М. Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан мемлекеттік университеті

Transcript

1 М. Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан мемлекеттік университеті Жаратылыстану математикалық факультет Физика жəне математика кафедрасы 5В «Физика» мамандығының студенттері үшін қашықтан оқытудың желілік технологиясы бойынша Атом жəне атом ядросының физикасы (пəннің атауы) ПƏННІҢ ОҚУ-ƏДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ Курс ІІ Семестр 4 Кредит саны -3 Дəріс 15 сағат Практикалық сабақ 15 сағат Зертханалық жұмыс 15 сағат Оқытушының жетекшілігімен студенттің өзіндік жұмысы (ОЖСӨЖ) 45 сағат СӨЖ 45 сағат Емтихан 4 -ші семестрде Барлығы 135 сағат

2 Орал- 011 ж. ҚР мемлекеттік білім стандарты 006, Білім жəне ғылым министрлігінің физика бойынша типтік бағдарламасының негізінде құрастырылды. Курс бағдарламасын құрастырған физика жəне математика кафедрасының оқытушысы Қажмуханова Г.Ш. Физика жəне математика кафедрасының отырысында қарастырылды ж. 3 хаттама. Жаратылыстану-математикалық факультетінің оқу-əдістемелік кеңесінің отырысында бекітілді ж. 3 хаттама Типтік оқу бағдарламасы. 1. Абай атындағы Қазақ ұлттық педагогикалық университетінің Оқу əдістемелік кеңесі жасаған жəне ұсынған.. Қазақстан Республикасы Білім жəне ғылым министрлігінің жылғы 89 бұйрығымен бекітілді жəне пайдалануға берілді. 3. Типтік оқу бағдарламасы жалпыға міндетті білім беру стандартына сəйкес 5В «Физика» мамандығы студенттеріне арнап жасалынды. 4. Бағдарламаны баспаға Абай атындағы ҚазҰПУ-дің физика-математика факультетінің кеңесі баспаға ұсынды. Хаттама ж.

3 Қолданушыға нұсқау Комплектация Сырттай бөлімнің студенттеріне «Атом жəне атом ядросы физикасы» пəнін қашықтан оқытудың оқу- əдістемелік кешені құрамына келесі материалдар кіреді: 1. «Атом жəне атом ядросы физикасы» курсының жұмыс бағдарламасы. «Атом жəне атом ядросы физикасы» пəні бойынша электрондық оқу құралы 3. «Атом жəне атом ядросы физикасы пəнінен оқу- əдістемелік құралы», Қажмуханова Г.Ш. дəріс материалдары 4. Білімді тексеруге арналған сұрақтар, тапсырмаларды орындауға жəне емтиханға дайындалуға арналған əдістемелік нұсқаулар Жүйелік талаптар Оқу- əдістемелік кешенмен тиімді жұмыс жасу үшін компьютер келесі минималь талаптарды жауап беруі қажет: MS Windows /000/XP/ операциялық жүйесі, процессор 166 МГц; 18 Мб оперативті жады; DVD-дискіні оқу құралы; дыбыстық карта; «тышқан» құрылғысы. Браузер: Internet Explorer, Opera. Құжат тілі: HTML. 1 Оқытушы (оқытушылар) туралы мəлімет Қажмуханова Гүлмира Шыныбекқызы физика жəне математика кафедрасының оқытушысы Офис: Физика жəне математика кафедрасы. Толық мекен-жайы: 1 корпус, Достық-Дружба 16, 307 каб. Жұмыс телефоны: Үй телефоны: Электрондық адрес: Fiz.mat-zkgu@mail.ru. Пəн туралы мəлімет Кіріспе Курстың қысқаша баяндалуы: Атомдық физика курсында атом моделі, атом ядросы, кванттық механиканың негізгі ұғымдары, ядролық реакциялар, элементар бөлшектер физикасы тереңдетіліп оқытылады. Физикалық ұғымдар мен теориялардың модельдік сипаты қарастырылады. Курсты меңгеруге 15 сағат дəріс, 15 сағат практикалық сабақ, 15 сағат зертханалық сабақ жəне 45 сағат ОЖСӨЖ на арналған.

4 Курстың мақсаты: Студенттерге периодты үрдістерді оқып үйренуге қатысты негізгі эксперименттік фактілерді баяндау. Оларға физикадағы шектік өтулердің болатындығын көрсету. Курстың міндеті: Курстың міндеті атомдық жəне ядролықп, айналада болып жатқан құбылыстарды, процестерді түсіндіру, физикалық білімдерін кеңейту. Теориялық білімнің пайдасы физика есептерін шығарғанда қолданады. Сонымен бірге студенттердің санасында дүниенің бір тұтас суреттемесін қалыптастыруда қажет. Пререквизит: əртүрлі математикалық есептеулерді (дəрежелі сандарды қосу, көбейту, бөлу, т.с.с)жүргізу, формулаларды математикалық түрлендіру жəне басқа да математикалық операциялар жасау үшін математика пəні, геометрия пəні. MAT 10, ANG 101, MEH 101, MAT 101. Постреквизиттер: Атомдық физика курсында алған білімдері мен дағдылары: Бор постулаттары, Резерфордтың атом моделі, радиоактивтілік ыдырау заңдылықтарын, ядролық физика жəне элементар бөлшектер физикасын меңгеру арқылы айналадағы процестерді терең түсінуге жəрдемдеседі. (STF 401, ORT 0, MOL 10, ELM 01, AYF 301) Оқытудың əдіснамасы: Атомдық физика курсы дəріс, практикалық сабақтар, зертханалық сабақтар жəне ОЖСӨЖ түрінде өткізіледі. Оқыту үрдістерінде студенттер белсенді түрде қатысулары қажет. Олардың білімдерін бағалауғада көп көңіл аударылады. 3. «Атом жəне атом ядросы физикасы» пəнінің жұмыс бағдарламасы (SILLABUS) Бірінші апта 1 кредит сағат 1 дəріс Дəрістің тақырыбы: Ядролық модельдері. Томсонның атом моделі. Резерфордтың атом моделі. Дəрістің мазмұны: Томсонның атом моделі. Резерфордтың атом моделі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Бор постулаттары. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Сцинтилляциялық экранның əсер принципі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 1 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Электромагниттік сəулеленудің кванттық табиғаты. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: 1 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: 1 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 1 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Страбоскопиялық сурет бойынша импульстің сақталу заңын тексеру. ОЖСӨЖ мазмұны: Импульстің сақталу заңы. СӨЖ мазмұны: зертханалық жұмысқа дайындалу.

5 Екінші апта 1 кредит сағат дəріс Дəрістің тақырыбы: Франк жəне Герц тəжірибесі. Сутек атомының спектрі. Дəрістің мазмұны: Сутек атомының теориясы. Франк жəне Герц тəжірибесі. Сутек атомының спектрі. Бор орбитасының радиусының формуласын қорыту. Бор теориясының кемшіліктері. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Бор орбитасының радиусының формуласын қорыту. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Бор теориясының кемшіліктері. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Комптон эффектісі. Рентгендік сəулелер. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: Жылулық сəулелену. Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: Электромагниттік сəулеленудің корпускулалық қасиеттері. Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Страбоскопиялық сурет бойынша энергияның сақталу заңын тексеру. ОЖСӨЖ мазмұны: Энергияның сақталу заңы. СӨЖ мазмұны: 3 зертханалық жұмысқа дайындалу. Үшінші апта 1 кредит сағат 3 дəріс Дəрістің тақырыбы: Кванттық механиканың негіздері. Луи де Бройль формуласы. Дəрістің мазмұны: Луи де Бройль формуласы. Гейзенбергтің анықталмаушылық принципі. Толқындық функция. Шредингер теңдеуі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Толқындық функция. Шредингер теңдеуі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Девидсон жəне Джермер тəжірибелері. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 3 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Бөлшектердің шашырауы. Резерфорд-Бор атомының моделі. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: Резерфорд формуласы. Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: 3 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат

6 3 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Бөлшектердің серпімді соқтығысуы. ОЖСӨЖ мазмұны: Жанама соққы. Импульстің сақталу заңы. СӨЖ мазмұны: 4 зертханалық жұмысқа дайындалу Төртінші апта 1 кредит сағат 4 дəріс Дəрістің тақырыбы: Кванттық механиканың негіздері. Зееман эффектісі. Штарк эффектісі. Дəрістің мазмұны: Кванттық механикадағы сутек атомы. Кванттық сандар. Зееман эффектісі. Штарк эффектісі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Фермиондар жəне бозондар. Паули принципі. Бөлшектердің ажыратылмаушылық принципі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Рентгендік спектрлер. Мозли заңы. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 4 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Заттың толқындық қасиеттері. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: Де Бройль толқыны. Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: Гейзенбергтің анықталмаушылық принципі. Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 4 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Бөлшектердің соқтығысуы кезінде импульстің сақталу заңын тексеру. ОЖСӨЖ мазмұны: Серпімді соққы. Механикалық энергияның сақталу заңы. СӨЖ мазмұны: 5 зертханалық жұмысқа дайындалу. Бесінші апта 1 кредит сағат 5 дəріс Дəрістің тақырыбы: Атом ядросының құрылысы жəне негізгі сипаттамалары. Дəрістің мазмұны: Атом ядросының заряды, құрамы жəне өлшемі. Байланыс энергиясы жəне ядро массасы. Ядроның спині, магниттік жəне электрлік момент. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Байланыс энергиясы жəне ядро массасы. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Ядроның спині, магниттік жəне электрлік момент. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 5 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Шредингер теңдеуі. Əдебиет: [9]; [10]; [11]

