§1 მუხტი და მასა, ატომის ბირთვები

ბირთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი მუხტი და მასა. მ.

ზ- ბირთვის მუხტი განისაზღვრება ბირთვში კონცენტრირებული დადებითი ელემენტარული მუხტების რაოდენობით. დადებითი ელემენტარული მუხტის მატარებელი რ= 1,6021 10 -19 C ბირთვში არის პროტონი. ატომი მთლიანობაში ნეიტრალურია და ბირთვის მუხტი ერთდროულად განსაზღვრავს ატომში ელექტრონების რაოდენობას. ატომში ელექტრონების განაწილება ენერგეტიკულ გარსებსა და ქვეშელებზე არსებითად დამოკიდებულია ატომში მათ საერთო რაოდენობაზე. ამრიგად, ბირთვის მუხტი დიდწილად განსაზღვრავს ელექტრონების განაწილებას მათ მდგომარეობებზე ატომში და ელემენტის პოზიციას მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში. ბირთვული მუხტი არისქმე = ზ· ე, სად ზ- ბირთვის მუხტის რიცხვი, მენდელეევის სისტემის ელემენტის რიგითი რიცხვის ტოლი.

ატომის ბირთვის მასა პრაქტიკულად ემთხვევა ატომის მასას, რადგან ყველა ატომის ელექტრონების მასა, წყალბადის გარდა, არის დაახლოებით 2,5 10 -4 ატომის მასა. ატომების მასა გამოიხატება ატომური მასის ერთეულებში (a.m.u.). ამისთვის a.u.m. მიღებული ნახშირბადის ატომის 1/12 მასა.

1 ამუ \u003d 1.6605655 (86) 10 -27 კგ.

მმე = მ ა -ზ მე.

იზოტოპები არის მოცემული ქიმიური ელემენტის ატომების ჯიშები, რომლებსაც აქვთ იგივე მუხტი, მაგრამ განსხვავდებიან მასით.

ატომურ მასასთან ყველაზე ახლოს მყოფი მთელი რიცხვი, გამოხატული a.u.მ . დაურეკა მასის ნომერსმ და აღინიშნება ასოთი მაგრამ. ქიმიური ელემენტის აღნიშვნა: მაგრამ- მასის ნომერი, X - ქიმიური ელემენტის სიმბოლო,ზ- დატენვის ნომერი - სერიული ნომერი პერიოდულ სისტემაში ():

ბერილიუმი; იზოტოპები: , ", .

ძირითადი რადიუსი:

სადაც A არის მასის რიცხვი.

§2 ბირთვის შემადგენლობა

წყალბადის ატომის ბირთვიდაურეკა პროტონი

მპროტონი= 1.00783 ამუ , .

წყალბადის ატომის დიაგრამა

1932 წელს აღმოაჩინეს ნაწილაკი, სახელად ნეიტრონი, რომელსაც აქვს პროტონის მასა.მნეიტრონი= 1.00867 ა.მ.) და არ აქვს ელექტრული მუხტი. შემდეგ დ.დ. ივანენკომ ჩამოაყალიბა ჰიპოთეზა ბირთვის პროტონ-ნეიტრონის სტრუქტურის შესახებ: ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან და მათი ჯამი უდრის მასურ რიცხვს. მაგრამ. 3 რიგითი ნომერიზგანსაზღვრავს პროტონების რაოდენობას ბირთვში, ნეიტრონების რაოდენობასნ \u003d A - Z.

ელემენტარული ნაწილაკები - პროტონები და ნეიტრონები შედიანბირთვში, ისინი ერთობლივად ცნობილია როგორც ნუკლეონები. ბირთვების ნუკლეონები მდგომარეობებშია, მნიშვნელოვნად განსხვავდება მათი თავისუფალი სახელმწიფოებისგან. ნუკლეონებს შორის არის განსაკუთრებულიმე დე რ ახალი ურთიერთქმედება. ისინი ამბობენ, რომ ნუკლეონი შეიძლება იყოს ორ „მუხტულ მდგომარეობაში“ – პროტონულ მდგომარეობაში მუხტით+ ე, და ნეიტრონი მუხტით 0.

§3 ბირთვის შებოჭვის ენერგია. მასობრივი დეფექტი. ბირთვული ძალები

ბირთვული ნაწილაკები - პროტონები და ნეიტრონები - მყარად იკავებენ ბირთვს, ამიტომ მათ შორის მოქმედებს ძალიან დიდი მიმზიდველი ძალები, რომლებსაც შეუძლიათ გაუძლოს უზარმაზარ მომგებიან ძალებს მსგავსი დამუხტული პროტონებს შორის. ამ სპეციალურ ძალებს, რომლებიც წარმოიქმნება ნუკლეონებს შორის მცირე მანძილზე, ბირთვული ძალები ეწოდება. ბირთვული ძალები არ არის ელექტროსტატიკური (კულონი).

ბირთვის შესწავლამ აჩვენა, რომ ბირთვულ ძალებს, რომლებიც მოქმედებენ ნუკლეონებს შორის, აქვთ შემდეგი მახასიათებლები:

ა) ეს არის მოკლე დისტანციური ძალები - ვლინდება 10 -15 მ რიგის დისტანციებზე და მკვეთრად მცირდება მანძილის უმნიშვნელო მატებითაც კი;

ბ) ბირთვული ძალები არ არის დამოკიდებული იმაზე, აქვს თუ არა ნაწილაკს (ნუკლეონს) მუხტი - ბირთვული ძალების მუხტის დამოუკიდებლობა. ბირთვული ძალები, რომლებიც მოქმედებენ ნეიტრონსა და პროტონს შორის, ორ ნეიტრონს შორის, ორ პროტონს შორის, ტოლია. პროტონი და ნეიტრონი ბირთვულ ძალებთან მიმართებაში იგივეა.

შებოჭვის ენერგია არის ატომის ბირთვის სტაბილურობის საზომი. ბირთვის შებოჭვის ენერგია უდრის სამუშაოს, რომელიც უნდა გაკეთდეს ბირთვის დაყოფისთვის მის შემადგენელ ნუკლეონებად მათ კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

M I< Σ( მ გვ + m n)

მე - ბირთვის მასა

ბირთვების მასების გაზომვა აჩვენებს, რომ ბირთვის დანარჩენი მასა ნაკლებია მისი შემადგენელი ნუკლეონების დანარჩენი მასების ჯამზე.

ღირებულება

ემსახურება როგორც შემაკავშირებელ ენერგიას და მას მასის დეფექტს უწოდებენ.

აინშტაინის განტოლება სპეციალურ ფარდობითობაში აკავშირებს ნაწილაკების ენერგიასა და დასვენების მასას.

ზოგად შემთხვევაში, ბირთვის შებოჭვის ენერგია შეიძლება გამოითვალოს ფორმულით

სადაც ზ - მუხტის ნომერი (პროტონების რაოდენობა ბირთვში);

მაგრამ- მასობრივი რიცხვი (ბირთვში ნუკლეონების საერთო რაოდენობა);

მ გვ, , მ ნ და მ ი- პროტონის, ნეიტრონისა და ბირთვის მასა

მასის დეფექტი (Δ მ) უდრის 1 a.u. მ (a.m.u. - ატომური მასის ერთეული) შეესაბამება შებოჭვის ენერგიას (E St) ტოლია 1 a.u.e. (a.u.e. - ენერგიის ატომური ერთეული) და უდრის 1a.u.m. s 2 = 931 MeV.

§ 4 ბირთვული რეაქციები

ბირთვების ცვლილებებს ცალკეულ ნაწილაკებთან და ერთმანეთთან ურთიერთქმედების დროს ჩვეულებრივ ბირთვულ რეაქციებს უწოდებენ.

არსებობს შემდეგი, ყველაზე გავრცელებული ბირთვული რეაქციები.

1. ტრანსფორმაციის რეაქცია . ამ შემთხვევაში, შემხვედრი ნაწილაკი რჩება ბირთვში, მაგრამ შუალედური ბირთვი ასხივებს სხვა ნაწილაკს, ამიტომ პროდუქტის ბირთვი განსხვავდება სამიზნე ბირთვისგან.

