვოთ პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები, წარმოიდგინეთ, რომ ეს არის ატომის ძირითადი ნაწილი. ბირთვის შიგნით არის პროტონები და ნეიტრონები, რომლებსაც ნუკლეონები უწოდებენ. ბირთვის შიგნით, ამ ნაწილაკებს შეუძლიათ გადავიდნენ ერთმანეთში.

მაგალითად, მასში პროტონების, ნეიტრონების და ელექტრონების საპოვნელად აუცილებელია მისი ცოდნა სერიული ნომერი. თუ გავითვალისწინებთ, რომ სწორედ ეს ელემენტია სათავეში პერიოდულ სისტემას, მაშინ მისი ბირთვი შეიცავს ერთ პროტონს.

ატომის ბირთვის დიამეტრი არის ატომის მთლიანი ზომის მეათასედი. იგი შეიცავს მთელი ატომის ძირითად ნაწილს. ბირთვის მასა ათასობითჯერ აღემატება ატომში არსებული ყველა ელექტრონის ჯამს.

ნაწილაკების დახასიათება

იფიქრეთ იმაზე, თუ როგორ უნდა იპოვოთ პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები ატომში და გაეცანით მათ მახასიათებლებს. პროტონი არის ის, რომელიც შეესაბამება წყალბადის ატომის ბირთვს. მისი მასა ელექტრონს 1836-ჯერ აღემატება. გამტარში გამავალი ელექტროენერგიის ერთეულის დასადგენად მოცემული რადიუსი, გამოყენება ელექტრული მუხტი.

თითოეულ ატომს აქვს გარკვეული რაოდენობის პროტონები თავის ბირთვში. Ეს არის მუდმივი მნიშვნელობა, ახასიათებს ქიმიურ და ფიზიკური თვისებებიამ ელემენტს.

როგორ მოვძებნოთ პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები ნახშირბადის ატომში? ამის სერიული ნომერი ქიმიური ელემენტი 6, ანუ ბირთვში ექვსი პროტონია. პლანეტარული სისტემის მიხედვით, ექვსი ელექტრონი მოძრაობს ბირთვის გარშემო ორბიტაზე. ნეიტრონების რაოდენობის დასადგენად ნახშირბადის მნიშვნელობიდან (12) გამოვაკლოთ პროტონების რაოდენობას (6), მივიღებთ ექვს ნეიტრონს.

რკინის ატომისთვის პროტონების რაოდენობა შეესაბამება 26-ს, ანუ ამ ელემენტს აქვს 26-ე სერიული ნომერი პერიოდულ სისტემაში.

ნეიტრონი ელექტრულია ნეიტრალური ნაწილაკი, არასტაბილურია თავისუფალ მდგომარეობაში. ნეიტრონს შეუძლია სპონტანურად გარდაიქმნას დადებითად დამუხტულ პროტონად, ხოლო ასხივებს ანტინეიტრინოს და ელექტრონს. შუა პერიოდიმისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი 12 წუთია. მასური რიცხვი არის პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობის ჯამი ატომის ბირთვში. შევეცადოთ გაერკვნენ, თუ როგორ ვიპოვოთ პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები იონში? თუ ატომი დროს ქიმიური ურთიერთქმედებასხვა ელემენტთან ერთად იძენს დადებითი ხარისხიდაჟანგვა, მასში პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობა არ იცვლება, მხოლოდ ელექტრონები მცირდება.

დასკვნა

არსებობდა რამდენიმე თეორია ატომის სტრუქტურასთან დაკავშირებით, მაგრამ არცერთი მათგანი არ იყო სიცოცხლისუნარიანი. რეზერფორდის მიერ შექმნილ ვერსიამდე არ არსებობდა დეტალური ახსნა ბირთვის შიგნით პროტონებისა და ნეიტრონების ადგილმდებარეობის შესახებ, ისევე როგორც ელექტრონების ბრუნვა წრიულ ორბიტებში. თეორიის გაჩენის შემდეგ პლანეტარული სტრუქტურაატომს, მკვლევარებს აქვთ შესაძლებლობა არა მხოლოდ დაადგინონ ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობა ატომში, არამედ წინასწარ განსაზღვრონ ფიზიკური და ქიმიური თვისებებისპეციფიკური ქიმიური ელემენტი.