7 ОЖСӨЖ мазмұны: Бөлшектердің потенциалдық шұңқырды жарып өтуі. Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: Мозли заңы. Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 5 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Элементар бөлшектерді тіркеу əдістері. ОЖСӨЖ мазмұны: Элементар бөлшектерді тіркеу жəне үдету əдістері. СӨЖ мазмұны: 6 зертханалық жұмысқа дайындалу. Алтыншы апта 1 кредит сағат 6 дəріс Дəрістің тақырыбы: Ядролық күштер. Ядролық модельдер. Дəрістің мазмұны: Ядролық күштердің ерекшеліктері. Ядроның тамшы моделі. Ядроның қабықша моделі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Ядроның тамшы моделі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Ядроның қабықша моделі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 6 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Орнықты ядролар. Ядроның заряды, массасы жəне радиусы. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: Ядроның байланыс энергиясы. Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: Ядроның спині жəне магниттік моменті. Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 6 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Элементар бөлшектердің серпімді соқтығысуы. ОЖСӨЖ мазмұны: 6 зертханалық жұмыс бойынша есеп беру. СӨЖ мазмұны: 7 зертханалық жұмысқа дайындалу. Жетінші апта 1 кредит сағат 7 дəріс Дəрістің тақырыбы: Радиоактивтілік. Радиоактивті сəулелену жəне оның түрлері. Дəрістің мазмұны: Радиоактивтілік. Радиоактивті сəулелену жəне оның түрлері. Радиоактивті ыдырау заңы. α - ыдырау. α - ыдырау үшін ығысу ережесі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Коллоквиум. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: α ыдырау заңы. α ыдырау үшін ығысу ережесі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат

8 7 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Ядролық күштер. Ядролық модельдер. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: 7 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: 7 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 7 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Элементар бөлшектердің серпімді соқтығысуы. ОЖСӨЖ мазмұны: 7 зертханалық жұмыс бойынша есеп беру. СӨЖ мазмұны: 8 зертханалық жұмысқа дайындалу. Сегізінші апта 1 кредит сағат 8 дəріс Дəрістің тақырыбы: Радиоактивтілік. β-ыдырау. Нейтрино. Дəрістің мазмұны: Радиоактивтілік. β-ыдырау. β - ыдырау үшін ығысу ережесі. Нейтрино. γ сəулелену жəне оның түрлері. γ сəулеленудің резонанстық жұтылуы. Мессбауэр эффектісі. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: γ сəулеленудің резонанстық жұтылуы. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Мессбауэр эффектісі. кредит сағат 8 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Бақылауға əзірлік Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: 1-7 практикалық сабақтар тақырыптары бойынша бақылау жұмысы Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 8 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Трек фотографиясы бойынша бөлшектің зарядының оның массасына қатынасын анықтау. ОЖСӨЖ мазмұны: Магнит өрісінде қозғалатын зарядталған бөлшектердің тректерінің фотографиясымен танысу. СӨЖ мазмұны: 9 зертханалық жұмысқа дайындалу. Тоғызыншы апта 1 кредит сағат 9 дəріс Дəрістің тақырыбы: Ядролық реакциялар. Дəрістің мазмұны: Ядролық реакциялардың сипаттамалары. Ядролық реакциялардың түрлері. Ядролық энергетика. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Ядролық реакциялардың түрлері. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Ядролық энергетика. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7]

9 кредит сағат 9 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Радиоактивті ыдырау заңы. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: β-ыдырау. γ сəулелену. Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: 9 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 9 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Зарядталған бөлшектердің тректерін анықтау. ОЖСӨЖ мазмұны: Вильсон камерасының, көпіршікті камераның жұмыс принципі. СӨЖ мазмұны: 10 зертханалық жұмысқа дайындалу Оныншы апта 1 кредит сағат 10 дəріс Дəрістің тақырыбы: Ядролық реакциялар. Дəрістің мазмұны: Ядролық реакциялар. Ядроның бөліну реакциясы. Тізбекті реакция. Атом ядроларының синтез реакциясы. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Атом ядроларының синтез реакциясы. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Термоядролық синтез. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 10 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Ядролық реакциядағы энергияның, импульстің жəне зарядтың сақталу заңы. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: 10 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: Ядролардың энергетикалық деңгейлері. Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 10 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Əзір фотография бойынша зарядталған бөлшектердің тректерін анықтау. ОЖСӨЖ мазмұны: 10 зертханалық жұмыс бойынша есеп беру. СӨЖ мазмұны: Коллоквиумға əзірлік. Он бірінші апта 1 кредит сағат 11 дəріс Дəрістің тақырыбы: Ғарыштық сəулелер. Дəрістің мазмұны: Ғарыштық сəулелер. Бірінші жəне екінші ретті ғарыштық сəулелер. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Бірінші жəне екінші ретті ғарыштық сəулелер.

10 Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Кең атмосфералық жолақтар. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 11 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Ядроның бөлінуі. Тізбекті реакция. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: коллоквиум. Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: Термоядролық реакциялар. Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 11 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Сыртқы фотоэффектіні зерттеу. Планк тұрақтысын анықтау. ОЖСӨЖ мазмұны: 11 зертханалық жұмыс бойынша есеп беру. СӨЖ мазмұны: 1 зертханалық жұмысқа дайындалу. Он екінші апта 1 кредит сағат 1 дəріс Дəрістің тақырыбы: Фундаментальдыы əсерлесулер. Дəрістің мазмұны: Фундаментальдыы əсерлесулер. Күшті, электромагниттік жəне əлсіз əсерлесулер. Гравитациялық əсерлесулер. Вайнберг-Салам теориясы. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Гравитациялық əсерлесулер. СӨЖ мазмұны: Вайнберг-Салам теориясы. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 1 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Жоғары энергиялы бөлшектер. Бөлшектердің ыдырауы. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: 1 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: 1 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 1 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Франк жəне Герц əдісімен резонанстық потенциалды анықтау. ОЖСӨЖ мазмұны: Франк жəне Герц тəжірибесі. СӨЖ мазмұны: 13 зертханалық жұмысқа дайындалу. Он үшінші апта 1 кредит сағат 13 дəріс Дəрістің тақырыбы: Элементар бөлшектер.

11 Дəрістің мазмұны: Элементар бөлшектер. Элементар бөлшектердің классификациясы. Нуклондардың құрамы. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Рефераттарды тапсыру Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Жеке тапсырмалар. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 13 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Элементар бөлшектер. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: бақылау жұмысына əзірлік. Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: бақылау жұмысына əзірлік. Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 13 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Абсолют қара денені зерттеу. ОЖСӨЖ мазмұны: 13 зертханалық жұмыс бойынша есеп беру. СӨЖ мазмұны: 14 зертханалық жұмысқа дайындалу. Он төртінші апта 1 кредит сағат 14 дəріс Дəрістің тақырыбы: Сыртқы өрістердегі зарядталған бөлшектердің қозғалысы. Қозғалыс заңдары. Анализаторлар. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Қозғалыс заңдары. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Анализаторлар. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 14 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Элементар бөлшектердің қасиеттері. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: 14 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] СӨЖ мазмұны: 14 ПС тақырыптары бойынша есептер шығару Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 кредит сағат 14 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: Абсолют қара денені зерттеу. ОЖСӨЖ мазмұны: Зертханалық жұмыстар бойынша есеп беру. СӨЖ мазмұны: Зертханалық жұмыстарды қорытындылау Он бесінші апта 1 кредит сағат 15 дəріс

12 Дəрістің тақырыбы: Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] ОЖСӨЖ мазмұны: Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] СӨЖ мазмұны: Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Əдебиет: [1]; []; [3]; [6]; [7] кредит сағат 15 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Бақылау жұмысы. Əдебиет: [9]; [10]; [11] ОЖСӨЖ мазмұны: Бақылау жұмысын талдау. 3 кредит сағат 15 зертханалық сабақ Зертханалық сабақтың тақырыбы: 1-14 зертханалық жұмыстар бойынша есеп беру. ОЖСӨЖ мазмұны: Емтиханға əзірлік СӨЖ мазмұны: Емтиханға əзірлік 4. Негізгі жəне қосымша əдебиеттер тізімі, Интернет желісіндегі Web-сайт адрестері 1. Жұманов К.Б. Атомдық физика. Алматы, Қойшыбаев Н. Оптика, атом, ядро жəне элементар бөлшектер. Алматы, Абдулаев Ж. Жалпы физика курсы. Алматы: Ана тілі, Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т. 3, М: Гос. Изд. Техника теорет. Лит., Наркевич И.И., Волмянский Э.И., Лобко С.И. Физика. Учебное пособие. Минск: Новое знание, Королев Ф.А. Курс физики. Оптика, атомная и ядерная физика. М., Просвещение, Савельев И.В. Курс общей физики т.. М., Наука, Трофимова Т.И. Справочник по физике. М.: Изд. АСТ, Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы. Алматы: Мектеп, Цедрик М.С. Сборник задач по курсу общей физики. М.: Просвещение, Чертов. Сборник задач по курсу общей физики. Интернет-көздер: REF=&S S1STN= Атом жəне атом ядросы физикасы пəні бойынша тапсырмаларды орындау жəне тапсыру кестесі