1. რადიაციული დაჭერის რეაქცია . ინციდენტი ნაწილაკი იჭედება ბირთვში, მაგრამ აღგზნებული ბირთვი ასხივებს ზედმეტ ენერგიას, ასხივებს γ-ფოტონს (გამოიყენება ბირთვული რეაქტორების მუშაობაში)

კადმიუმის მიერ ნეიტრონის დაჭერის რეაქციის მაგალითი

ან ფოსფორი

1. გაფანტვა. შუალედური ბირთვი ასხივებს იდენტურ ნაწილაკს

გაფრენილთან და ეს შეიძლება იყოს:

ელასტიური გაფანტვა ნეიტრონები ნახშირბადით (გამოიყენება რეაქტორებში ზომიერი ნეიტრონების ჩათვლით):

არაელასტიური გაფანტვა :

1. დაშლის რეაქცია. ეს არის რეაქცია, რომელიც ყოველთვის მიმდინარეობს ენერგიის განთავისუფლებით. ეს არის ბირთვული ენერგიის ტექნიკური წარმოებისა და გამოყენების საფუძველი. დაშლის რეაქციის დროს შუალედური ნაერთის ბირთვის აგზნება იმდენად დიდია, რომ იგი იყოფა ორ, დაახლოებით თანაბარ ფრაგმენტად, რამდენიმე ნეიტრონის გამოთავისუფლებით.

თუ აღგზნების ენერგია დაბალია, მაშინ ბირთვის გამოყოფა არ ხდება და ბირთვი, რომელმაც დაკარგა ზედმეტი ენერგია γ - ფოტონის ან ნეიტრონის გამოსხივებით, დაუბრუნდება თავის ნორმალურ მდგომარეობას (ნახ. 1). მაგრამ თუ ნეიტრონის მიერ შემოტანილი ენერგია დიდია, მაშინ აღგზნებული ბირთვი იწყებს დეფორმაციას, მასში წარმოიქმნება შეკუმშვა და შედეგად ის იყოფა ორ ფრაგმენტად, რომლებიც შორდებიან უზარმაზარი სიჩქარით, ხოლო ორი ნეიტრონი გამოიყოფა.
(ნახ. 2).

Ჯაჭვური რეაქცია- თვითგანვითარებადი დაშლის რეაქცია. მისი განსახორციელებლად აუცილებელია, რომ ერთი დაშლის დროს წარმოქმნილი მეორადი ნეიტრონებიდან ერთმა მაინც შეიძლება გამოიწვიოს შემდეგი დაშლის მოვლენა: (რადგან ზოგიერთ ნეიტრონს შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს დაჭერის რეაქციებში დაშლის გამოწვევის გარეშე). რაოდენობრივად გამოიხატება ჯაჭვური რეაქციის არსებობის პირობა გამრავლების ფაქტორი

კ < 1 - цепная реакция невозможна, კ = 1 (მ = მკრ ) - ჯაჭვური რეაქციები ნეიტრონების მუდმივი რაოდენობით (ატომურ რეაქტორში),კ > 1 (მ > მკრ ) არის ბირთვული ბომბები.

რადიოაქტიურობა

§1 ბუნებრივი რადიოაქტიურობა

რადიოაქტიურობა არის ერთი ელემენტის არასტაბილური ბირთვების სპონტანური ტრანსფორმაცია მეორე ელემენტის ბირთვებად. ბუნებრივი რადიოაქტიურობაბუნებაში არსებულ არასტაბილურ იზოტოპებში დაფიქსირებულ რადიოაქტიურობას უწოდებენ. ხელოვნურ რადიოაქტიურობას ეწოდება ბირთვული რეაქციების შედეგად მიღებული იზოტოპების რადიოაქტიურობა.

რადიოაქტიურობის სახეები:

1. α-დაშლა.

ორი პროტონის და ორი ნეიტრონის ერთმანეთთან დაკავშირებული α-სისტემის ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის ბირთვების მიერ ემისია (a-ნაწილაკი - ჰელიუმის ატომის ბირთვი)

α-დაშლა თანდაყოლილია მძიმე ბირთვებში მაგრამ> 200 დაზ > 82. ნივთიერებაში გადაადგილებისას α-ნაწილაკები გზაზე წარმოქმნიან ატომების ძლიერ იონიზაციას (იონიზაცია არის ელექტრონების გამოყოფა ატომიდან), მათზე მოქმედებენ თავიანთი ელექტრული ველით. მანძილი, რომელზეც α-ნაწილაკი დაფრინავს მატერიაში, სანამ ის მთლიანად არ გაჩერდება, ეწოდება ნაწილაკების დიაპაზონიან შეღწევადი ძალა(აღნიშნარ, [R] = m, სმ). . ნორმალურ პირობებში წარმოიქმნება α-ნაწილაკი in ჰაერი 30000 წყვილი იონი 1 სმ გზაზე. სპეციფიკური იონიზაცია არის იონების წყვილი, რომლებიც წარმოიქმნება ბილიკის სიგრძის 1 სმ-ზე. α-ნაწილაკს აქვს ძლიერი ბიოლოგიური ეფექტი.

ცვლის წესი ალფა დაშლისთვის:

2. β-დაშლა.

ა) ელექტრონული (β -): ბირთვი ასხივებს ელექტრონს და ელექტრონულ ანტინეიტრინოს

ბ) პოზიტრონი (β +): ბირთვი ასხივებს პოზიტრონს და ნეიტრინოს

ეს პროცესები ხდება ერთი ტიპის ნუკლეონის ბირთვად მეორეში გადაქცევით: ნეიტრონი პროტონად ან პროტონი ნეიტრონად.

ბირთვში არ არის ელექტრონები, ისინი წარმოიქმნება ნუკლეონების ურთიერთ გარდაქმნის შედეგად.

პოზიტრონი - ნაწილაკი, რომელიც განსხვავდება ელექტრონისაგან მხოლოდ მუხტის ნიშნით (+e = 1,6 10 -19 C)

ექსპერიმენტიდან გამომდინარეობს, რომ β - დაშლის დროს იზოტოპები კარგავენ იგივე რაოდენობის ენერგიას. ამიტომ, ენერგიის შენარჩუნების კანონის საფუძველზე, ვ. პაულიმ იწინასწარმეტყველა, რომ სხვა მსუბუქი ნაწილაკი, რომელსაც ანტინეიტრინო ეწოდება, გამოიდევნება. ანტინეიტრინოს არ აქვს მუხტი და მასა. მატერიაში გავლისას β-ნაწილაკების მიერ ენერგიის დაკარგვა ძირითადად გამოწვეულია იონიზაციის პროცესებით. ენერგიის ნაწილი იკარგება რენტგენის სხივებში შთამნთქმელი ნივთიერების ბირთვების მიერ β- ნაწილაკების შენელებისას. ვინაიდან β-ნაწილაკებს აქვთ მცირე მასა, ერთეული მუხტი და ძალიან მაღალი სიჩქარე, მათი მაიონებელი უნარი მცირეა (100-ჯერ ნაკლებია, ვიდრე α-ნაწილაკების), შესაბამისად, β- ნაწილაკების შეღწევის ძალა (გარბენი) მნიშვნელოვნად აღემატება. α-ნაწილაკები.

Rβ ჰაერი = 200 მ, Rβ Pb ≈ 3 მმ

β - - დაშლა ხდება ბუნებრივ და ხელოვნურ რადიოაქტიურ ბირთვებში. β + - მხოლოდ ხელოვნური რადიოაქტიურობით.

გადაადგილების წესი β - - დაშლისთვის:

გ) K - დაჭერა (ელექტრონული დაჭერა) - ბირთვი შთანთქავს ერთ-ერთ ელექტრონს, რომელიც მდებარეობს K გარსზე (ნაკლებად ხშირად.ლან მ) მისი ატომის, რის შედეგადაც ერთ-ერთი პროტონი გადაიქცევა ნეიტრონად, ხოლო ნეიტრინოს ასხივებს

სქემა K - გადაღება:

დატყვევებული ელექტრონის მიერ გამოთავისუფლებული სივრცე ელექტრონულ გარსში ივსება ზედმეტად დაფარული ფენების ელექტრონებით, რის შედეგადაც წარმოიქმნება რენტგენის სხივები.

• γ-სხივები.