რა არის ნეიტრონი? რა არის მისი სტრუქტურა, თვისებები და ფუნქციები? ნეიტრონები არის ყველაზე დიდი ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ატომებს, რომლებიც წარმოადგენენ ყველა მატერიის სამშენებლო ბლოკს.

ატომის სტრუქტურა

ნეიტრონები განლაგებულია ბირთვში - ატომის მკვრივ რეგიონში, რომელიც ასევე ივსება პროტონებით (დადებითად დამუხტული ნაწილაკებით). ეს ორი ელემენტი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული იმ ძალით, რომელსაც ბირთვული ეწოდება. ნეიტრონებს აქვთ ნეიტრალური მუხტი. პროტონის დადებითი მუხტი ასოცირდება უარყოფითი მუხტიელექტრონის შესაქმნელად ნეიტრალური ატომი. მიუხედავად იმისა, რომ ბირთვში არსებული ნეიტრონები არ ახდენენ გავლენას ატომის მუხტზე, მათ აქვთ მრავალი თვისება, რაც გავლენას ახდენს ატომზე, მათ შორის რადიოაქტიურობის დონეზე.

ნეიტრონები, იზოტოპები და რადიოაქტიურობა

ნაწილაკი, რომელიც ატომის ბირთვშია – ნეიტრონი 0,2%-ით დიდია პროტონზე. ისინი ერთად შეადგენენ ერთი და იგივე ელემენტის მთლიანი მასის 99,99%-ს სხვადასხვა რაოდენობითნეიტრონები. როდესაც მეცნიერები მიუთითებენ ატომურ მასაზე, ისინი გულისხმობენ საშუალო ატომურ მასას. მაგალითად, ნახშირბადს ჩვეულებრივ აქვს 6 ნეიტრონი და 6 პროტონი 12 ატომური მასით, მაგრამ ზოგჯერ ის გვხვდება 13 ატომური მასით (6 პროტონი და 7 ნეიტრონი). ნახშირბადი ატომური ნომრით 14 ასევე არსებობს, მაგრამ იშვიათია. Ისე, ატომური მასანახშირბადისთვის საშუალოდ არის 12.011.

როდესაც ატომებს აქვთ სხვადასხვა რაოდენობის ნეიტრონები, მათ იზოტოპებს უწოდებენ. მეცნიერებმა იპოვეს ამ ნაწილაკების ბირთვში დამატების გზები დიდი იზოტოპების შესაქმნელად. ახლა ნეიტრონების დამატება არ მოქმედებს ატომის მუხტზე, რადგან მათ არ აქვთ მუხტი. თუმცა, ისინი ზრდის ატომის რადიოაქტიურობას. ამან შეიძლება გამოიწვიოს ძალიან არასტაბილური ატომები, რომლებსაც შეუძლიათ გამონადენი მაღალი დონეებიენერგია.

რა არის ბირთვი?

ქიმიაში, ბირთვი არის ატომის დადებითად დამუხტული ცენტრი, რომელიც შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. სიტყვა "core" მომდინარეობს ლათინური ბირთვიდან, რომელიც არის სიტყვის ფორმა, რაც ნიშნავს "თხილს" ან "ბირთს". ტერმინი გამოიგონა 1844 წელს მაიკლ ფარადეის მიერ ატომის ცენტრის აღსაწერად. ბირთვის შესწავლაში ჩართულ მეცნიერებებს, მისი შემადგენლობისა და მახასიათებლების შესწავლას ე.წ ბირთვული ფიზიკადა ბირთვული ქიმია.

პროტონები და ნეიტრონები ერთმანეთთან იმართება ძლიერი ბირთვული ძალით. ელექტრონები იზიდავენ ბირთვს, მაგრამ მოძრაობენ ისე სწრაფად, რომ მათი ბრუნვა ხდება ატომის ცენტრიდან გარკვეულ მანძილზე. დადებითი ბირთვული მუხტი პროტონებისგან მოდის, მაგრამ რა არის ნეიტრონი? ეს არის ნაწილაკი, რომელსაც არ აქვს ელექტრული მუხტი. ატომის თითქმის მთელი წონა შეიცავს ბირთვს, რადგან პროტონებსა და ნეიტრონებს გაცილებით მეტი მასა აქვთ ვიდრე ელექტრონებს. ატომის ბირთვში პროტონების რაოდენობა განსაზღვრავს მის როგორც ელემენტს. ნეიტრონების რაოდენობა მიუთითებს ელემენტის რომელი იზოტოპია ატომი.