13 Жұмыстың түрлері Орындалу Тексеру Тапсыру Балдар ұзақтығы формасы мерзімі максиму м айыппұл Жеке тапсырмалар 6 апта Жазбаша есеп 7-апта Уақытылы тапсырмаған Жеке тапсырмалар 7 апта Жазбаша жұмыс 3 Коллоквиум 1 4 апта ауызша жауап 4 Коллоквиум 8 апта ауызша жауап 5 Бақылау жұмысы 6 апта Жазбаша жауап 6 Бақылау жұмысы 6 апта ауызша жауап 7 Лабораториялық жұмыс 50 минут ауызша жауап 9 Реферат 11 апта Жазбаша жұмыс Г.Ш. 6. Мəтіндік оқу құралы, авторлық дəрістер ы үшін 15 апта Уақытылы тапсырмаған ы үшін 5 апта Уақытылы тапсырмаған ы үшін 14 апта Уақытылы тапсырмаған ы үшін 8 апта уақытылы тапсырмаған ы үшін 15 апта уақытылы тапсырмаған ы үшін уақытылы тапсырмаған ы үшін 1 апта уақытылы тапсырмаған ы үшін Атом жəне атом ядросы физикасы пəнінен оқу -əдістемелік-құрал, Қажмуханова ОƏК Атом жəне атом ядросы физикасы пəні бойынша авторлық дəріс мəтінінен тұрады. Ол МЕСТ талабына жəне кафедрада бекітілген жұмыс бағдарламасына сəйкес құрастырылған. 1 дəріс Тақырып: Ядролық модельдері. Томсонның атом моделі. Резерфордтың атом моделі.

14 Дəрістің мазмұны: Ядролық модельдері. Томсонның атом моделі. Резерфордтың атом моделі. Бор постулаттары. Сцинтилляциялық экранның əсер принципі. Барлық заттар бөлiнбейтiн аса ұсақ бөлшектерден атомдардан тұрады деген ұғым ерте қалыптасқан болатын. Егер атом шындығында заттың бөлiнбейтiн алғашқы кiрпiштерi болса табиғаттағы кездесетiн сан алуан заттарға сан алуан атомдар сəйкес қойылуы тиiс. Бұлай болуы бiр жағынан күмəн туғызады. Физика ғылымының дамуы барысында ХIХ ғасырдың аяғына қарата атомның қасиеттерiне байланысты жаңа тəжiрибелiк деректер жинала бастады. Мысалы М.Фарадей 1833 жылы электролиз құбылысын зерттеу барысында электролит ертiндiлерiндегi ток иондардың реттелген қозғалысы екенiн анықтады. Ал 1897 жылы Дж.Томсон сиретiлген газдардағы электр разрядын зерттеу барысында қыздырылған немесе ультракүлгiн жарықпен сəулелендiрiлген кез-келген химиялық элементтiң атомы өзiнен терiс зарядталған бөлшектердi шығатынын анықтады. Осылай алғашқы элементар бөлшек электрон ашылды. Атом құрлысының күрделiлiгiне нұсқайтын тағы бiр бұлтартпас факт 1869 жылы орыс ғалымы Д.И.Менделеев ашқан химиядық элементтердiң периодтылық заңы. Атомдық масса өскен кезде элементтердiң қасиеттерiнiң қайталануын атомның құрамына кiретiн бөлшектердiң саны өскен кезде оның iшкi құрылымының қандай да бiр ерекшелiгiнiң қайталануымен түсiндiруге болатындай. Атомды күрделi жүйе деп ұйғарып, оның алғашқы моделiн ұсынған ғалым Дж.Томсон. Томсон моделi бойынша атом дегенiмiз радиусы шамамен м болатын шар. Бұл шардың бүкiл көлемi оң зарядталған, ал терiс зарядталған электрондар оның iшiнде су тамшысының iшiнде жүзiп жүрген түйiршiктер тəрiздi қозғалып жүредi (7.1 - сурет). Томсон моделi атомның бiрқатар қарапайым қасиеттерiн сəттi түсiндiргенiмен көп жағдайда қиыншылыққа тiрелетiн сурет Осы тұрғыдан атом құпиясына тереңiрек үңiлiп, оның жаңа бiр моделiн ұсынған ғалым ағылшын оқымыстысы Э.Резерфорд болатын. Ол өз тəжiрибелерiнде аса шапшаң α-бөлшектер жұқа алтын фольгадан шашыраған кездегi бұрыштық таралуын зерттей келе атомның планетарлық моделi деп аталатын моделiн ұсынды. Резерфордтың бұл моделi бойынша атомдағы оң зарядтар Томсон моделiндегiдей бүкiл көлемде таралмай, керiсiнше, оның орталығында жинақталады. Оны атом ядросы деп атайды. Ал электрондар болса Күн жүйесiндегi планеталар тəрiздi ядроны айнала қозғалып жүредi ( сурет сурет). Электрондардың массасы аса аз болғандықтан атомның бүкiлдей дерлiк массасы ядрода шоғырланған. Ядроның өлшемi атомның өлшемiмен салыстырғанда шамамен 10 5 еседей кiшi. Бор постулаттары. Бор жасаған сутегi атомының моделi Атомның ядролық моделi α-бөлшектердiң жұқа алтын фольгадан шашырауын дұрыс түсiндiргенiмен екiншi жағынан басқа қиындыққа жолықты. Оның мəнiсi мынада болатын. Классикалық электродинамика заңдары тұрғысынан атомның планетарлық

15 моделi тəрiздес жүйелер орнықты болмауы тиiс едi. Себебi, электрон ядроны айнала үдей қозғалатын болғандықтан өзiнен электромагниттiк сəуле шығаруы тиiс. Ал бұлай сəуле шашу оның энергиясын кемiтедi де соның салдарынан электронның айналу радиусы бiрте-бiрте кемiп, түбiнде ол ядроға құлап түсуi тиiс болатын. Бiрақ тəжiрибе бұған мүлдем керi нəтиже бередi. Атом орнықты жүйе жəне ол қозбаған күйде болса өзiнен ешқандай да сəуле шығармайды. Теория мен тəжiрибенiң арасындағы осындай қарама-қайшылықты шешу жолында ғалымдарға бiраз тер төгуге тура келдi. Бұл бағыттағы зерттеулер барысында алғашқы елерлiктей табысқа дат ғалымы Нильс Бор жеттi. Ол классикалық физиканың атомдық жүйеге қатысты барлық көзқарастарын қайта қарай келiп, оның атомдарға қатысты жаңа тəжiрибелiк деректердi түсiндiруде дəрменсiз екенiне көзi жеттi. Бұл жерде классикалық физика ұғымдарының ауқымынан тысқары шығу қажет болатын. Нильс Бор 1913 жылы солай жасады да, ол атомның жарықты шығаруы мен жұтуы жөнiндегi өзiнiң түсiнiгiн мынадай екi постулат түрiнде тұжырымдады : 1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей қозғалғанымен өзiнен сəуле шығармайды.. Сəуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған сəуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады hv=e n - E m Мұндағы E n жəне E n осы стационар күйлердiң энергиясы, ал h Планк тұрақтысы. Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп, сəуле шығару жəне жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы. дəріс Тақырып: Франк жəне Герц тəжірибесі. Сутек атомының спектрі. Дəрістің мазмұны: Сутек атомының теориясы. Франк жəне Герц тəжірибесі. Сутек атомының спектрі. Бор орбитасының радиусының формуласын қорыту. Бор теориясының кемшіліктері. Сутегi атомы үшiн есептелген спектрлердiң тəжiрибе нəтижесiмен сəйкес келуi Бор теориясының үлкен табысы едi. Бiрақ бұл əлi де стационар күйлердiң болатындығының, атом энергиясының квантталатынының айқын дəлелi емес-тiн. Атомның энергетикалық күйiнiң дискреттi болатынын алғаш рет дəлелдеген тəжiрибе Дж.Франк жəне Г.Герц тəжiрибесi жылы орындалған бұл тəжiрибеде электрондардың сынап атомынан шашырауы зерттелген болатын. Интерференция, дифракция жəне дисперсия тəрiздi құбылыстар кезiнде ақ жарықтың бiрнеше түске жiктелетiнi тəжiрибеден белгiлi. Дисперсия құбылысын пайдалана отырып, Ньютонның ақ жарықты жiктегенiн бiлемiз. Тəжiрибе жалпы спектрлердi мынадай бiрнеше топқа бөлуге болатынын көреттi : тұтас спектр, сызықтық сектр жiне жолақты спектрлер. Тұтас спектрдi қатты дене, сұйық жəне сығылған газды жоғарғы температураға дейiн қыздырған кезде бередi. Тұтас спектр шартты түрде жетi түске бөлiнедi : қызыл, оранж,