ჩვეულებრივ, ყველა სახის რადიოაქტიურობას თან ახლავს γ-სხივების გამოსხივება. γ-სხივები არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელსაც აქვს ტალღის სიგრძე ანგსტრომის ერთი მეასედი λ’=~ 1-0,01 Å=10 -10 -10 -12 მ. γ-სხივების ენერგია მილიონ eV-ს აღწევს.

W γ ~ MeV

1eV=1.6 10 -19 ჯ

ბირთვი, რომელიც განიცდის რადიოაქტიურ დაშლას, როგორც წესი, აღმოჩნდება აღგზნებული და მის გადასვლას ძირითად მდგომარეობაში თან ახლავს γ - ფოტონის გამოსხივება. ამ შემთხვევაში γ-ფოტონის ენერგია განისაზღვრება პირობით

სადაც E 2 და E 1 არის ბირთვის ენერგია.

E 2 - ენერგია აღგზნებულ მდგომარეობაში;

E 1 - ენერგია ძირითად მდგომარეობაში.

მატერიის მიერ γ-სხივების შეწოვა განპირობებულია სამი ძირითადი პროცესით:

• ფოტოელექტრული ეფექტი (ერთად ჰვ < l MэB);
• ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილების წარმოქმნა;

ან

• გაფანტვა (კომპტონის ეფექტი) -

γ-სხივების შეწოვა ხდება ბუგერის კანონის მიხედვით:

სადაც μ არის ხაზოვანი შესუსტების კოეფიციენტი, რომელიც დამოკიდებულია γ სხივების ენერგიებზე და გარემოს თვისებებზე;

І 0 არის დაცემის პარალელური სხივის ინტენსივობა;

მეარის სხივის ინტენსივობა სისქის ნივთიერების გავლის შემდეგ Xსმ.

γ-სხივები ერთ-ერთი ყველაზე გამჭოლი გამოსხივებაა. უმძიმესი სხივებისთვის (hvmax) ნახევრად შთანთქმის ფენის სისქე ტყვიაში 1,6 სმ, რკინაში 2,4 სმ, ალუმინის 12 სმ და მიწაში 15 სმ.

§2 რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი კანონი.

დაშლილი ბირთვების რაოდენობაdN ბირთვების თავდაპირველი რაოდენობის პროპორციულია ნდა დაშლის დროdt, dN~ ნ dt. რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი კანონი დიფერენციალური ფორმით:

კოეფიციენტს λ ეწოდება დაშლის მუდმივი მოცემული ტიპის ბირთვისთვის. ნიშანი "-" ნიშნავს ამასdNუარყოფითი უნდა იყოს, რადგან დაუზიანებელი ბირთვების საბოლოო რაოდენობა საწყისზე ნაკლებია.

ამიტომ, λ ახასიათებს ბირთვების დაშლის ნაწილს დროის ერთეულზე, ანუ განსაზღვრავს რადიოაქტიური დაშლის სიჩქარეს. λ არ არის დამოკიდებული გარე პირობებზე, მაგრამ განისაზღვრება მხოლოდ ბირთვების შინაგანი თვისებებით. [λ]=s -1 .

რადიოაქტიური დაშლის ძირითადი კანონი ინტეგრალური ფორმით

სადაც ნ 0 - რადიოაქტიური ბირთვების საწყისი რაოდენობატ=0;

ნ- არადაშლილი ბირთვების რაოდენობა ერთდროულადტ;

λ არის რადიოაქტიური დაშლის მუდმივი.

პრაქტიკაში, დაშლის სიხშირე ფასდება არა λ, არამედ T 1/2 - ნახევარგამოყოფის პერიოდის გამოყენებით - დრო, რომლის დროსაც იშლება ბირთვების საწყისი რაოდენობის ნახევარი. ურთიერთობა T 1/2 და λ

T 1/2 U 238 = 4,5 10 6 წელი, T 1/2 Ra = 1590 წელი, T 1/2 Rn = 3.825 დღე დაშლის რაოდენობა ერთეულ დროში A \u003d -dN/ dtეწოდება მოცემული რადიოაქტიური ნივთიერების აქტივობას.

დან

შემდეგნაირად,

[A] \u003d 1 ბეკერელი \u003d 1 დაშლა / 1 წმ;

[A] \u003d 1Ci \u003d 1Curie \u003d 3.7 10 10 Bq.

საქმიანობის კანონის ცვლილება

სადაც A 0 = λ ნ 0 - თავდაპირველი აქტივობა დროულადტ= 0;

A - აქტივობა ერთ დროსტ.

უმარტივესი ატომის - წყალბადის ატომის ბირთვი შედგება ერთი ელემენტარული ნაწილაკისგან, რომელსაც პროტონი ეწოდება. ყველა სხვა ატომის ბირთვი შედგება ორი ტიპის ნაწილაკებისგან, პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ამ ნაწილაკებს ნუკლეონებს უწოდებენ. პროტონი. პროტონს აქვს მუხტი და მასა

შედარებისთვის მივუთითებთ, რომ ელექტრონის მასა ტოლია

(66.1) და (66.2) შედარებიდან გამომდინარეობს, რომ -პროტონს აქვს ნახევარის ტოლი სპინი და თავისი მაგნიტური მომენტი.

მაგნიტური მომენტის ერთეული, რომელსაც ეწოდება ბირთვული მაგნეტონი. (33.2) შედარებიდან გამომდინარეობს, რომ 1836-ჯერ ნაკლებია ბორის მაგნიტონზე. შესაბამისად, პროტონის შინაგანი მაგნიტური მომენტი დაახლოებით 660-ჯერ ნაკლებია ელექტრონის მაგნიტურ მომენტზე.

ნეიტრონი. ნეიტრონი აღმოაჩინა 1932 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა დ. ჩადვიკმა. მისი ელექტრული მუხტი ნულის ტოლია, ხოლო მასა

პროტონის მასასთან ძალიან ახლოს.

განსხვავება ნეიტრონისა და პროტონის მასებს შორის არის 1,3 მევ, ე.ი.

ნეიტრონს აქვს ნახევრად ტოლი სპინი და (ელექტრული მუხტის არარსებობის მიუხედავად) საკუთარი მაგნიტური მომენტი.

(მინუს ნიშანი მიუთითებს, რომ შინაგანი მექანიკური და მაგნიტური მომენტების მიმართულებები საპირისპიროა). ამ საოცარი ფაქტის ახსნა მოცემულია § 69-ში.

გაითვალისწინეთ, რომ ექსპერიმენტული მნიშვნელობების თანაფარდობა მაღალი სიზუსტით არის -3/2. ეს შეინიშნებოდა მხოლოდ მას შემდეგ, რაც ასეთი მნიშვნელობა თეორიულად იქნა მიღებული.

თავისუფალ მდგომარეობაში ნეიტრონი არასტაბილურია (რადიოაქტიური) - ის სპონტანურად იშლება, გადაიქცევა პროტონად და ასხივებს ელექტრონს და სხვა ნაწილაკს, რომელსაც ანტინეიტრინო ეწოდება (იხ. § 81). ნახევარგამოყოფის პერიოდი (ე.ი. დრო, რომელიც სჭირდება ნეიტრონების საწყისი რაოდენობის ნახევრის დაშლას) არის დაახლოებით 12 წუთი. დაშლის სქემა შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

ანტინეიტრინოს მასა არის ნული. ნეიტრონის მასა პროტონის მასაზე მეტია, ამიტომ ნეიტრონის მასა აღემატება განტოლების მარჯვენა მხარეს გამოჩენილი ნაწილაკების მთლიან მასას (66.7), ანუ 0.77 მევ-ით. ეს ენერგია გამოიყოფა ნეიტრონის დაშლის დროს წარმოქმნილი ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიის სახით.

ატომის ბირთვის მახასიათებლები. ატომის ბირთვის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მუხტის რიცხვი Z. ის უდრის პროტონების რაოდენობას, რომლებიც ქმნიან ბირთვს და განსაზღვრავს მის მუხტს, რომელიც უდრის. Z რიცხვი განსაზღვრავს ქიმიური ელემენტის სერიულ ნომერს. მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში. ამიტომ მას ასევე უწოდებენ ბირთვის ატომურ რიცხვს.

ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობა (ანუ პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობა) აღინიშნება A ასოთი და ეწოდება ბირთვის მასის რიცხვს. ნეიტრონების რაოდენობა ბირთვში არის

სიმბოლო, რომელიც გამოიყენება ბირთვების აღსანიშნავად

სადაც X არის ელემენტის ქიმიური სიმბოლო. მასობრივი რიცხვი მოთავსებულია ზედა მარცხენა მხარეს, ატომური რიცხვი ქვედა მარცხენა მხარეს (ბოლო ხატი ხშირად გამოტოვებულია).

ზოგჯერ მასობრივი რიცხვი იწერება ქიმიური ელემენტის სიმბოლოს არა მარცხნივ, არამედ მარჯვნივ

ბირთვებს, რომლებსაც აქვთ იგივე Z, მაგრამ განსხვავებული A, იზოტოპები ეწოდება. ქიმიური ელემენტების უმეტესობას აქვს რამდენიმე სტაბილური იზოტოპი. ასე, მაგალითად, ჟანგბადს აქვს სამი სტაბილური იზოტოპი: კალას აქვს ათი და ა.შ.

წყალბადს აქვს სამი იზოტოპი:

პროტიუმი და დეიტერიუმი სტაბილურია, ტრიტიუმი რადიოაქტიურია.

ბირთვებს იგივე მასის ნომრით A ეწოდება იზობარები. ერთნაირი რაოდენობის ნეიტრონების ბირთვებს მაგალითად იზოტონებს უწოდებენ და ბოლოს არის რადიოაქტიური ბირთვები იგივე Z და A, რომლებიც განსხვავდებიან ნახევარგამოყოფის პერიოდით. მათ იზომერებს უწოდებენ. მაგალითად, ბირთვის ორი იზომერია, ერთს აქვს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 18 წუთი, მეორეს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 4,4 საათი.

ცნობილია დაახლოებით 1500 ბირთვი, რომლებიც განსხვავდებიან ან Z, ან A, ან ორივე. ამ ბირთვების დაახლოებით 1/5 სტაბილურია, დანარჩენი რადიოაქტიურია. მრავალი ბირთვი მიიღეს ხელოვნურად ბირთვული რეაქციების გამოყენებით.

ბუნებაში არსებობს ელემენტები Z ატომური ნომრით 1-დან 92-მდე, ტექნეტიუმის და პრომეთიუმის გამოკლებით, პლუტონიუმი ხელოვნურად წარმოების შემდეგ უმნიშვნელო რაოდენობით იქნა ნაპოვნი ბუნებრივ მინერალში - ფისოვანი ნაზავში. დანარჩენი ტრანსურანი (ე.ი. ტრანსურანი) ელემენტები (Z 93-დან 107-მდე) ხელოვნურად იქნა მიღებული სხვადასხვა ბირთვული რეაქციების შედეგად.

ტრანსურანის ელემენტებს curium, einsteinium, fermium) და მენდელევიუმი) დაარქვეს გამოჩენილი მეცნიერების P. and M. Curie, A. Einstein, E. Fermi და D. I. Mendeleev პატივსაცემად. ლოურენციუმს ეწოდა ციკლოტრონის გამომგონებლის ე. ლოურენსის სახელი. კურჩატოვი) მიიღო სახელი გამოჩენილი საბჭოთა ფიზიკოსის I.V. კურჩატოვის პატივსაცემად.

ზოგიერთი ტრანსურანის ელემენტი, მათ შორის კურჩატოვიუმი და ელემენტები 106 და 107 ნომრებით, მოპოვებული იქნა დუბნის ბირთვული კვლევების ერთობლივი ინსტიტუტის ბირთვული რეაქციების ლაბორატორიაში საბჭოთა მეცნიერის გ.ნ. ფლეროვისა და მისი თანამშრომლების მიერ.

ბირთვის ზომები. პირველი მიახლოებით, ბირთვი შეიძლება ჩაითვალოს სფეროდ, რომლის რადიუსი საკმაოდ ზუსტად განისაზღვრება ფორმულით.

(ფერმი არის ბირთვულ ფიზიკაში გამოყენებული სიგრძის ერთეულის სახელი, ტოლია სმ). ფორმულიდან (66.8) გამომდინარეობს, რომ ბირთვის მოცულობა პროპორციულია ბირთვში არსებული ნუკლეონების რაოდენობისა. ამრიგად, მატერიის სიმკვრივე ყველა ბირთვში დაახლოებით ერთნაირია.

ბირთვის ტრიალი. ნუკლეონების სპინები ემატება ბირთვის მიღებულ ბრუნვას. ნუკლეონის სპინი არის მაშასადამე, l ბირთვის სპინის კვანტური რიცხვი იქნება ნახევრად მთელი რიცხვი კენტი რაოდენობის A ნუკლეონისთვის და მთელი რიცხვი ან ნული ლუწი A-სთვის. l ბირთვების სპინები არ აღემატება რამდენიმეს. ერთეულები. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ ბირთვში არსებული ნუკლეონების უმრავლესობის სპინები არღვევს ერთმანეთს, არის ანტიპარალელური. ყველა ლუწი ბირთვს (ანუ ბირთვებს პროტონების ლუწი რიცხვით და ნეიტრონების ლუწი რაოდენობით) აქვს ნულოვანი სპინი.

თითოეული ატომი შედგება ბირთვებიდა ატომური ჭურვი, რომელიც მოიცავს სხვადასხვა ელემენტარულ ნაწილაკებს - ნუკლეონებიდა ელექტრონები(ნახ. 5.1). ბირთვი არის ატომის ცენტრალური ნაწილი, რომელიც შეიცავს ატომის თითქმის მთელ მასას და აქვს დადებითი მუხტი. ბირთვი შედგება პროტონებიდა ნეიტრონები, რომლებიც არის ერთი ელემენტარული ნაწილაკის - ნუკლეონის ორმაგად დამუხტული მდგომარეობები. პროტონული მუხტი +1; ნეიტრონი 0.

ძირითადი მუხტიატომი არის ზ . ē , სად ზ- ელემენტების სერიული ნომერი (ატომური ნომერი)მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში, ბირთვში პროტონების რაოდენობის ტოლი; ē არის ელექტრონის მუხტი.

ბირთვში ნუკლეონების რაოდენობას ეწოდება ელემენტის მასის რაოდენობა(ა):

ა = ზ + ნ,

სადაც ზარის პროტონების რაოდენობა; ნარის ნეიტრონების რაოდენობა ატომის ბირთვში.

პროტონებისა და ნეიტრონებისთვის მასის რიცხვი აღებულია 1-ის ტოლი, ელექტრონებისთვის ის 0-ის ტოლია.

ბრინჯი. 5.1. ატომის სტრუქტურა

შემდეგი აღნიშვნები ზოგადად მიღებულია ნებისმიერი ქიმიური ელემენტისთვის X: , აქ ა- მასობრივი ნომერი, ზარის ელემენტის ატომური ნომერი.

ერთი და იგივე ელემენტის ატომური ბირთვები შეიძლება შეიცავდეს სხვადასხვა რაოდენობის ნეიტრონებს. ნ. ამ ტიპის ატომური ბირთვები ე.წ იზოტოპებიამ ელემენტს. ამრიგად, იზოტოპებს აქვთ: იგივე ატომური რიცხვი, მაგრამ განსხვავებული მასობრივი რიცხვები ა. ქიმიური ელემენტების უმეტესობა არის სხვადასხვა იზოტოპების ნაზავი, მაგალითად, ურანის იზოტოპები:

.

სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების ატომურ ბირთვებს შეიძლება ჰქონდეთ ერთი და იგივე მასის რაოდენობა მაგრამ(პროტონების სხვადასხვა რაოდენობით ზ). ამ ტიპის ატომური ბირთვები ე.წ იზობარები. Მაგალითად:

– – – ; –

ატომური მასა

ატომებისა და მოლეკულების მასის დასახასიათებლად გამოიყენება კონცეფცია ატომური მასა Mარის ფარდობითი მნიშვნელობა, რომელიც განისაზღვრება თანაფარდობით
ნახშირბადის ატომის მასამდე და აღებულია ტოლი მ a = 12,000,000. ამისთვის
დაინერგა ატომური მასის აბსოლუტური განმარტება ატომური ერთეული
მასები(a.m.u.), რომელიც განისაზღვრება ნახშირბადის ატომის მასასთან მიმართებაში შემდეგი ფორმით:

.

