НЕЙТРОННЫҢ АШЫЛУЫ
Атом ядросьшың физикасы тари-хьшдағы ең маңызды кезең 1932 жы-лы нейтронның апшлуы болды.
Атом ядроларының жасанды түрленуі. Адамзат тарихында бірінші рет ядроның жасанды түрленуін 1919
208
Ол /3-радиоактивті, жартылай ыдырау периоды 12 жылға жуық.
Изотоптардың болуы, атом ядро-сының заряды атомдардың барлық қасиеттерін анықтамай, тек химия-лық қасиеттері мен электрон қабықшасьгаың маңына байланысты физикалық қасиеттерін, мысалы, елшемдерін анықтайтындығын
дәлелдейді. Атомның массасы мен ра-диоактивтік қасиеттері оның Менде-леев кестесіңдегі реттік нөмірімен анықталмайды.
Изотоптардың салыстырмалы
атомдық массаларьш дәл елшегенде олардың бүтін сандарға өте жақын бо-латывдығының елеулі маңызы бар. Кейбір химиялық элементтердің атомдық массаларының бүтін саннан айырмашылығы көп болады. Мысалы, хлордың салыстырмалы атомдық мас-сасы 35,5-ке тең. Бүл — табиғи күйде химиялық таза зат изотоптардың әр түрлі пропорциялардағы қоспасы бо-лып келетіндігін көрсетеді. Изотоп-тардың салыстырмалы атомдық массаларының бүтін сан болуының (жуықтап алғанда) атом ядросының қүрылысын анықтауда маңызы зор.
Химиялық элементтердің бәрінің де изотоптары бар. Изотоптар атомы ядросының зарядтары бірдей, бірақ массалары әр түрлі.
? Салыстырмалы атомдық массасы 137,34-ке тец болатын барийдің изотопы бар ма?
жылы Резерфорд іске асырды. Бүл енді кездейсоқ жаңалық емес еді.
Ядро өте орнықты болғандықтан, жоғарғы температура да, қысым да, электромагниттік ерістер де элемент-тердің түрленуін туғызбайды және ра-диоактивтік ыдыраудың жылдам-
дығьша әсер етпейді, сондықтан Ре-зерфорд ядроны талқандау немесе қайта қүру үшін өте кеп энергия ке-рек деп үйғарды. Ол уақытта энергия-ның лайықты ең көп
тасымалдаушысы радиоактивтік ыды-рау кезівде ядродан ыршып шығатын бөлшектердің энергиясы болды.
Жасанды түрлендіруге үшыраған бірінші ядро — азоттың ядросы '?Ы болды. Азотты радий шығаратын энергиясы кеп а-бөлшектермен атқылап, Резерфорд протондардың — сутегі атомының ядроларының пайда болғанын аңғарды.
Бірінші тәжірибелерде протондар-ды тіркеу сцинтилляция әдісімен жүргізілді де, тәжірибелердің нәтижелері айтарлықтай кеңілге қонымды және сенімді болмады. Бі-рак бірнеше жылдан соң азоттың түр-ленуін Вильсон камерасында байқау мүмкін болды. Камерадағы радиоак-тивті препарат шығарған 50 000 бөлшектің шамамен біреуі азот ядро-сына қосылады да, протон шығарады. Бүл жағдайда азоттың ядросы оттегі изотопының ядросына түрленеді:
'&Г + 2Не -» '87О + !Н.
181-суретте осьшдай процестің бір фотосуреті көрсетілген. Сол жақта "айыр"— тректің тармақталуы көрі-неді. Жуан із оттегі ядросынікі, ал жіңішкесі — протондікі. Басқа а-бөлшектер ядролармен соқтығыспай-ды да, олардың тректері түзу сызықты болады.