16 сары, жасыл, көгiлдiр, көк жəне күлгiн. Бұл түстердiң арасында айқын шекара жоқ. Бiр түс екiншi түске бiрте-бiрте өтедi. Спектрдiң тұтас болуы оның құрамында барлық толқын ұзындығындағы жарықтың бар екенiн көрсетедi. Бұлай болуының басты себебi жарық шығарып тұрған атомдар бiр бiрiмен күштi байланыста. Осы күштi байланыстың салдарынан əрбiр атом шығарған монохроматты жарықтар ұйытқып, бiр-бiрiмен тұтасып кетедi. Сиретiлген газды жоғарғы температураға дейiн қыздырып, спектроскоп арқылы қарасақ жiңiшке сызықтардан тұратын спектрдi байқаймыз. Мұндай сызықтық спектрдiң байқалуы жарық шығарып тұрған зат осы сызықтарға сəйкес келетiн жиiлiктегi ғана жарықты шығарып тұрғанының дəлелi. Бұл спектрлердi газдың жекелеген атомдары шығарады. Газ жақсы сиретiлген болғандықтан оаның атомдары бiр-бiрiмен əсерлеспейдi десе де болады. Ал мұндай сызықтық спектрдiң болуы жəне бұл сызықтарға сəйкес келетiн жиiлiктiң мəнi Бордың теориясынан анықталады. Егер жарық шығарып тұрған газдың тығыздығын бiрте-бiрте арттыратын болсақ, онда спектр сызықтарының енi бiрте-бiрте артып, тұтасып кетедi. Тағы бiр байқалатын спектрдiң түрi жолақ спектрлер. Олар аралары бiр бiрiнен бөлiнген енi едəуiр үлкен жолақтардан тұрады. Ажыратқыштық қабiлетi жоғары спектроскоптың көмегiмен жеке жолақтарды бажайлап қарайтын болсақ, олардың өте тығыз орналасқан жеке сызықтардың жиынтығы екенiне көз жеткiзуге болады. Сызықтық спектрлердi жеке атомдар беретiн болса, жолақ спектрлердi бiр-бiрiмен байланыспаған немесе əлсiз байланысқан молекулалар туғызады сурет Осы кезге дейiнгi қарастырғанымыз жарықтың шығару спектрлерi (7.3 - сурет). Жарықты атомдар тек белгiлi жиiлiкте шығарып қана қоймайды, сонымен қатар осындай жиiлiктерде жұтады да. Мысалы ақ жарықты температурасы төмен, өзiнен жарық шығарып тұрмаған газ арқылы жiберетiн болсақ, жарықтың үздiксiз спектрiнiң бетiнде қара сызықтар пайда болады. Бұл жұтылу спектрлерi (7.4 - сурет).

17 7.4 - сурет Сызықтық спектр оны шығарып тұрған атомның құрлысымен тiкелей байланысты. Ал əрбiр заттың атомы бiр-бiрiнен ерекше, олай болса əрбiр заттың беретiн спектрi де ерекше. Бұл белгiсiз заттың спектрiн зерттей отырып, оның химиялық құрамын анықтауға мүмкiндiк бередi. Бұл əдiстi спектрлiк сараптау деп атайды. 3 дəріс Тақырып: Кванттық механиканың негіздері. Луи де Бройль формуласы. Дəрістің мазмұны: Луи де Бройль формуласы. Гейзенбергтің анықталмаушылық принципі. Толқындық функция. Шредингер теңдеуі. Девидсон жəне Джермер тəжірибелері. Заттардың толқындық қасиеттері. Луи де Броиль формуласы. Бұрын айтылғандай жарықтың екі жақты толқындық ( интерференция, дифракция, поляризация) жəне эффектісі (жарықтың қысымы ) қасиеті болатындығын білеміз француз физигі Де Броиль жарық фотондары сияқты, электрондардың да толқындық қасиеті болады деген болжам айтып, электрондардың толқын ұзындығын есептеуге арналған формула берген. ε = hv Фотонның энергиясы, екінші жағынан Эйнштейннің салыстырмалы теориясы бойынша масса мен энергияның арасында мынандай байланыс бар. ε = m ф c ; hv Сонда электронның импульсі h P e = λ m ф = hv = mфc ; λ c h = P ; h ϑ = e m ; e Рф = mфс= ϑ электронның жылдакмдығы. Егер электрон потенциалдар айырымы электр өрісінде үдемелі қозғалса mϑ = eu eu h me ϑ = = ; m m eu e e Де Броиль толқын ұзындығы кристалдардың атомдық жазықтықтарының арақашықтығы мен шамалас болады. Олай болса, кристалдық ток Бройль толқындары үшін ; h λ

18 дифракциялық тор қызметін атқарады. Сондықтан электрондар шоғы кристалдан өткенде электрондардың дифракциясын бақылауға болады. 197 ж Американ физиктері Дэвиссон мен Джермер электрондар шоғын никель кристалына түсіріп, одан шағылған электрондардың дифракция құбылысын байқаған. Осы тəжірибе Де Броиль болжамының дұрыстығын дəлелдеп, электрондардың толқындық қасиеті болатындығын көрсетті. Осындай электрондардың диффракциясын орыс ғалымдары Тартаковский, Фабрикант тəжірибе жүзінде бақылады. Жалпы алған толқындық қасиет тек электрондарға ғана тəн емес, басқада кез келген (протон, нейтрон т.б.) бөлшектерге де тəн қасиет екендігін көреміз. Гейзенбергтің анықталмаушылық принципі. Классикалық механикада қозғалатын кез-келген материалдық нүктенің (бөлшектің) белгілі бір траекториясы жəне кез келген уақытта оның координаты мен импульсін дəл анықтауға болады. Ал, көзге көрінбейтін ұсақ бөлшектер ( микробөлшектер) болса, өзінің толқындық егер де координат мəнін, дəл өлшесек, онда оны өлшеудегі кеткен қателік x = 0 болады, онда = h x P x болады, яғни бұл жағдайда импульстің мəнін өлшегенде кететін қателік болады. Ал, егер импульстің мəнін дəл өлшесек, онда координаттың белгілі бір мəні болмайды x. Мысалы, атом ішінде қозғалатын электронды қарастырайық; яғни оның координатын анықтамақ болайық. Атомның радиусы r x h 8 ϑч = = 1, 10 м / с πm x м, сонда атом ішіндегі электронның координатын анықтаудағы кететін қате м болады. Сонда электронның жылдамдығын анықтаудағы кететін қате; болады. 8 ( ϑ = 10 м / с тең екен. Бұл электронның атомның ішіндегі жылдамдығына Сонда атом ішіндегі электронның жылдамдығын анықтаудағы қате сол жылдамдықтың өзіне тең болып отыр. Сондықтан атом ішінде электронның белгілі бір жылдамдықпен қозғалатын тұйықталған орбитасы бар деуіміз дұрыс емес. Сонымен қатар кванттық теорияның негізінде Е t уақыт пен энергияның анықтамаушылықтарды қарастырылады. Осыдан белгілі бір жүйенің (бөлшектің) орташа өмір сүру уақыты дəл белгілі болса, онда ол жүйені сипаттайтын энергияны анықтауға болмайды. Керісінше E белгілі болса t болады толқындық қасиеті болу есебінен классикалық бөлшектен ерекше айырмашылығы болады. Микробөлшектердің бір айырмасы, олардың траекториясы болмайды. Сондықтан бір мезгілде олардың координаттары мен импульстерін дəл анықтауға мүмкіншілік болмайды. Олай болса микробөлшектерді, макробөлшектерге тəн шамалар мен тек жуықтап қана сипаттауға болады. Осы пікірге байланысты толқындық механикада мынандай принцип бар: «Электронның (немесе кез-келген ұсақ бөлшектердің) орынын (координатын) жəне импульсін бір мезгілде дəл өлшеуге болмайды. Мысалы: фотонның х осі бойынша координатын өлшегендегі қателік x болып, оның жылдамдығын өлшегендегі қателік ϑ x болса, онда мына шарт орындалу керек: x ϑ h h πm x ;