შემდეგ ელემენტის ატომური მასა შეიძლება განისაზღვროს როგორც:

სადაც მარის განსახილველი ელემენტის იზოტოპების ატომური მასა. ეს გამოთქმა აადვილებს ელემენტების ბირთვების, ელემენტარული ნაწილაკების, ნაწილაკების - რადიოაქტიური გარდაქმნების პროდუქტების და ა.შ.

ბირთვული მასის დეფექტი და ბირთვული შებოჭვის ენერგია

ნუკლეონის შეკავშირების ენერგია- ფიზიკური სიდიდე რიცხობრივად ტოლია სამუშაოს, რომელიც უნდა განხორციელდეს ბირთვიდან ნუკლეონის ამოღების მიზნით მისთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

ნუკლეონები ბირთვში შეკრულია ბირთვული ძალებით, რომლებიც ბევრად აღემატება პროტონებს შორის მოქმედ ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალებს. ბირთვის გასაყოფად აუცილებელია ამ ძალების გადალახვა, ანუ ენერგიის დახარჯვა. ნუკლეონების გაერთიანებას ბირთვის შესაქმნელად, პირიქით, თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა, რომელსაც ე.წ. ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგიაΔ ვქ:

,

სად არის ბირთვული მასის ე.წ. თან ≈ 3 . 10 8 მ/წმ არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში.

ბირთვის შეკვრის ენერგია- ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც ტოლია იმ სამუშაოს, რომელიც უნდა გაკეთდეს ბირთვის ცალკეულ ნუკლეონებად გასაყოფად მათთვის კინეტიკური ენერგიის გადაცემის გარეშე.

როდესაც ბირთვი იქმნება, მისი მასა მცირდება, ანუ ბირთვის მასა ნაკლებია მისი შემადგენელი ნუკლეონების მასების ჯამზე, ამ განსხვავებას ე.წ. მასობრივი დეფექტიΔ მ:

სადაც მ გვარის პროტონის მასა; m nარის ნეიტრონული მასა; მბირთვი არის ბირთვის მასა.

ბირთვის მასიდან გადასვლისას მბირთვი ელემენტის ატომურ მასებზე მა, ეს გამოთქმა შეიძლება დაიწეროს შემდეგი ფორმით:

სადაც მ H არის წყალბადის მასა; m nარის ნეიტრონის მასა და მ a არის ელემენტის ატომური მასა, რომელიც განისაზღვრება მეშვეობით ატომური მასის ერთეული(a.u.m.).

ბირთვის მდგრადობის კრიტერიუმია მასში არსებული პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობის მკაცრი შესაბამისობა. ბირთვების სტაბილურობისთვის, შემდეგი მიმართება მართალია:

,

სადაც ზარის პროტონების რაოდენობა; აარის ელემენტის მასური რიცხვი.

ჯერჯერობით ცნობილი დაახლოებით 1700 ტიპის ბირთვიდან მხოლოდ 270 არის სტაბილური. უფრო მეტიც, ბუნებაში ჭარბობს ლუწი-ლუწი ბირთვები (ანუ პროტონებისა და ნეიტრონების ლუწი რაოდენობა), რომლებიც განსაკუთრებით სტაბილურია.

რადიოაქტიურობა

რადიოაქტიურობა- ერთი ქიმიური ელემენტის არასტაბილური იზოტოპების გადაქცევა სხვა ქიმიური ელემენტის იზოტოპებად ზოგიერთი ელემენტარული ნაწილაკების გათავისუფლებით. განასხვავებენ: ბუნებრივ და ხელოვნურ რადიოაქტიურობას.

ძირითადი ტიპები მოიცავს:

– α-გამოსხივება (დაშლა);

– β-გამოსხივება (დაშლა);

- სპონტანური ბირთვული დაშლა.

დაშლის ელემენტის ბირთვი ე.წ დედობრივი, და შედეგად ელემენტის ბირთვი არის ბავშვი. ატომის ბირთვების სპონტანური დაშლა ემორჩილება რადიოაქტიური დაშლის შემდეგ კანონს:

სადაც ნ 0 არის ბირთვების რაოდენობა ქიმიურ ელემენტში დროის საწყის მომენტში; ნარის ბირთვების რაოდენობა ერთდროულად ტ; - დაშლის ეგრეთ წოდებული „მუდმივი“, რომელიც არის ბირთვების ის ნაწილი, რომელიც იშლება დროის ერთეულზე.

დაშლის „მუდმივი“ ორმხრივი ახასიათებს იზოტოპის საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობას. დაშლის მიმართ ბირთვების სტაბილურობის მახასიათებელია ნახევარი ცხოვრება, ე.ი. დრო, რომლის დროსაც ბირთვების საწყისი რაოდენობა განახევრდება:

ურთიერთობა და:

რადიოაქტიური დაშლის დროს, გადასახადის შენარჩუნების კანონი:

,

სად არის გაფუჭებული ან მიღებული (წარმოქმნილი) „ფრაგმენტების“ მუხტი; და მასობრივი კონსერვაციის წესი:

სად არის წარმოქმნილი (დაშლილი) „ფრაგმენტების“ მასობრივი რაოდენობა.

5.4.1. α და β დაშლა

α-დაშლაარის გამოსხივება ჰელიუმის ბირთვებიდან. დამახასიათებელია "მძიმე" ბირთვების დიდი მასის რიცხვი ა> 200 და დამუხტეთ z > 82.

α-დაშლის გადაადგილების წესს აქვს შემდეგი ფორმა (ახალი ელემენტი იქმნება):

.

; .

გაითვალისწინეთ, რომ α-დაშლას (გამოსხივებას) აქვს ყველაზე მაღალი მაიონებელი უნარი, მაგრამ ყველაზე დაბალი გამტარიანობა.

არსებობს შემდეგი ტიპები β-დაშლა:

– ელექტრონული β-დაშლა (β – decay);

– პოზიტრონის β-დაშლა (β + -დაშლა);

– ელექტრონული გადაღება (k-capture).

β - -დაშლახდება ნეიტრონების სიჭარბით ელექტრონებისა და ანტინეიტრინოების გამოთავისუფლებით:

.

β + -დაშლახდება პროტონების სიჭარბით პოზიტრონების და ნეიტრინოების გამოთავისუფლებით:

ელექტრონული გადაღებისთვის ( კ- დაჭერა)ახასიათებს შემდეგი ტრანსფორმაცია:

.

β-დაშლის გადაადგილების წესს აქვს შემდეგი ფორმა (ახალი ელემენტი იქმნება):

ამისთვის β - -დაშლა: ;

ამისთვის β + -დაშლა: .

β-დაშლას (გამოსხივებას) აქვს ყველაზე დაბალი მაიონებელი უნარი, მაგრამ ყველაზე მაღალი გამტარიანობა.

თან ახლავს α და β გამოსხივება γ-გამოსხივება, რომელიც წარმოადგენს ფოტონების გამოსხივებას და არ წარმოადგენს რადიოაქტიური გამოსხივების დამოუკიდებელ სახეობას.

γ-ფოტონები გამოიყოფა აღგზნებული ატომების ენერგიის შემცირებით და არ იწვევენ მასის რიცხვის ცვლილებას. ადა დატენვის შეცვლა ზ. γ- გამოსხივებას აქვს ყველაზე მაღალი შეღწევადი ძალა.

რადიონუკლიდების აქტივობა

რადიონუკლიდების აქტივობაარის რადიოაქტიურობის საზომი, რომელიც ახასიათებს ბირთვული დაშლის რაოდენობას დროის ერთეულზე. რადიონუკლიდების გარკვეული რაოდენობა გარკვეულ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში მოცემულ დროს, აქტივობა მაგრამმოცემულია სახით:

სად არის სპონტანური ბირთვული გარდაქმნების მოსალოდნელი რაოდენობა (ბირთვული დაშლის რაოდენობა) მაიონებელი გამოსხივების წყაროში დროის ინტერვალის განმავლობაში .

სპონტანური ბირთვული ტრანსფორმაცია ეწოდება რადიოაქტიური დაშლა.

რადიონუკლიდების აქტივობის საზომი ერთეულია საპასუხო წამი (), რომელსაც აქვს სპეციალური სახელი ბეკერელი (Bq).

ბეკერელი უდრის რადიონუკლიდის აქტივობას წყაროში, რომელშიც 1 წმ. ხდება ერთი სპონტანური ბირთვული ტრანსფორმაცია.