Басқа зерттеушілер а-бөлшек-тердің әсерімен фтордың, натрийдің, алюминийдің т. б. ядроларының про-тон шығарумен қарбалас болатын түрленуін аңғарған. Периодтық жүйенің соңындағы ауыр элемент-тердің ядролары түрленуге үшырама-ды. Мүмкін, олардың үлкен электр
14—3278
181-сурет
заряды а-белшектің ядроға жақындап келуіне мүмкіндік бермеген болар.
Нейтроннық ашылуы. 1932 ж. яд-ролық физика үшін маңызды оқиға болды — Резерфордтың шәкірті, ағылшьш физигі Д. Чедвиг нейтрон-ды ашты.
Бериллийді а-белшектермен
атқылағанда протондар пайда бол-маған. Бірақ етімділігі ете күшті, қалыңдығы 10—20 см қорғасын пла-стина сияқты тосқауылдан етіп ке-тетін белгісіз сәуле байқалды. Бүл энергиясы кеп у-сәулелер деген бол-жам жасалды. Ирен Жолио-Кюри
1 82-сурет.
209
Фредерик Жолио-Кюри (1900-1958) Францияның аса көрнекті ғалымы, озық ойпы, қоғам қайраткері. Жолио Кюри өзінің зайыбы Иренмен бірге 1934 ж. жасанды радиоактивтікті ашты. Нейтрондар-дың ашылуы үшін Кюрилердің а-бөлшектердің эсерімен берилийдің сәуле шығаруын зерттеу жумыстарының маңызы зор болды. фре-дерик Жолио-Кюри 1939 ж. өзінің қызметтестерімен бірге алғашқы рет уран атом ядросы ыдырағанда ұшып шығатын нейтрондардың орташа санын анықтады және тізбекті ядролық реакцияның энергия болып шығаруы арқылы жүруінің принциптік мүмкіндігін көрсетті.
(Мария мен Пьер Кюрилердің қызы) мен оның ері Фредерик Жолио-Кюри, егер бериллийді а-белшектермен атқылағанда сәуле жолына парафин пластина қойылса, оңда бүл сәуленің иондаушы қабілеті кенет артатын-дығын байқаған. Олар бериллийдің сәуле шығаруы, ішіңде көп мөлшерде сутегі бар парафин сияқты заттарда, парафин пластинадан протондарды ыршытып шығарады деп дүрыс бол-жам жасады. Вильсон камерасының жәрдемімен (тәжірибенің схемасы 182-суретте көрсетілген) ерлі-зайып-ты Жолио-Кюрилер осы протондарды байқаған және жүгіріп өтетін жол ұзындығы бойынша олардың энергия-сын бағалаған. Егер жасалған болжам бойынша протовдар кванттармен соқтыгысудың нәтижесінде үдетілді деп ойласақ, онда бүл кванттардың энергиясы орасан зор — 55 МэВ-ке жуық болуы тиіс.
Чедвик Вильсон камерасывда бе-риллий сәулесімен соқтығысқа үшы-раған азот ядроларының тректерін бақылаған. Оның бағалауы бойынша, азот ядроларын бақылауға сәйкес жылдамдық бере алатын кванттардың энергиясы 90 МэВ болады. Вильсон камерасында аргон ядролары трек-
210
терін осылайша бақылаулар ол гипо-тетикалық у-кванттардың энергиясы 150 МэВ болуы тиіс деген қортьшдыға келтірді. Сонымен, ядролар тыныш-тық массасы жоқ бөлшектермен соқтыгысудың нәтижесінде қозға-лысқа түседі деп есептеп, зертте-ушілер айқын қарама-қайшылыққа келеді: бір ғана у-кванттарға әр түрлі энергия сәйкестеуге тура келді.
Бериллий у-кванттарды, яғни, ты-ныштық массасы жоқ бөлшектер шығара алмайды деп болжау негізсіз болғандығы өзінен-езі түсінікті. Бе-риллийден а-белшектердің әсерімен едәуір ауыр белгісіз бөлшектер үшып шығады. Тек ауыр бөлшектермен соқтығысқанда ғана протондар немесе азот пен аргонның ядролары байқалатындай көп энергия алуы мүмкін. Бүл белшектердің өтімділік қабілеті ете жоғары болғандықтан және газды тікелей иондамайтьш-дықтан, олар электр женінен нейтрал болған. Өйткені, зарядталған белшек затпен күшті әсерлеседі, сондықтан энергиясы тез жоғалтады.