19 x ϑ x m h ; x P h ; мұнда = x m кеткендегі қателік. y P z P y z x x P h h x h P x импульсті өлшеуге Осы теңсіздіктерді бірінші рет неміс физигі Гейзенберг ұсынған болатын. Сондықтан оны Гейзенбергтің анықталмаушылық теңсіздіктері деп атайды. Зат бөлшектерін сипаттайтын əрі толқындық, əрі корпускалалық екі жақтылы универсалды теория деген де Бройль идеясын көптеген тəжірибелер растайды. Анықталмаушылық принцип классикалық физика заңдарын микробөлшектердің күйін сипаттау үшін қолдануға болмайтындығын көрсетті. Сондықтан микробөлшектердің қасиеттерін зерттеу үшін ХХ-ғасырдың бас кезінде жаңа теория, кванттық механика теориясы қалыптаса бастады. Бұл теория ұсақ бөлшектердің қозғалу заңдары мен өзара əсерлесуі олардың толқындық қасиеттеріне байланысты екендігін көрсетті. 4 дəріс Тақырып: Кванттық механиканың негіздері. Зееман эффектісі. Штарк эффектісі. Дəріс мазмұны: Кванттық механикадағы сутек атомы. Кванттық сандар. Зееман эффектісі. Штарк эффектісі. Фермиондар жəне бозондар. Паули принципі. Бөлшектердің ажыратылмаушылық принципі. Рентгендік спектрлер. Мозли заңы. Кванттық сандар кванттық жүйелерді (атом ядросын, атомды, молекуланы, т.б.), жеке элементар бөлшектерді, жорамал бөлшектерді (кварктер мен глюондарды) сипаттайтын физикалық шамалардың мүмкін мəндерін анықтайтын бүтін немесе бөлшек сандар. Кванттық жүйе күйін түгелдей анықтайтын кванттық сандардың жиынтығын толық кванттық сандар деп атайды. Атомдағы электронның күйі үш кеңістіктік координата жəне спинмен байланысқан электронның төрт еркіндік дəрежесіне сəйкес келетін төрт кванттық санмен анықталады. Олар сутек атомы жəне сутек тəрізді атомдар үшін былайша аталады: бас кванттық сандар (n), орбиталық кванттық сандар (l), магниттік кванттық сандар (ml), магнитті спиндік не спиндік кванттық сандар (ms). Кванттық сандар микродүниеде өтетін процестердің дискретті сипаты бар екендігін бейнелейді əрі олар əсер квантымен, яғни 'Планк тұрақтысымен тығыз байланысты болады. Спин-орбиталық өзара əсер ескерілген кезде электронның күйін сипаттау үшін ml мен ms-тің орнына толық қозғалыс мөлшері моментінің кванттық саны (j) мен толық момент проекциясының кванттық саны (mj) пайдаланылады. Атомның, т.б. кванттық жүйелердің күйін сипаттау үшін күй жұптылығы (P ) делінетін тағы да бір кванттық сан енгізіледі. Ол +1 не 1 мəндерін қабылдайды. Элементар бөлшектер физикасы мен ядролық физикада бұдан да басқа кванттық сандар енгізіледі. Мысалы, электрлік заряд (Q), бариондық заряд (B), электронды-лептондық заряд (Le), мюонды-лептондық заряд (L ), изотоптық спин (T), ғажаптылық (оғаштық) (S) не гиперзаряд, т.б. Кванттық сандар элементар бөлшектердің кванттық сандары олардың (бөлшектердің) өзара əсері мен бір-біріне айналу процесін анықтайтын ішкі сипаттамасы болып табылады. Кең мағынада кванттық сандар деп, көбінесе, кванттық механикалық бөлшектер (немесе жүйелер) қозғалысын анықтайтын жəне қозғалыс кезінде сақталатын физикалық шамаларды айтады. Зееман эффектісі - магнит өрісі əсерінен атомның, т.б. атомдық жүйелердің энергия деңгейлері мен спектрлік сызықтарының жіктелуі. Бұл құбылысты голланд физигі П.Зееман ( ) ашқан (1896). Магнит өрісі əсерінен энергия деңгейлері зеемандық қосымша деңгейлерге жіктеледі: і жəне k қосымша деңгейлердің арасындағы ауысулар кезінде бір спектрлік сызықтың орнына бірнеше полярланған құраушылар түзіледі.

20 Магнит өрісі кернеулігінің (Н) бағытына перпендикуляр бағыттағы дара спектрлік сызықтар үшін (1-сурет) Н-тың бағытымен полярланған σ-құраушының алғашқы сызықтарымен салыстырғанда ығыспаған зеемандық триплет (үш еселі) жəне Н-қа перпендикуляр полярланған əрі π-мен салыстырғанда симметриялы σ-құраушылар пайда болады (жай Зееман эффектісі жəне қалыпты Зееман эффектісі, -суретті қ.). Зееман эффектісінің жоғары ретті дублеттері (екі еселі) мен мультиплеттері (көп еселі) үшін жіктелудің күрделі бейнесі байқалады: бір-бірінен бірдей қашықтықта тұрған бірнеше σ- құраушылары жəне олармен салыстырғанда симметриялы екі σ-құраушылар тобы (аномальды немесе күрделі Зееман эффектісі) түзіледі. Жіктелудің шамасы Н-қа пропорционал жəне оның мəні салыстырмалы түрде аз (H 0 кэ үшін оның шамасы -нің ондық үлесіндей). Күшті магнит өрісінде күрделі Зееман эффектісінің орнына зеемандық триплетті (Пашен-Бак эффектісі) байқауға болады. Зееман эффектісі кванттық жүйенің (мысалы, атомның) магниттік моментінің (µ) болуымен түсіндіріледі. Ол атомның механикалық моментімен (M) байланысқан жəне кеңістікте белгілі бір бағытпен ғана бағдарлануы мүмкін. Н-тың бағытындағы магниттік моменттің (µ) əрбір проекциясына (Н) қосымша энергия сəйкес келеді де, деңгей жіктеледі. Зеемандық жіктелу бейнесін зерттеу арқылы атомның жəне атомдық жүйелердің нəзік түзілістерін талдауға болады. Бұл эффектінің негізінде кванттық электроника құрылғылары жасалады. Паули принцип, тыйым салу принципі табиғаттың іргелі заңдарының бірі. 195 жылы швейцариялық физик В.Паули ( ) тұжырымдаған. Паули принцип бойынша кванттық жүйеде спині жартылай бүтін екі не одан да көп бірдей бөлшектер бір мезгілде бір күйде бола алмайды. Паули принцип химиялық элементтердің периодтық жүйесін, атом ядроларының, молекулалардың, кристалдардың қасиеттерін түсіндіруде маңызды рөл атқарады. 5 дəріс Тақырып: Атом ядросының құрылысы жəне негізгі сипаттамалары. Дəріс мазмұны: Атом ядросының заряды, құрамы жəне өлшемі. Байланыс энергиясы жəне ядро массасы. Ядроның спині, магниттік жəне электрлік момент. Кез-келген химиялық элементтiң атомының ядросы оң зарядталған протоннан жəне заряды жоқ нейтроннан тұрады. Протонның заряды абсолют шамасы жағынан электронның зарядына тең. Протон мен нейтрон нуклон деп аталатын ядролық бөлшектiң əртүрлi зарядтық күйi болып табылады. Ядродағы протондардың саны Z, Менделеевтiң периодтық жүйесiндегi химиялық элементтiң атомдық нөмiрiмен сəйкес. Ядродағы нейтрондадың саны N деп белгiленедi. 1 1Н жəне 3 Не ядроларынан басқа барлық ядролар үшiн N Z. Менделеевтың периодтық таблицасының бiрiншi жартысында тұрған жеңiл элементтер үшiн N Z, ал екiншi жартысындағы элементтерде нейтронның саны артықтау N 1,6 Z. Ядроның массалық саны деп A=N+Z болатын нуклондардың жалпы санын айтады. Ядроны əдетте мынадай символмен белгiлейдi. Зарядтарының саны бiрдей, ал массалық саны əртұрлi ядроларды изотоптар деп атайды. Изотоптардағы протонның саны бiрдей болады да, нейтронның саны əртүрлi болады. Мысалы сутегiнiң изотоптары:, (немесе - дейтерий), (немесе - тритий); гелийдiң изотоптары:, ; уранның изотоптары:,. Бүгiнгi күнi барлық химиялық элементтердiң үшжүзге жақын орнықты, ал екi мыңға жақын орнықсыз (радиоактивтi) изотоптары белгiлi. Электронның массасы протонның массасынан 1836 есе кiшi болғандықтан ядроның массасы атомның массасымен бiрдей десе де болады. Элементар бөлшектердiң массасын əдетте массаның атомдық бiрлiгi (м.а.б) деп аталатын жүйеден тыс бiрлiкпен өлшейдi. 1 м.а.б. ретiнде сутегiнiң изотопының массасының 1/1 бөлiгi алынған.

21 Ядро сонымен қатар өзiндiк қозғалыс мөлшерi моментiмен - спинiмен сипатталады. Ядроның спинi нуклондардың спиндерi арқылы анықталады. Əрбiр нуклонның спинi ħ/- ге тең. Жұп нуклоннан тұратын ядроның спинi (ħ бiрлiгiнде) бүтiн санға немесе нөлге тең. Ал тақ нуклоннан тұратын ядроның спинi (ħ бiрлiгiнде) жартылай бүтiн санға тең. Атом ядросы алып тұрған көлемнiң айқын шекарасы жоқ. Бұл нуклондардың толқындық қасиетiмен байланысты. Сондықтан ядроның өлшемдерiн шартты түрде анықтайды. Ядроның көлемi нуклонның сандарына пропорционал. Сондықтан ядроны радиусы R-ға тең сфера деп есептеп, оның радиусын əдетте мынадай эмпириялық өрнекпен анықтайды R=R 0 A 1/3 мұндағы R 0 =(1,3-1,7) м Ядроның өлшемдерi өте аз болғандықтан ондағы протондардың кулондық тебiлу күшi өте үлкен болады. Мысалы құрамында 8 протоны бар қоғасынның ядросындағы протондардың тебiлу күшi бiрнеше мың ньтонға жетедi. Бiрақ ядро бұл тебiлу күшiнiң салдарынан бөлшектенiп кетпейдi. Бұл протондар мен нетрондардың арасында кулондық күштен де күштi тартылу күшiнiң бар екенiн көрсетедi. Бұл күштердi ядролық күштер деп, ал бұл күштердiң арқасында əсерлесудi пəрмендi əсерлесу деп атайды. Протон мен нейтронның пəрмендi əсерлесу тұрғысынан алғанда ешқандай айырмашылығы жоқ сондықтан оларды ядролық физикада нуклон деген бiр бөлшек ретiнде қарастырады. Ядролық күштер өте аз аралықта əсер ететiн күштер болып табылады. Ол м-ге дейiнгi аралықта əсер етедi де одан тысқары жерде өте тез кемiп кетедi. Масс-спектрограф деп аталатын құралдардың көмегiмен ядроның массасын өлшеу кез-келген Z протоннан жəне N нейтроннан тұратын ядроның массасы бос жүрген Z протон мен N нейтронның массаларының қосындысынан аз екенiн көрсеттi. Ал масса мен энергия арасындағы байланысты ескерсек бос протондар мен нейтрондардың энергияларының қосындысы олардан құралған ядроның энергиясынан артық екенi шығады. Олай болса, ядроны оны құрайтын бөлшектерге ажырату үшiн осы энергиялардың айырымына тең энергия жұмсау керек. Мұндай энергияны DЕбай ядроның байланыс энергиясы деп атайды. E бай =Zm p c +Nm n c -m я с = mc мұндағы m=zm p +Nm n -m я массалар ақауы деп аталады. Ядродағы бiр нуклонға келетiн орташа байланыс энергиясын ε бай деп белгiлеп, ядроның меншiктi байланыс энергиясы деп атайды. Резерфорд тəжiрибелерiнен атомның өлшемдерi өте кiшi ядродан жəне оны қоршаған электрондық бұлттан тұратыны анықталды. Ендi физиктердiң алдында жаңа физикалық нысанды, атом ядросының құрылымы мен қасетiн зертеу мəселесi туды. Атом ядросының негiзгi сипаттамасының бiрi оның заряды. Ядроның зарядын өлшеу оның мəнi элементар зарядты сəйкес химиялық элементтiң реттiк номерiне көбейткенге тең екенiн, яғни q=ze екенiн көрсеттi. 6 дəріс Тақырып: Ядролық күштер. Ядролық модельдер. Дəріс мазмұны: Ядролық күштердің ерекшеліктері. Ядроның тамшы моделі. Ядроның қабықша моделі.