ატომის ბირთვის ზომა

ბირთვი გაცილებით მცირეა ვიდრე ატომის საერთო დიამეტრი, რადგან ელექტრონები შეიძლება უფრო შორს იყვნენ ცენტრიდან. წყალბადის ატომი 145000-ჯერ აღემატება მის ბირთვს, ხოლო ურანის ატომი 23000-ჯერ აღემატება მის ცენტრს. წყალბადის ბირთვი ყველაზე პატარაა, რადგან ის შედგება ერთი პროტონისგან.

პროტონებისა და ნეიტრონების მდებარეობა ბირთვში

პროტონი და ნეიტრონები ჩვეულებრივ გამოსახულია როგორც შეფუთული და თანაბრად განაწილებული სფეროებზე. თუმცა, ეს არის ფაქტობრივი სტრუქტურის გამარტივება. თითოეულ ნუკლეონს (პროტონს ან ნეიტრონს) შეუძლია დაიკავოს გარკვეული ენერგეტიკული დონე და მდებარეობის დიაპაზონი. მიუხედავად იმისა, რომ ბირთვი შეიძლება იყოს სფერული, ის ასევე შეიძლება იყოს მსხლის ფორმის, გლობულური ან დისკის ფორმის.

პროტონებისა და ნეიტრონების ბირთვები არის ბარიონები, რომლებიც შედგება უმცირესი კვარკებისგან. მიზიდულობის ძალას აქვს ძალიან მოკლე დიაპაზონი, ამიტომ პროტონები და ნეიტრონები ერთმანეთთან ძალიან ახლოს უნდა იყვნენ, რათა შეკრული იყვნენ. ეს ძლიერი მიზიდულობა გადალახავს დამუხტული პროტონების ბუნებრივ მოგერიებას.

პროტონი, ნეიტრონი და ელექტრონი

ძლიერი იმპულსი ისეთი მეცნიერების განვითარებაში, როგორიცაა ბირთვული ფიზიკა, იყო ნეიტრონის აღმოჩენა (1932). ამისათვის მადლობელი უნდა იყოთ ინგლისური ფიზიკარომელიც რეზერფორდის სტუდენტი იყო. რა არის ნეიტრონი? ეს არის არასტაბილური ნაწილაკი, რომელსაც თავისუფალ მდგომარეობაში სულ რაღაც 15 წუთში შეუძლია დაშალოს პროტონად, ელექტრონად და ნეიტრინოდ, ეგრეთ წოდებულ უმასო ნეიტრალურ ნაწილაკად.

ნაწილაკმა მიიღო სახელი იმის გამო, რომ მას არ აქვს ელექტრული მუხტი, ის ნეიტრალურია. ნეიტრონები ძალიან მკვრივია. იზოლირებულ მდგომარეობაში, ერთი ნეიტრონის მასა იქნება მხოლოდ 1,67·10 - 27, და თუ აიღებთ ჩაის კოვზს, რომელიც მკვრივია ნეიტრონებით, მაშინ მიღებული მატერიის ნაჭერი იწონის მილიონ ტონას.

ელემენტის ბირთვში პროტონების რაოდენობას ატომური რიცხვი ეწოდება. ეს რიცხვი თითოეულ ელემენტს აძლევს თავის უნიკალურ იდენტურობას. ზოგიერთი ელემენტის ატომებში, როგორიცაა ნახშირბადი, ბირთვებში პროტონების რაოდენობა ყოველთვის ერთნაირია, მაგრამ ნეიტრონების რაოდენობა შეიძლება განსხვავდებოდეს. მოცემული ელემენტის ატომს, რომელსაც აქვს გარკვეული რაოდენობის ნეიტრონები ბირთვში, იზოტოპი ეწოდება.

საშიშია თუ არა ცალკეული ნეიტრონები?

რა არის ნეიტრონი? ეს არის ნაწილაკი, რომელიც პროტონთან ერთად შედის, თუმცა ზოგჯერ ისინი შეიძლება არსებობდნენ დამოუკიდებლად. როდესაც ნეიტრონები არიან ატომების ბირთვების გარეთ, ისინი იძენენ პოტენციალს საშიში თვისებები. როდესაც ისინი მოძრაობენ დიდი სიჩქარით, ისინი წარმოქმნიან მომაკვდინებელ გამოსხივებას. ეგრეთ წოდებული ნეიტრონული ბომბები, რომლებიც ცნობილია ადამიანებისა და ცხოველების მოკვლის უნარით, ხოლო მინიმალური გავლენა აქვთ არაცოცხალ ფიზიკურ სტრუქტურებზე.