აქტივობის სისტემური ერთეული - კური (კუ).

კიური - რადიონუკლიდის აქტივობა წყაროში, რომელშიც 1 წამის განმავლობაში. ხდება 3.7 . 10 10 სპონტანური ბირთვული გარდაქმნები, ანუ 1 Ku = 3.7 . 10 10 ბქ.

მაგალითად, დაახლოებით 1 გ სუფთა რადიუმი იძლევა 3.7 აქტივობას . 10 10 ბირთვული დაშლა წამში.

რადიონუკლიდის ყველა ბირთვი ერთდროულად არ იშლება. დროის თითოეულ ერთეულში სპონტანური ბირთვული ტრანსფორმაცია ხდება ბირთვების გარკვეული ფრაქციით. ბირთვული გარდაქმნების წილი სხვადასხვა რადიონუკლიდებისთვის განსხვავებულია. მაგალითად, რადიუმის ბირთვების მთლიანი რაოდენობადან 1,38 იშლება ყოველ წამში . ნაწილი, ხოლო რადონის ბირთვების საერთო რაოდენობადან - 2,1 . ნაწილი. ბირთვების ნაწილს, რომელიც იშლება დროის ერთეულზე, ეწოდება დაშლის მუდმივი λ .

ზემოაღნიშნული განმარტებებიდან გამომდინარეობს, რომ აქტივობა მაგრამდაკავშირებულია რადიოაქტიური ატომების რაოდენობასთან ნწყაროში მოცემულ დროს თანაფარდობით:

დროთა განმავლობაში, რადიოაქტიური ატომების რაოდენობა მცირდება კანონის მიხედვით:

, (3) – 30 წელი, ზედაპირული რადონი ან ხაზოვანიაქტივობა.

კონკრეტული საქმიანობის ერთეულების არჩევა განისაზღვრება კონკრეტული ამოცანის მიხედვით. მაგალითად, ჰაერში აქტივობა გამოიხატება ბეკერელებში კუბურ მეტრზე (Bq / მ 3) - მოცულობითი აქტივობა. წყალში, რძეში და სხვა სითხეებში აქტივობა ასევე გამოხატულია მოცულობითი აქტივობით, რადგან წყლისა და რძის რაოდენობა იზომება ლიტრებში (Bq/l). პურში, კარტოფილში, ხორცსა და სხვა პროდუქტებში აქტივობა გამოხატულია სპეციფიკური აქტივობით (Bq/კგ).

ცხადია, რადიონუკლიდების ზემოქმედების ბიოლოგიური ეფექტი ადამიანის სხეულზე დამოკიდებული იქნება მათ აქტივობაზე, ანუ რადიონუკლიდის რაოდენობაზე. ამრიგად, რადიონუკლიდების მოცულობა და სპეციფიკური აქტივობა ჰაერში, წყალში, საკვებში, სამშენებლო და სხვა მასალებში სტანდარტიზებულია.

ვინაიდან გარკვეული პერიოდის განმავლობაში ადამიანს შეუძლია დასხივება სხვადასხვა გზით (სხეულში რადიონუკლიდების შეყვანიდან გარე ზემოქმედებამდე), ექსპოზიციის ყველა ფაქტორი დაკავშირებულია გარკვეულ მნიშვნელობასთან, რომელსაც რადიაციული დოზა ეწოდება.

პროტონი არის წყალბადის ატომი, საიდანაც ამოღებულია ერთი ელექტრონი. ეს ნაწილაკი უკვე დაფიქსირდა ჯ.ტომსონის (1907) ექსპერიმენტებში, რომელმაც მოახერხა მისი თანაფარდობის გაზომვა. ე/მ. 1919 წელს ე. რეზერფორდმა აღმოაჩინა წყალბადის ატომის ბირთვები მრავალი ელემენტის ატომების ბირთვების დაშლის პროდუქტებში. რეზერფორდმა ამ ნაწილაკს პროტონი უწოდა. მან თქვა, რომ პროტონები ყველა ატომის ბირთვის ნაწილია.

წარმოდგენილია რეზერფორდის ექსპერიმენტების სქემა.

ინსტალაციის აღწერა, რომლითაც შესაძლებელი იყო ნეიტრონის რეგისტრაცია, შეგიძლიათ იხილოთ.

ელექტრონებისაგან განსხვავებით, პროტონები და ნეიტრონები ექვემდებარებიან სპეციფიკურ ბირთვულ ძალებს. ბირთვული ძალები ბუნებაში ყველაზე ძლიერი ურთიერთქმედების განსაკუთრებული შემთხვევაა. ბირთვული ძალების გამო, პროტონებს და ნეიტრონებს შეუძლიათ ერთმანეთთან შერწყმა და სხვადასხვა ატომური ბირთვების შექმნა.

პროტონისა და ნეიტრონის თვისებები ძლიერი ურთიერთქმედების მიმართ ზუსტად იგივეა, რაც, როგორც ჩანს, ხსნის მათი მასების სიახლოვეს. ამიტომ, ბირთვულ ფიზიკაში ხშირად გამოიყენება ტერმინი ნუკლეონი, რომელიც აღნიშნავს ნებისმიერ ნაწილაკს, რომელიც არის ბირთვის ნაწილი, როგორც პროტონი, ასევე ნეიტრონი. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ პროტონი და ნეიტრონი არის ერთი და იგივე ნაწილაკის ორი მდგომარეობა - ნუკლეონი.

ატომი ელექტრულად ნეიტრალურია. მაშასადამე, ატომის ბირთვში პროტონების რაოდენობა ტოლი უნდა იყოს ატომის გარსში ელექტრონების რაოდენობას, ე.ი. ატომური ნომერი ზ. ნუკლეონების მთლიანი რაოდენობა (ანუ პროტონები და ნეიტრონები) ბირთვში აღინიშნება ადა მასური რიცხვი ეწოდება. ნომრები ზდა ასრულად ახასიათებს ბირთვის შემადგენლობას. ა-პრიორიტეტი:

A=Z+N.

სხვადასხვა ბირთვების აღსანიშნავად ჩვეულებრივ გამოიყენება Z ფორმის აღნიშვნა Xა, სადაც X- მოცემული ელემენტის შესაბამისი ქიმიური სიმბოლო ზ. მაგალითად, გამოთქმა 4 Be 9 აღნიშნავს ბერილიუმის ატომის ბირთვს ზ = 4, ა= 9, რომელსაც აქვს 4 პროტონი და 5 ნეიტრონი. მარცხენა ხელმოწერა არ არის საჭირო, რადგან ატომური ნომერია ზცალსახად იდენტიფიცირებული ელემენტის სახელით. ამიტომ, შემოკლების ტიპი Be 9 ხშირად გამოიყენება ( იკითხება "ბერილიუმი ცხრა").

ბირთვები იგივე ზდა განსხვავებული აიზოტოპებს უწოდებენ. მაგალითად, ურანი ზ= 92) არის იზოტოპები 92 U 236, 92 U 238. ზოგჯერ გამოიყენება ტერმინები იზობარი (იგივე ბირთვებისთვის ადა განსხვავებული ზ) და იზოტონები (ბირთვებისთვის იგივე ნდა განსხვავებული ზ). ტერმინი ნუკლიდი გამოიყენება კონკრეტული იზოტოპის ატომების აღსანიშნავად.

ბუნებაში ნაპოვნი ყველაზე მძიმე ელემენტია ურანის იზოტოპი 92 U 238. 92-ზე მეტი ატომური რიცხვის მქონე ელემენტებს ტრანსურანული ეწოდება. ყველა მათგანი ხელოვნურად მიიღება სხვადასხვა ბირთვული რეაქციების შედეგად.

მათი წმინდა ბირთვული თვისებების თვალსაზრისით, სხვადასხვა იზოტოპებს, როგორც წესი, საერთო არაფერი აქვთ. მაგრამ შემთხვევების აბსოლუტურ უმრავლესობაში, სხვადასხვა იზოტოპების ატომებს აქვთ იგივე ქიმიური და თითქმის იდენტური ფიზიკური თვისებები, რადგან ატომის ელექტრონული გარსის სტრუქტურაზე გავლენას ახდენს ბირთვი პრაქტიკულად მხოლოდ მისი ელექტრული მუხტით. მაშასადამე, ნებისმიერი იზოტოპის იზოლირება, მაგალითად, U 235 საკუთარი ნარევიდან 92 U 238-თან, არის რთული ტექნოლოგიური პრობლემა, რომელიც იყენებს მცირე განსხვავებებს აორთქლების, დიფუზიის და სხვა პროცესებში, რომლებიც წარმოიქმნება განსხვავების გამო. იზოტოპურ მასებში.