22 Ядролық күштер туралы алғашқы ақпараттар эксперимент арқылы белгілі болған. Ең қарапайым ядро бір протон мен бір нейтрондардан тұрады: 1 Н дейтерий. Осы ядроның құрамын жəне энергетикалық күйлерін зерттеу арқылы ядролық күш туралы айтуға болады. Ядролық күш туралы тағы ақпараттар əр түрлі энергиясы бар нуклондардың нуклондармен шашырау тəжірибелерін зерттегенде алынған. Классикалық физикада екі бөлшектің əсерлесу күшін əр түрлі қашықтықта əр түрлі жылдамдықта болса да өлшеп алуға болады. Ал микродүнің заңдары кванттық механиканың заңдылықтарымен сипатталады. Сол себептен екі нуклонды белгілі қашықтықта ұстап, əсерлесу күшін есептей алмаймыз. Екі бөлшектің өзара соқтығысуы эффективтік қима деген шамамен сипаттайды. Эффективтік қиманың ауданы: σ = πr [σ]=1барн=10-4 cм Өте аз қашықтықта ядролық күштің əсері табиғатта кездесетін барлық белгілі күштердің əсерінен асады. Егер төрт фундаменталды əсерлесуді қарастыратын болсақ күшті əсерлесудің шамасын 1-ге тең деп алсақ электромагниттік əсерлесу 100 есе кем, əлсіз əсерлесу , гравитациялық əсерлесу болады. Электромагниттік жəне гравитациялық күштер арақашықтыққа кері пропорционал, яғни қашықтаған сайын күш азаяды. Ал əлсіз жəне күшті əсерлесулер қашықтық өзгергенде жылдам өзгереді. Сондықтан ядролық күшті - қысқа əсерлесу күші деп атайды. Ядролық күштердің қысқа əсерлесуі келесіден шығады: 1. Резерфорд тəжірибесіндегі α - бөлшектің жеңіл ядродан шашырауынан. Егерде қашықтық 10-1 см үлкен болса тəжірибенің қорытындысында α - бөлшектің ядромен əсерлесуі Кулон əсерлесуімен анықталады. Ал одан аз қашықтықта Кулон заңы орындалмайды. Сондықтан күшті əсерлесу арқылы орындалады.. Ауыр ядролардың α-ыдырауын зерттеген кезде. 3. Нуклондардың нулондармен шашырау тəжірибелерінен. Нейтрондардың протондармен шашырауында нейтронның энергиясының максимумы 0МэВ болады. Сондықтан ядролық күштің əсерлесу радиусының жоғарғы шегі *10-13 см. Протондардың протонмен шашырауында егер Кулон күштері əсер етсе шашыраудың эффективтік қимасын есептеуге болады. Ал аз қашықтықта ядролық күштер əсер ететін болғасын шашыраған протондарың үлестіруі өзгереді. Ядролық күштер əсерлесудегі бөлшектің электр зарядына байланысты емес, сондықтан (р,р), (п,п), (р,п) арасындағы əсерлесу күштері бірдей болады. Ядроның бұл қасиеті келесіден шығады: 1. Жеңіл ядроларда электромагниттік əсерлесуді қарастырмасақ. протон саны мен нейтрон саны бірдей. Сондықтан əсерлесу күштері де бірдей.. Кейбір жеңіл ядроларда протон саны мен нетрон саны ауысып тұрады. Мысалы, 6 С 1, 7 Na 14 cондықтан энергетикалық деңгейлері бірдей. 3. Нуклондардың шашырау тəжірибесінен (р,р), (п,р) ядролық күштердің шамалары бірдей екені көрінеді. Ядролық күштердің осы қасиетін заряд тауелсіздігі деп атайы. Сондықтан нуклонда қосымша еркіндік дəрежесі зарядтық деген - бар. Бұл бөлшектің спині сияқты. Спинде бөлшектің кеңестікте қозғалуына қосымша еркіндік дəрежесі болып есептеледі. Сондықтан зарядтық еркіндік дəрежені шартты үш өлшемді кеңестікпен сипаттайды, ол кеңестікті изотропты дейді. Ал бөлшектің күйін сол кеңестікте изотроптық спинмен r τ сипаттайды. 7 дəріс

23 Тақырып: Радиоактивтілік. Радиоактивті сəулелену жəне оның түрлері. Дəріс мазмұны: Радиоактивтілік. Радиоактивті сəулелену жəне оның түрлері. Радиоактивті ыдырау заңы. α - ыдырау. α - ыдырау үшін ығысу ережесі. Табиғи радиоактивтiлiк. α, β, γ сəуле шығару Құрамындағы протондар мен нейтрондардың саны əртүрлi болғанымен олардың қосындысы, яғни нуклондардың саны бiрдей болатын ядролар изобаралар деп аталады. Мысалы нуклондарының саны 10-ға тең болатын изобаралар мыналар :, жəне. Тəжiрибе, негiзiнен бiр массалық санға сəйкес келетiн бiрнеше изобарлардың тек бiреуi ғана орнықты болатынын көрсетедi. Мысалы жоғарыдағы изобарлардың iшiнен тек ғана орнықты. Атом ядросының орнықтылығын анықтайтын принцип мынау : ядро орнықты болу үшiн оның энергиясы осы ядро өз еркiнше өзгере алатын басқа барлық ядролардың энергиясынан аз болуы тиiс. Изобарлардың энергиясының əртүрлi болуы протон мен нейтронның массаларының əртүрлi болуымен жəне протонның электр заряды болуымен түсiндiрiледi. Мұндай энергиясы жоғары орнықсыз ядро өзiндегi артық энергиядан басқа орнықты ядроларға ыдырау арқылы немесе өз зарядын бiр бiрлiкке өзгерту арқылы құтылады. Орнықсыз ядролардың осылай өз бетiнше басқа ядроға өзгеруi радиоактивтiлiк деп аталады. Табиғатта кездесетiн изотоптардың радиоактивтiлiгi табиғи радиоактивтiлiк деп аталады. Ал зертханада ядролық реакцияның көмегiмен алынған изотоптардың радиоактивтiлiгiн жасанды радиоактивтiлiк деп атайды. Радиоактивтiлiктi табиғи жəне жасанды деп бөлу тек шартты түрде, олардың бiр-бiрiнен принципиальдi айырмашылығы жоқ. Мұндай түрленулердiң мысалы α-ыдырау жəне β-ыдырау болып табылады. Альфа-ыдырау деп берiлген ядроның өз еркiмен альфа-бөлшекке жəне ядроқалдыққа мына түрдегi түрленуiн айтады Альфа-ыдырау кезiнде ыдырайтын (аналық) ядроның заряды екiге, ал массалық саны төртке кемидi. Тəжiрибе Zi8 болатын барлық ядролардың альфа-радиоактивтi екенiн көрсетедi. Мұның бiр мысалы ядросы. Бұл ядроның альфа ыдырауының нəтижесiнде альфа бөлшектi жəне торий ядросының изотопын аламыз Бұл ыдыраудың нəтижесiнде альфа-бөлшектiң кинетикалық энергиясы 4,18 МэВ, ал сəйкес торий изотопының кинетикалық энергиясы 0,07 МэВ болады. Альфа-ыдыраудың механизмiн классикалық физика түсiндiре алмайды. Классикалық көзқарас тұрғысынан альфа-бөлшек ядродан бөлiнiп шығу үшiн ядролық тартылыс күшiне қарсы жұмыс жасауы қажет. Ал бiрақ шындығында мұндай жұмыс жасалынбайды. Бұлай болуының себебi кванттық механикадағы бөлшектiң толқындық қасиетiмен байланысқан туннельдiк құбылыс арқылы түсiндiрiледi. 8 дəріс Тақырып: Радиоактивтілік. β-ыдырау. Нейтрино.