Жаңа бөлшек нейтрон деп аталған. Оның бар екендігін Чед-виктің тәжірибелерінен он жыл бүрын Резерфорд алдын ала айтқан болатьш-ды. Нейтрондармен соқтығысатьш яд-
ролардың энергиясы мен импульсі бойынша олардың массасы
анықталған болатьш. Ол протонның массасынан аздап артық — 1838,6 электрон массасына тең, ал про-тондікі— 1836,1.
а-бөлшек бериллийдің ядросына тигенде мынадай реакция жүреді:
?Ве + 2Не -» 'ІС + оп.
Мүнда \>п нейтрон символы, оның заряды нөлге тең, ал салыстырмалы массасы шамамен бірге жуық.
Нейтрон — түрақты белшек емес:
еркін нейтрон 15 мин уақыт шамасын-да протонға, электронға және тыныш-тық массасы жоқ бөлшекке — ней-триноға ыдырайды.
Элементар бөлшек — нейтронның электр заряды болмайды. Онық мас-сасы протонның массасынан шамамен 2,5 электрон массасына артық.
? і Нейтрон протонмен орталық соқтығысу кезінде оған барлық энергиясыи береді, ал азот атомымен соқтығысқанда энергиясының бір бөлігін ғана береді. Бүл неліктен?
§83. АТОМ ЯДРОСЫНЫҢ ҚҮРЫЛЫСЫ. ЯДРОЛЫҚ КҮШТЕР
Ядроның протон-нейтрондық мо-делі Чедвиктіқ тәжірибелерінде нейтрон ашылған соқ іле-шала 1932 ж. бүрынғы кеңес физигі Д. Д. Иваненко мен неміс ғалымы В. Гейзенберг ядроның протон-нейт-ронды моделін үсынды. Ол ядро-лық түрленулердің кейінгі зерттеулерімен дәлелденді және қазіргі кезде даусыз болып табы-лады.
Ядроның протон-нейтронды мо-
делі. Протон-нейтронды модельге сәйкес ядролар екі сортты элементар бөлшектерден: протондар мен нейт-рондардан түрады.
Түтас алғанда, атом электр жөні-нен бейтарап, ал протон заряды элек-трон зарядына модулі бойынша тең болғандықтан, ядродағы протондардың саны атом қабықшасындағы электрон-дар санына тең. Ендеше ядродағы про-тондар саны 2 Меңделеев кестесівдегі элементтің атомдық нөміріне тең.
Ядродағы протондардың 2 саны мен нейтрондардың N санының қосындысын массальщ сан деп атап, А әрпімен белгілейді:
А - 2 + N. (10.2)
14*
Протон мен нейтрон массалары бір-біріне жуық және олардың әрқайсысы жуықтап алғанда, масса-ның атомдық бірлігіне тең. Атомдағы электрондар массасы ядро массасынан әлдеқайда аз. Сондықтан ядроның массалық саны бүтін санға дейін дөңгелектелген элементтің салыстыр-малы атомдық массасына тең. Масса-лық сандар дәлдігі онша жоғары болмайтын приборлармен ядролық массаларды өлшеу арқылы анықталуы мүмкін.
Изотоптар 2 бірдей шамада, бірақ А массалық сандары түрліше, яғни нейтрон сандары ./V түрліше, ядролар болып келеді.
Ядролық күштер. Ядролар өте ор-нықты болғавдықтан, протоадар мен нейтрондарды ядро ішінде белгісіз және өте үлкен күштер үстап түруы тиіс. Бүл нендей күш? Бүл өте әлсіз гравитациялық күш емес екендігін ал-дьш ала айтуға болады. Ядроның ор-ны