ნეიტრონები ძალიან მნიშვნელოვანი ნაწილიატომი. მაღალი სიმკვრივისეს ნაწილაკები, მათ სიჩქარესთან ერთად, აძლევს მათ არაჩვეულებრივ დესტრუქციული ძალადა ენერგია. შედეგად, მათ შეუძლიათ შეცვალონ ან თუნდაც გაანადგურონ ატომების ბირთვები, რომლებიც დარტყმას ახდენენ. მიუხედავად იმისა, რომ ნეიტრონს აქვს წმინდა ნეიტრალური ელექტრული მუხტი, იგი შედგება დამუხტული კომპონენტებისგან, რომლებიც ანადგურებენ ერთმანეთს მუხტის მიმართ.

ნეიტრონი ატომში არის პატარა ნაწილაკი. პროტონების მსგავსად, ისინი ზედმეტად პატარები არიან იმისთვის, რომ მათი დანახვაც კი არ მოხდეს ელექტრონული მიკროსკოპიმაგრამ ისინი იქ არიან, რადგან ეს არის ერთადერთი გზაატომების ქცევის ახსნა. ნეიტრონები ძალიან მნიშვნელოვანია ატომის სტაბილურობისთვის, მაგრამ მის გარეთ ატომური ცენტრიისინი დიდხანს ვერ იარსებებს და იშლება საშუალოდ მხოლოდ 885 წამში (დაახლოებით 15 წუთში).

ატომი არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელიც ინარჩუნებს მის ყველა ქიმიურ თვისებას. ატომი შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისა და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონებისგან. ნებისმიერი ქიმიური ელემენტის ბირთვული მუხტი უდრის პროდუქტს Z-დან e-მდე, სადაც Z არის მოცემული ელემენტის რიგითი ნომერი ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში, e არის ელემენტარული ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა.

ელექტრონი- ეს ყველაზე პატარა ნაწილაკიუარყოფითი ელექტრული მუხტის მქონე ნივთიერებები e=1,6·10 -19 კულონი, აღებული ელემენტარული ელექტრული მუხტით. ბირთვის ირგვლივ მოძრავი ელექტრონები განლაგებულია ელექტრონულ გარსებზე K, L, M და ა.შ. K არის ბირთვთან ყველაზე ახლოს მდებარე გარსი. ატომის ზომა განისაზღვრება მისი ელექტრონული გარსის ზომით. ატომს შეუძლია დაკარგოს ელექტრონები და გახდეს დადებითი იონიან მოიპოვოს ელექტრონები და გახდეს უარყოფითი იონი. იონის მუხტი განსაზღვრავს დაკარგული ან მიღებული ელექტრონების რაოდენობას. ნეიტრალური ატომის დამუხტულ იონად გადაქცევის პროცესს იონიზაცია ეწოდება.

ატომის ბირთვი (ცენტრალური ნაწილიატომი) შედგება ელემენტარულისაგან ბირთვული ნაწილაკები- პროტონები და ნეიტრონები. ბირთვის რადიუსი არის დაახლოებით ასი ათასი ჯერ რადიუსზე ნაკლებიატომი. ატომის ბირთვის სიმკვრივე უკიდურესად მაღალია. პროტონები- ეს არის სტაბილური ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებსაც აქვთ ერთეული დადებითი ელექტრული მუხტი და მასა 1836-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. პროტონი არის ყველაზე მსუბუქი ელემენტის, წყალბადის ბირთვი. პროტონების რაოდენობა ბირთვში არის Z. ნეიტრონიარის ნეიტრალური (ელექტრული მუხტის გარეშე) ელემენტარული ნაწილაკი, რომლის მასა ძალიან ახლოს არის პროტონის მასასთან. ვინაიდან ბირთვის მასა არის პროტონებისა და ნეიტრონების მასის ჯამი, ატომის ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა A - Z, სადაც A არის მოცემული იზოტოპის მასური რიცხვი (იხ.). პროტონს და ნეიტრონს, რომლებიც ქმნიან ბირთვს, ეწოდება ნუკლეონები. ბირთვში ნუკლეონები შეკრულია სპეციალური ბირთვული ძალებით.