24 Дəрістің мазмұны: Радиоактивтілік. β-ыдырау. β - ыдырау үшін ығысу ережесі. Нейтрино. γ сəулелену жəне оның түрлері. γ сəулеленудің резонанстық жұтылуы. Мессбауэр эффектісі. Бета-ыдыраудың үш түрiн ажыратады. Олар электрондық, позитрондық жəне К- қармау бета-ыдыраулары. Электрондық бета-ыдырау кезiнде ядро өз бетiнше зарядын бiр бiрлiкке арттыра отырып өзiнен электронды ұшырып шығарады. Бұл құбылыстың негiзiнде протон мен нейтронның бiр-бiрiне айнала алатын қасиетi жатыр. Бос нейтронның массасы бос протон мен электронның массаларының қосындысынан үлкен. Сондықтан энергетикалық тұрғыдан мұндай ыдырау тиым салынбаған. Тəжiрибе нəтижелерiн терең талдау бұл ыдырау кезiнде протон мен электронмен қатар заряды мен массалық саны нөлге тең тағы бiр бөлшек бөлiнетiнiн көреттi. Э.Фермидiң ұсынысы бойынша нейтрино деп аталған бұл бөлшектi 1956 жылы тəжiрибеден байқады. Сонымен нейтронның ыдырау реакциясы мұндағы - электрондық антинейтрино. Ядроның байланыс энергиясының болуынан ядро құрамындағы протондар мен нейтрондардың массасы бұл бөлшектiң бос күйiндегi массасынан негiзiнен аз екенi шығады. Осы себептен де ядро құрамындағы барлық нейтрондар бiрдей бета-ыдырауға түсiп кетпейдi. Тек энергиясы жоғары кейбiр ядроларда ғана мұндай түрлену энергетикалық тұрғыдан мүмкiн болады. Мұндай ядроларды бета-радиоактивтi ядролар деп атайды. Бета-ыдырау кезiнде ядродағы нуклондардың саны өзгермей қалатын болғандықтан ядроның массалық саны өзгерiссiз қалады. Массасы нейтронның массасынан аз болғандықтан бос протон орнықты. Бiрақядродағы протонның массасы кванттық механиканың анықталмағандық принципiне сəйкес кейбiр сəтте нейтронның массасынан артық болып кетуi де мүмкiн. Бұл жағдайда мына түрде позитрондық бета-ыдырау жүзеге асады. Ал К-қармау немесе электрондық қармау кезiнде атомның К-қабатындағы электронның бiрi ядроға жұтылады. Ал γ - сəуле шығару радиоактивтiлiктiң дербес түрi болып табылмайды. Əдетте γ - сəуле шығару альфа- жəне бета-ыдыраумен қатар жүредi.бұл ыдыраулардың нəтижесiнде алынған еншiлес ядро əдетте қозған күйде болады. Ал ол қозған күйден негiзгi күйiне өткен кезде қозған күйден негiзгi күйге өткен том тəрiздi өзiнен γ - сəуле шығарады. Бiрақ бұл γ-кванттардың энергиясы атом шығаратын γ-кванттардың энергиясынан əлде қайда үлкен болады. Радиоактивтi ыдырау заңы деп радиоактивтi ядролардың санының уақыт бойынша өзгеру заңдылығын айтады. Бұл заңды оңай анықтауға болады. Шындығында, егер қандай да бiр уақыт мезетiнде радиоактивтi ядролардың саны N болса онда dt уақыт аралығында ыдырайтын ядролардың саны dn мынаған тең болады

25 dn=-λn dt мұндағы минус таңбасы dn дi ыдырамаған ядролардың өсiмшесi ретiнде қарастырумен байланысты. Ал λ, радиоактивтi ядроның бiрлiк уақыт аралығында ыдырау ықтималдылығы. Оны əдетте ыдырау тұрақтысы деп атайды. Бұл өрнектi интегралдай отырып lnn =-λt + const аламыз. Бастапқы t=0 уақыт мезетiндегi ыдырамаған радиоактивтi ядролардың санын N 0 деп белгiлей отырып, const = lnn 0 екенiн аламыз. Онда N =N 0 e -λt Мiне, осы өрнек радиоактивтi ыдырау заңы болып табылады ( сурет). Бастапқы радиоактивтi ядролардың жартысы ыдырайтын уақытты жартылайыдырау периоды деп атап, Т 1/ əрiпiмен белгiлейдi. Онда бұл анықтамадан ал бұдан Бүгiнгi күнге дейiнгi белгiлi радиоактивтi ядролардың жартылайыдырау периоды с-тан жылға дейiнгi аралықтағы мəнге ие. Радиоактивтi заттың активтiлiгi деп бiрлiк уақыт аралығында болатын ыдыраудың санын айтады, яғни Бұл жерден активтiлiктiң радиоактитi ядролардың санына пропорционал, ал жартылайыдраудың периодына керi пропорционал екенi көрiнiп тұр. Активтiлiктiң халықаралық бiрлiктер жүйесiндегi бiрлiгi беккерель (Бк). Беккерель деп 1 с iшiнде бiр ыдырау жасайтын радиоактивтi заттың активтiлiгi алынған. Нақтылы өмiрде активтiлiктiң кюри (Ки) деп аталатын бiрлiгi жиi қолданылады. Кюри ретiнде 1 с аралығында 3, ыдырау жасайтын радиоакивтi заттың активтiлiгi алынған сурет 9 дəріс Тақырып: Ядролық реакциялар. Дəріс мазмұны: Ядролық реакциялардың сипаттамалары. Ядролық реакциялардың түрлері. Ядролық энергетика. Ядролық реакция атом ядросының элементар бөлшектермен немесе басқа бір атом ядросымен əсерлесуі кезінде түрленуі. Əдетте ядролық реакцияға 4 бөлшек қатынасады: оның екеуі бастапқы бөлшек болып есептеледі де, ал қалған екеуі ядролық реакцияның нəтижесінде түзіледі. Реакция кезінде түзілген бөлшектің саны кейде -ден артық болуы да мүмкін. Лабораториялық жағдайда ядролық реакция нысана ретінде алынған ауыр атом ядросымен (не бөлшекпен) атқылау арқылы жүргізіледі. Ядролық реакция химиялық реакцияларға ұқсас жəне оның жазылуы (өрнектің сол жақ бөлшегінде реакцияға қатысатын бөлшектер, ал оң жақ бөлігінде реакция нəтижесінде түзілетін бөлшектер):

26 а+а в+в, мұндағы а атқылайтын бөлшек (не ядро), А нысана ядро, в ұшып шыққан бөлшек (не ядро), В реакция нəтижесінде түзілген соңғы ядро (ядро-өнім). Реакцияның толық теңдеуінде реакцияға қатысатын жəне реакция нəтижесінде түзілетін ядролардың зарядтары мен массалық сандары да көрсетіледі. Ядролық реакцияны жазудың төмендегідей қысқа түрі де пайдаланылады: А (а, в) В, мұнда бастапқы нысана ядро мен соңғы ядро таңбасының арасындағы жақша ішінде алдымен атқылаушы бөлшектің, содан кейін оның қасына реакция кезінде ұшып шығатын бөлшектің таңбасы көрсетілген. Мысалы, лабораториялық жағдайында Э.Резерфорд жүзеге асырған алғашқы ядролық реакция (альфа-бөлшектермен атқыланған азот ядросының түрлену реакциясы) төмендегіше жазылады: немесе қысқаша: 14N(α, р)17о, мұндағы α-бөлшек (4N), ал р протон (11Н). Атқылайтын бөлшектен (не ядромен) (α) нысана ядроның төмендегідей құбылыстар байқалуы мүмкін: Серпімді шашырау [а+а>а+а немесе А (а, а)а] кезінде өзара əсерлесетін ядролардың не құрамы, не ішкі энергиясы, не олардың басқа да сипатталамалары өзгермейді, тек серпімді соққы заңына сəйкес кинетикалық энергия бөлшектер (не ядролар) арасында қайта бөлінеді. Серпімсіз шашырау [а+а> а +А* немесе А (а, а ) А* ] кезінде өзара əсерлесетін ядролардың құрамы өзгермейді, бірақ атқылайтын бөлшектің кинетикалық энергиясының белгілі бір бөлігі нысана ядроны қоздыруға жұмсалады. Реакция теңдеуінде қозған ядро бастапқы ядро сияқты А таңбасы арқылы белгіленеді де, оның жоғары оң жақ бұрышына жұлдызша таңбасы қойылады; ал кинетикалық энергиясының белгілі бір бөлігін жоғалтқан бөлшек не ядро атқылайтын бөлшек сияқты α таңбасы арқылы белгіленіп, оның жоғары оң жақ бұрышына штрих таңбасы қойылады. Ядролық реакция [а+а в+в немесе А(а,в)В] кезінде өзара əсерлесетін ядролардың ішкі қасиеттері мен құрамы өзгереді немесе элементар бөлшектер бір-біріне түрленеді. Ядролық реакциялардың ықтималдығы эффективтік көлденең кимамен сипатталады. Көбіне ядролық реакциялардың ықтималдығы ядролық реакция шығымымен (яғни белгілі бір нысанадағы ядролық түрленулер санының осы нысанаға түскен атқылайтын бөлшектер санына қатынасы) сипатталады. Ядролық реакциялардың эффективтік көлденең қимасының атқылайтын бөлшектердің энергиясына тəуелділігін сипаттайтын функция ядролық реакциялардың қозу функциясы деп аталады. Ядролық реакция сондайақ жылудық эффект арқылы да сипатталады. Жылулық эффект ядролық реакцияға қатысатын жəне ядролық реакция нəтижесінде түзілетін ядролардың тыныштық массаларының айырмасына тең. Ол энергетикалық. бірлікпен (көбіне МэВ) өрнектеледі. Егер жылулық эффект оң болса, онда ядролық реакция энергияны сыртқа шығара отырып жүреді. Мұнда ядролық реакция эквотермиялық ядролық реакция деп аталады. Егер жылулық эффект теріс болса, онда ядролық реакцияның жүру үшін реакцияға қатысатын ядролардың салыстырмалы қозғалысының энергиясы жылулық эффектіден кем болуға тиіс. Ядролық реакциялардың маңызды сипаттамаларның бірі ядролық түрлену нəтижесінде пайда болған бөлшектердің шығу бұрышы мен энергиясы бойынша тарала бөлінуі. Ядролық реакциялар əдетте атқылайтын бөлшектердің (не ядролардың) табиғатына қарай жүктеледі: мысалы, нейтрондар, протондар, дейтрондар, α-бөлшектер, көп зарядты (ауыр) иондар, γ-кванттар əсерінен болатын ядролық реакциялар. Реакциялардың кейбір түрі түрлену сипатына қарай жүктеледі: мысалы, кулондық қозу (ядро энергиясының атқылайтын бөлшектерінің электрстатикалық өрісі əсерінен артуы), атом ядросының бөлшектенуі, т.б. 10 дəріс Тақырып: Ядролық реакциялар.