ატომური ნომერი ზუდრის ბირთვის ელექტრო მუხტს ელექტრონის მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობის ერთეულებში. ელექტრული მუხტი არის მთელი რიცხვი, მკაცრად დაცული ნებისმიერი (მათ შორის არაელექტრომაგნიტური) ურთიერთქმედებისთვის. ატომური ბირთვების და ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთ გარდაქმნების შესახებ არსებული ექსპერიმენტული მონაცემების მთლიანობა აჩვენებს, რომ ელექტრული მუხტის კონსერვაციის კანონის გარდა, არსებობს ბარიონის მუხტის კონსერვაციის მსგავსი მკაცრი კანონი. კერძოდ, თითოეულ ნაწილაკს შეიძლება მიენიჭოს ბარიონის მუხტის გარკვეული მნიშვნელობა და ყველა ნაწილაკების ბარიონის მუხტების ალგებრული ჯამი უცვლელი რჩება ნებისმიერი პროცესის დროს.

ყველა ნაწილაკების ბარიონის მუხტი მთელი რიცხვია. ელექტრონის და γ-კვანტის ბარიონის მუხტი ნულის ტოლია, ხოლო პროტონისა და ნეიტრონის ბარიონის მუხტი ერთის ტოლია. ასე რომ, მასობრივი რიცხვი მაგრამარის ბირთვის ბარიონის მუხტი. ბარიონის მუხტის შენარჩუნების კანონი უზრუნველყოფს ატომის ბირთვების სტაბილურობას. მაგალითად, ეს კანონი კრძალავს ენერგეტიკულად ხელსაყრელ ტრანსფორმაციას, რომელიც დაშვებულია კონსერვაციის ყველა სხვა კანონით, ორი ბირთვული ნეიტრონის γ-კვანტების ყველაზე მსუბუქ ნაწილაკებად.

ატომური ბირთვები შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ რაოდენობის მნიშვნელობების შეზღუდულ დიაპაზონში ა, ზ. ამ რეგიონის გარეთ, თუ შესაბამისი ბირთვი გამოჩნდება, მაშინ ის მყისიერად (ანუ დამახასიათებელ ბირთვულ დროში τ ≤ 10 −21 წმ) ან იშლება პატარა ბირთვებად, ან გამოყოფს პროტონს ან ნეიტრონს. შესაძლო არსებობის რეგიონში, ყველა ბირთვი არ არის სტაბილური.

სურათი 2.1. ატომის ბირთვების პროტონ-ნეიტრონული დიაგრამა.

დღემდე ცნობილი ბირთვები გამოსახულია ნეიტრონული ნაკადის დიაგრამაზე (სურათი 2.1). მასზე გლუვი მყარი ხაზები მიუთითებს ბირთვების შესაძლო არსებობის რეგიონის თეორიულ საზღვარზე. ამ საზღვრის ექსპერიმენტული დადგენა რთულდება იმით, რომ მასთან მიახლოებისას (შიგნიდან) ბირთვების სიცოცხლე, თუმცა ისინი მნიშვნელოვნად აღემატება დამახასიათებელს (~10 −21). თან), მაგრამ ძალიან მცირეა თანამედროვე ექსპერიმენტული ტექნიკისთვის. სტაბილური ბირთვები ქმნიან სტაბილურობის ტრასს პროტონ-ნეიტრონის დიაგრამაზე. შემდეგი ემპირიული ფაქტები და კანონზომიერებები დაკავშირებით ადა ზსტაბილური ბირთვებისთვის: ცნობილი კერნელი ყველა მნიშვნელობით ზ 0-დან 107-მდე ჩათვლით (კერნელი ერთად ზ = 0, ნ= 1 არის ნეიტრონი). არ არსებობს სტაბილური, ე.ი. არ ექვემდებარება სპონტანურ რადიოაქტიურ დაშლას, ბირთვებით ზ= 0, 43, 61 და ზ ≥ 84. ცნობილი ბირთვები ღირებულებებით ა 1-დან 263-ის ჩათვლით. არ არსებობს სტაბილური ბირთვები ა= 5, 8 და ზე ა ≥ 210. ბირთვების თვისებები არსებითად დამოკიდებულია რიცხვების პარიტეტზე ზდა ნ. ეს უკვე ჩანს იქიდან, რომ სტაბილურ იზოტოპებს შორის ყველაზე თანაბარი (თუნდაც ზ, ნ) და ყველაზე ნაკლებად კენტი-კენტი (კენტი ზ, ნ), რომელთაგან მხოლოდ ოთხია ცნობილი: 1 D 2 , 3 Li 6 , 5 B 10 და 7 N 14 . პატარაზე ასტაბილური ბირთვები შეიცავს პროტონებისა და ნეიტრონების დაახლოებით იგივე რაოდენობას და იზრდება ანეიტრონების პროცენტი იზრდება. ქიმიური ელემენტების უმეტესობას აქვს რამდენიმე იზოტოპი. აქ რეკორდი ეკუთვნის კალას (50 Sn), რომელსაც აქვს ათი სტაბილური იზოტოპი. მეორეს მხრივ, ზოგიერთ ელემენტს, როგორიცაა Be, Na, Al, აქვს მხოლოდ ერთი სტაბილური იზოტოპი.

ატომის ბირთვის შემადგენლობა. კომუნიკაციის ენერგია

1. ატომის ბირთვის შემადგენლობა. ნეიტრონის აღმოჩენიდან მალევე (1932), საბჭოთა ფიზიკოსმა დ.დ. ივანენკომ და ცოტა მოგვიანებით გერმანელმა ფიზიკოსმა ვ. ჰაიზენბერგმა გამოთქვეს ვარაუდი, რომ ატომის ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. ამ ნაწილაკებს ნუკლეონებს უწოდებენ. პროტონების რაოდენობა ზ, რომლებიც ბირთვის ნაწილია, განსაზღვრავს მის მუხტს, რომელიც უდრის +ზე. ნომერი ზეწოდება ატომური ნომერი (ის განსაზღვრავს ქიმიური ელემენტის სერიულ ნომერს პერიოდულ ცხრილში) ან ბირთვის მუხტის რიცხვს.

ბირთვში A ნუკლეონების რაოდენობას (ანუ პროტონებისა და ნეიტრონების საერთო რაოდენობას) ბირთვის მასური რიცხვი ეწოდება. ნეიტრონების რაოდენობა ბირთვში არის N=A-Z.

სიმბოლო, რომელიც გამოიყენება ბირთვების აღსანიშნავად

სადაც X არის ელემენტის ქიმიური სიმბოლო. ზევით არის მისი მასური რიცხვი, ქვედა კი მისი ატომური რიცხვი.

2. იზოტოპები. 1906 წლიდან ცნობილია, რომ ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის ყველა ატომს არ აქვს ერთნაირი მასა. მაგალითად, ქლორის ატომებს შორის არის ატომები, რომელთა მასა უახლოვდება 35-ს, ხოლო მასა 37-ს. ნივთიერებები.

ერთი და იგივე ელემენტის ყველა იზოტოპს აქვს ძალიან მსგავსი ქიმიური თვისებები, რაც მიუთითებს მათი ელექტრონული გარსების ერთნაირ სტრუქტურაზე და, შესაბამისად, იგივე ბირთვულ მუხტებზე და ბირთვებში პროტონების თანაბარ რაოდენობაზე. აქედან მოდის მათი სახელწოდება - ბერძნული სიტყვიდან "ისოს" - იგივე და "ტოპოსი" - ადგილი: იგივე ადგილი D.I. მენდელეევის ქიმიური ელემენტების პერიოდულ ცხრილში.

იზოტოპებს შორის მასის განსხვავება გამოწვეულია მათში არსებული ნეიტრონების განსხვავებული რაოდენობით. ამრიგად, იზოტოპებს უწოდებენ მოცემული ქიმიური ელემენტის სახეობებს, რომლებიც განსხვავდებიან მათი ბირთვების მასით.