ატომის ბირთვი შეიცავს უზარმაზარ რაოდენობას ენერგიას, რომელიც გამოიყოფა მაშინ ბირთვული რეაქციები. ბირთვული რეაქციები ხდება, როდესაც ატომური ბირთვები ურთიერთქმედებენ ელემენტარულ ნაწილაკებთან ან სხვა ელემენტების ბირთვებთან. ბირთვული რეაქციების შედეგად წარმოიქმნება ახალი ბირთვები. მაგალითად, ნეიტრონს შეუძლია პროტონად გარდაქმნა. ამ შემთხვევაში, ბეტა ნაწილაკი, ანუ ელექტრონი, გამოიდევნება ბირთვიდან.

პროტონის ბირთვში ნეიტრონში გადასვლა შეიძლება განხორციელდეს ორი გზით: ან მასის მქონე ნაწილაკი გამოიყოფა ბირთვიდან, მასის ტოლიელექტრონი, მაგრამ დადებითი მუხტი, რომელსაც ეწოდება პოზიტრონი (პოზიტრონის დაშლა), ან ბირთვი იჭერს ერთ-ერთ ელექტრონს მასთან ყველაზე ახლოს K- გარსიდან (K-დაჭერა).

ზოგჯერ წარმოქმნილ ბირთვს აქვს ენერგიის ჭარბი რაოდენობა (ის არის აღგზნებულ მდგომარეობაში) და გადაიქცევა ნორმალური მდგომარეობა, გამოყოფს ზედმეტ ენერგიას ფორმაში ელექტრომაგნიტური რადიაციაძალიან მოკლე ტალღის სიგრძით. ბირთვული რეაქციების დროს გამოთავისუფლებული ენერგია პრაქტიკულად გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიებიინდუსტრია.

ატომი (ბერძნ. atomos - განუყოფელი) არის ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელსაც აქვს თავისი ქიმიური თვისებები. ყველა ელემენტი შედგება ატომებისგან გარკვეული სახის. ატომის სტრუქტურა მოიცავს ბირთვს, რომელსაც აქვს დადებითი ელექტრული მუხტი და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები (იხ.), რომლებიც ქმნიან მის ელექტრონულ გარსებს. ბირთვის ელექტრული მუხტის მნიშვნელობა უდრის Z-e, სადაც e არის ელემენტარული ელექტრული მუხტი, სიდიდით უდრის ელექტრონის მუხტს (4.8 10 -10 e.-st. ერთეული), ხოლო Z არის ატომური რიცხვი. ამ ელემენტის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ სისტემაში (იხ.). ვინაიდან არაიონიზირებული ატომი ნეიტრალურია, მასში შემავალი ელექტრონების რაოდენობაც უდრის Z-ს. ბირთვის შემადგენლობაში (იხ. ატომური ბირთვი) შედის ნუკლეონები, ელემენტარული ნაწილაკები, რომელთა მასა დაახლოებით 1840-ჯერ აღემატება. უფრო დიდი მასაელექტრონი (ტოლია 9,1 10 -28 გ), პროტონები (იხ.), დადებითად დამუხტული და უბრალო ნეიტრონები (იხ.). ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობას მასური რიცხვი ეწოდება და აღინიშნება ასო A. ბირთვში პროტონების რაოდენობა Z-ის ტოლია, განსაზღვრავს ატომში შემავალი ელექტრონების რაოდენობას, სტრუქტურას. ელექტრონული ჭურვებიდა ატომის ქიმიური თვისებები. ბირთვში ნეიტრონების რაოდენობაა A-Z. იზოტოპებს უწოდებენ ერთი და იმავე ელემენტის ჯიშებს, რომელთა ატომები განსხვავდებიან ერთმანეთისგან A მასის რიცხვით, მაგრამ აქვთ იგივე Z. ამრიგად, ერთი ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპის ატომების ბირთვებში არის სხვადასხვა ნომერინეიტრონები ზე იგივე ნომერიპროტონები. იზოტოპების აღნიშვნისას ელემენტის სიმბოლოს ზედა ნაწილში იწერება მასის რიცხვი A, ხოლო ბოლოში ატომური რიცხვი; მაგალითად, ჟანგბადის იზოტოპები აღინიშნება:

ატომის ზომები განისაზღვრება ელექტრონული გარსების ზომებით და ყველა Z არის დაახლოებით 10 -8 სმ. ვინაიდან ატომის ყველა ელექტრონის მასა რამდენიმე ათასჯერ ნაკლებია ბირთვის მასაზე, მასა ატომი პროპორციულია მასობრივი რიცხვი. შედარებითი მასამოცემული იზოტოპის ატომი განისაზღვრება C 12 ნახშირბადის იზოტოპის ატომის მასასთან მიმართებაში, რომელიც აღებულია 12 ერთეულით და ეწოდება იზოტოპური მასა. გამოდის, რომ ახლოსაა შესაბამისი იზოტოპის მასურ რიცხვთან. ქიმიური ელემენტის ატომის ფარდობითი წონა არის იზოტოპური წონის საშუალო (მოცემული ელემენტის იზოტოპების შედარებითი სიმრავლის გათვალისწინებით) ღირებულება და ეწოდება ატომური წონა (მასა).

ატომი არის მიკროსკოპული სისტემა და მისი სტრუქტურა და თვისებები შეიძლება აიხსნას მხოლოდ კვანტური თეორიის დახმარებით, რომელიც შეიქმნა ძირითადად მე-20 საუკუნის 20-იან წლებში და გამიზნულია ატომური მასშტაბის ფენომენების აღწერისთვის. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ მიკრონაწილაკებს - ელექტრონებს, პროტონებს, ატომებს და ა.შ. - გარდა კორპუსკულურისა, აქვთ ტალღური თვისებები, რომლებიც ვლინდება დიფრაქციით და ინტერფერენციით. კვანტურ თეორიაში მიკრო-ობიექტების მდგომარეობის აღსაწერად გამოიყენება გარკვეული ტალღის ველი, რომელსაც ახასიათებს ტალღის ფუნქცია (Ψ-ფუნქცია). ეს ფუნქცია განსაზღვრავს მიკროობიექტის შესაძლო მდგომარეობის ალბათობას, ანუ ახასიათებს მისი ამა თუ იმ თვისების გამოვლენის პოტენციურ შესაძლებლობებს. ფუნქციის Ψ ფუნქციის ცვალებადობის კანონი სივრცესა და დროში (შროდინგერის განტოლება), რომელიც შესაძლებელს ხდის ამ ფუნქციის პოვნას, კვანტურ თეორიაში იგივე როლს ასრულებს. კლასიკური მექანიკანიუტონის მოძრაობის კანონები. შროდინგერის განტოლების ამოხსნა ხშირ შემთხვევაში იწვევს დისკრეტულს შესაძლო სახელმწიფოებისისტემები. ასე, მაგალითად, ატომის შემთხვევაში, სერია ტალღის ფუნქციებისხვადასხვა (კვანტიზებული) ენერგიის მნიშვნელობების შესაბამისი ელექტრონებისთვის. კვანტური თეორიის მეთოდებით გამოთვლილმა ატომის ენერგეტიკული დონეების სისტემამ ბრწყინვალე დადასტურება მიიღო სპექტროსკოპიაში. ატომის გადასვლა ძირითადი მდგომარეობიდან, რომელიც შეესაბამება ყველაზე დაბალს ენერგიის დონე E 0, ნებისმიერ აღგზნებულ მდგომარეობაში E i ხდება მაშინ, როდესაც ენერგიის გარკვეული ნაწილი შეიწოვება E i - E 0. აღგზნებული ატომი გადადის ნაკლებად აღგზნებულ ან ძირითად მდგომარეობაში, ჩვეულებრივ, ფოტონის ემისიით. ამ შემთხვევაში ფოტონის ენერგია hv უდრის განსხვავებას ატომის ენერგიებს შორის ორ მდგომარეობაში: hv= E i - E k სადაც h არის პლანკის მუდმივი (6.62·10 -27 erg·sec), v არის სიხშირე. სინათლის.

ატომური სპექტრის გარდა, კვანტური თეორიანებადართულია ატომების სხვა თვისებების ახსნა. კერძოდ, ვალენტობა, ბუნება ქიმიური ბმადა მოლეკულების სტრუქტურა, შეიქმნა თეორია პერიოდული სისტემაელემენტები.