რადიოაქტიური დაშლის კანონი დაადგინა ფ.სოდიმ. ემპირიულად, ე. რეზერფორდმა აღმოაჩინა, რომ რადიოაქტიური დაშლის აქტივობა დროთა განმავლობაში მცირდება. თითოეული რადიოაქტიური ნივთიერებისთვის არის დროის ინტერვალი, რომლის დროსაც აქტივობა მცირდება 2-ჯერ, ე.ი. ნახევარგამოყოფის პერიოდი თამ ნივთიერების. მოდით რადიოაქტიური ატომების რაოდენობა N, დრო t =0. t 1 \u003d T-ის საშუალებით დარჩება გაუფუჭებელი ბირთვების რაოდენობა N 1 \u003d N 0 / 2, t 2 \u003d 2T შემდეგ

დროის გასვლის შემდეგ t=nT, ე.ი. მოგვიანებით ნნახევარი სიცოცხლე თრადიოაქტიური ატომები დარჩება:

Იმდენად, რამდენადაც n=t/T,

ეს არის ფუნდამენტური კანონი რადიოაქტიურიგაფუჭება.

4. ბირთვული ძალები. მარტივი ფაქტები მოწმობს ატომური ბირთვების სიძლიერეზე: ჩვენს ირგვლივ არსებული ობიექტები დიდი ხნის განმავლობაში არსებობენ ნაწილაკებად დაშლის გარეშე. მაგრამ როგორ შეიძლება ამ ფაქტების ახსნა? ბოლოს და ბოლოს, პროტონები ატომური ბირთვების ნაწილია და ელექტროსტატიკური საგრუნველი ძალები მათ ერთმანეთისგან უნდა „გაედევნათ“. ეს გულისხმობს დასკვნას, რომ ნუკლეონებს შორის ბირთვების შიგნით არის გარკვეული ძალები, რომლებიც აღემატება ელექტროსტატიკური მოგერიების ძალებს. ამ ძალებს ბირთვულ ძალებს უწოდებენ. ბირთვული ძალები მოქმედებს ნებისმიერ ნუკლეონს შორის (პროტონებს შორის, ნეიტრონებს შორის და პროტონებსა და ნეიტრონებს შორის). ბირთვული ძალების დამახასიათებელი თვისებაა მათი მოკლე დიაპაზონი: 10-15 მ მანძილზე ისინი დაახლოებით 100-ჯერ აღემატება ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალებს, მაგრამ უკვე 10-14 მ მანძილზე ისინი უმნიშვნელო აღმოჩნდებიან.

5. საკომუნიკაციო ენერგია. ბირთვიდან პროტონის ან ნეიტრონის ამოსაღებად, სამუშაო უნდა გაკეთდეს მოკლე დისტანციური ბირთვული ძალების დასაძლევად. შედეგად, "დარჩენილი ბირთვი - ამოღებული ნუკლეონი" სისტემის ენერგია იზრდება ∆Eუტოლდება გარე ძალების მუშაობას.

ბირთვის ცალკეულ პროტონებად და ნეიტრონებებად დაყოფისთვის საჭირო ენერგიას ბირთვის შებოჭვის ენერგია ეწოდება.

მასისა და ენერგიის ურთიერთობის კანონის მიხედვით, ამ შემთხვევაში ნაწილაკების მასაც იზრდება

შესაბამისად, ბირთვის მასა ყოველთვის ნაკლებია ცალკე აღებულ მისი შემადგენელი ნაწილაკების მასების ჯამზე. ბირთვულ ფიზიკაში ნაწილაკების მასა გამოიხატება ატომური მასის ერთეულებში. ატომური მასის ერთეული უდრის ნახშირბად-12 იზოტოპის ატომის მასის 1/12-ს.

1 ამუ = 1,6605655 10 -27 კგ

ცხრილი აჩვენებს ზოგიერთი სტაბილური ბირთვისა და ელემენტარული ნაწილაკების მასებს.

მაგიდა

ბირთვის სიმბოლო	მასა, ა. ჭამე.	ბირთვის სიმბოლო	მასა, ა. ჭამე.
	1,008665		14,003242
	1,007825		16,999134
	4,002603		235,043933

გადაადგილების წესი. ბირთვების გარდაქმნები ემორჩილება ეგრეთ წოდებულ გადაადგილების წესს და პირველად ჩამოყალიბდა სოდის მიერ: a-დაშლის დროს, ბირთვი კარგავს თავის დადებით მუხტს 2e და მისი მასა მცირდება დაახლოებით ოთხი ატომური მასის ერთეულით. შედეგად, ელემენტი გადაინაცვლებს ორ უჯრედს პერიოდული ცხრილის დასაწყისში. სიმბოლურად, ეს შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

აქ ელემენტი, როგორც ქიმიაში, აღინიშნება ჩვეულებრივი სიმბოლოებით: ბირთვული მუხტი იწერება როგორც ინდექსი სიმბოლოს ქვედა მარცხენა მხარეს, ხოლო ატომური მასა იწერება როგორც ინდექსი სიმბოლოს ზედა მარცხენა მხარეს. მაგალითად, წყალბადი წარმოდგენილია სიმბოლოთი. ამისთვის ა- ნაწილაკი, რომელიც არის ჰელიუმის ატომის ბირთვი, გამოიყენება აღნიშვნა და ა.შ. β - დაშლისას ელექტრონი გაფრინდება ბირთვიდან. შედეგად, ბირთვის მუხტი იზრდება ერთით, ხოლო მასა თითქმის უცვლელი რჩება:

აქ აღნიშნავს ელექტრონს: ინდექსი "0" ზევით ნიშნავს, რომ მისი მასა ძალიან მცირეა ატომური მასის ერთეულთან შედარებით. β - დაშლის შემდეგ ელემენტი ერთი უჯრედით უახლოვდება პერიოდული ცხრილის ბოლოს. გამა გამოსხივებას არ ახლავს მუხტის ცვლილება; ბირთვის მასა უმნიშვნელოდ იცვლება.

გადაადგილების წესები აჩვენებს, რომ რადიოაქტიური დაშლის დროს ელექტრული მუხტი შენარჩუნებულია და ბირთვების ფარდობითი ატომური მასა დაახლოებით შენარჩუნებულია.

რადიოაქტიური დაშლის დროს წარმოქმნილი ახალი ბირთვები, თავის მხრივ, ჩვეულებრივ ასევე რადიოაქტიურია.

მაგალითი.ამ ცხრილის მონაცემების გამოყენებით, ჩვენ ვიანგარიშებთ ჰელიუმის ატომის ბირთვის შეკავშირების ენერგიას:

ჰელიუმის ბირთვის მასა არის 4.002603 a.m.u.

ცალკეული ნუკლეონების მასა

მასის სხვაობა: ∆ m = (4,032980 - 4,002603) amu =0.030377 amu და შებოჭვის ენერგია:

ვინაიდან: 1 amu \u003d 1,660566 * 10 -27 კგ, და c \u003d 3 * 10 8 მ / წმ, შემდეგ ∆ E \u003d 0,030377 * 1,660566 * 10 -27 კგ * 9 10 / 16 E \u003d 0.030377 * 1.660566 9 10 -11 ჯ.

ბირთვულ ფიზიკაში ენერგია ჩვეულებრივ გამოიხატება ელექტრონვოლტებში. ვინაიდან 1 eV = 1.60219 10 -19 J, მაშინ

წილადის დანახვა ადვილია

არ არის დამოკიდებული პრობლემის მდგომარეობაზე. ამიტომ, მომავალში, ატომური რეაქციების გამოთვლები განხორციელდება შემდეგნაირად:

∆E = ∆m a.m.u. 931 MeV/a.m.u.

ამრიგად, ჰელიუმის ატომის ბირთვის შებოჭვის ენერგია:

ატომის ბირთვის ჯამური შებოჭვის ენერგიის გაყოფით მასში არსებული ნუკლეონების რაოდენობაზე, შეიძლება მივიღოთ ე.წ. სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია. ჰელიუმის ატომის ბირთვისთვის სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია არის MeV თითო ნუკლეონზე.

პასუხი:ჰელიუმის ატომის ბირთვის სპეციფიკური შეკავშირების ენერგია არის დაახლოებით 7 მევ თითო ნუკლეონზე.