27 Дəріс мазмұны: Ядролық реакциялар. Ядроның бөліну реакциясы. Тізбекті реакция. Атом ядроларының синтез реакциясы. Термоядролық синтез. Кез келген орнықты ядроның массасы оны түзетін протондар мен нейтрондардың 4 массаларының қосындысынан кем болады. Мысалы, гелийдің Не изотопының массасы екі протон мен екі нейтронның массаларының қосындысынан кем. Демек, екі протон мен екі нейтронды бір-бірімен гелий ядросын түзу үшін түйістіретін болсақ, онда мұндай құрылым пайда болатын болса, ол массаның кемуі арқылы өткен болар еді. Массаның кемуі дегеніміз орасан зор мелшерде энергия бөлініп шығу деген сөз. Жеке протондар мен нейтрондардың, немесе жеңіл ядролардың қосылуы арқылы жаңа ядроның түзілуі ядролық синтез деп аталады. Жеңіл ядролар энергия шығара отырып, күрделірек, ауырырақ ядроларға біріге алады, мұндай процестің болатын себебі жеңіл ядроларда меншікті байланыс энергиясы (бір нуклонға келетін орташа байланыс энергиясы) аралық ядроларға қарағанда (А мəні 50-ден 100-ге дейінгі аралықта) аз болады. Осы заманғы көзқарас бойынша табиғаттағы барлық химиялық элементтер алғашқы мезетте ядролық синтез процесі кезінде пайда болған. Синтез дегеніміз жеңіл ядролардың қосылып, ауыр ядроларға айналу процесі. Егер де меншікті байланыс энергияның A массалық санымен байланыс графиін қарастыратын болсақ, энергия ауыр сутегінен гелийге жəне литийден гелииге дейін өте тез өсетіні белгілі. Синтез реакция кезінде қосылатын ядролардың зарядтары бірдей болғандықтан, қосылған кезде Кулон тебілісін жеңіп алу керек. Кулон тебілісінің энергиясы z 1 z e E = k r Егерде z 1 = z = 1 r = м E 0,7 МэВ Температураға байланысты энергияның формуласына: 3 E k = kt Т 10 9 К. Синтез реакциясы орындалу үшін осындай жоғары температура болуы керек. Кез келген зат 10 9 К температурада болса, плазма күйінде болады. Плазма Максвеллдің үлестіру заңына бағынады, сондықтан 10 9 К температурада барлық бөлшек емес, кейбір бөлшек болады. Ал плазма температурасының орташа мəні 10 6 К. Сондықтан синтез реакциясы 10 6 К температура кезінде орындалуы мүмкін. Синтез реакция орындалуының екі мүмкіншілігі бар: 1) Температура Т 10 7 К - туннель эффектісі. Осындай температурада өтетін синтез реакциясына мысал ретінде: 3 1 d + d τ + p 4МэВ d Не + 0n + d 3, 3МэВ t = 1, c уақытта өтеді. ) Температура Т 10 8 К. Шығатын энергия да үлкен. Мысалы: d +τ n + He 17, 6МэВ, t = 3, c d He + Li +, 4МэВ, t = 7, c 11 дəріс Тақырып: Ғарыштық сəулелер. Дəріс мазмұны: Ғарыштық сəулелер. Бірінші жəне екінші ретті ғарыштық сəулелер. Кең атмосфералық жолақтар. Жерге бағытталған ғарыштық сəулелер, өз жолында, жердің магнит өрісіне тап болады. Егер магнит өрісінің аясынан шыға алса (магнит өрісін жарып отырып), онда атмосфераға тап болады. Жер ядросындағы электр тоғы мен күн желі магнит өрісін

28 құрайды. Əлдеқайдан келетін ғарыштық сəулелер, магнит өрісінде күрделі траекториядан өтеді, мүмкін энергиясы төмен болса атмосфераға жетпей қалуы. Магнитосферадағы сүзгіш (фильтр), нейтронды монитор көмегімен, кезкелген орында ғарыштық сəулелердің спектрі мен ұшып келу бағытын анықтаудын мүмкіндігін береді. Ғарыштық сəулелер Жер атмосферасына тап болғанда, азот пен оттегінің, атомдары мен моллекулалармен соқтығысады. Соқтығыс екінші ретті энергиясы əртүрлі бөлшектерді тудырады. Олардың кейбіреулері Жерге келіп жетеді. Біз оларды өлшеп, бірінші ретті ғарыштық сəулелердің қасиеттері туралы тұжырым жасаймыз. Нейтронды мониторлар осы тəсілмен жұмыс істейтін, аспаптар тегіне жатады. Жердің магнит өрісі бар, оны ядроның магнит өрісі тудырады. Егер жер бос кеңістікте болса, магнит өрісі өз денесінің сыртында болғандай, стерженді магнит, диполь, жер центірінен азырақ алыстау жəне айналу өсіне иілгендей болар еді. Жердің центірінен бес радиусындай қашықтықтағы, магнит өрісін жоғарыдағы сурет бейнелейді. Жер үздіксіз күн желінің зарядталған бөлшектер əсеріне ұшырайды. Бұл ағым магнит өрісінің күш сызықтарын, жердің күнге қараған бағытындағысын қысады да, түн жағын ұзақ магнит құйрығындай созады. Суретте күш сызықтары қалың көгілдір жолақтармен белгіленген. Олар (формасы бар) тұйық жүйе құрайды, оның айналасында күн желінің ағымдары қозғалады, ол жарық жолақтармен көрсетілген. Күн желіндегі жердің магнит өрісін құрайтын жолақ, магнитосфера д.а. (Жердің диполінің иілгендігі суретте көрсетілмегендігін ескертеміз).p> Жердің Күнге қараған бетіндегі, магнитосфера шекарасы 10-1 радиус қашықтықта, жердің жер центірінен, ал магнитосфера құйрығы, 100 жер радиусындай. Бұл конфигурация Күн желінің ағымымен анықталады. Жер денесі өзінің тəуліктік айналымын магнитосфераға қатысты жергілікті тал түс болғанда, біздің үстімізде күнге қарағанда магнитосфера шекарасы бар, сондықтан біз түн ортасында көлеңке бағытқа қарай аламыз. Жердің дипольды өсі, оның айналу өсіне енкейгендіктен, магнит өрісі күрделі түрде өзгереді, белгіленген географиялық жағдайда, күн желі тұрақты болса да, айнымалы күн желі қосымша өзгерістер əкеледі (болашақта), оны біз төменірек көреміз. 1 дəріс Тақырып:. Фундаментальды əсерлесулер. Дəріс мазмұны: Фундаментальды əсерлесулер. Күшті, электромагниттік жəне əлсіз əсерлесулер. Гравитациялық əсерлесулер. Вайнберг-Салам теориясы Табиғатта негізгі фундаменталдық əсерлесулердің 4 түрі бар: 1. Гравитациялық əсерлесу. Элетромагниттік əсерлесу. 3. Күшті əсерлесу 4. Əлсіз əсерлесу 1. Гравитациялық əсерлесу - екі дененің арасындағы əсерлесу. F=G(m 1 m )/r Интенсивтігі жағынан ең əлсіз өзара əсерлесу гравитациялық болып табылады. Бірақ оған материя түгелдей бағынады міне осы, Ньютонның бүкілəлемдік тартылыс заңынан көрініс табады. Оның əсер радиусы шексіз. Гравитациялық өзара əсерлесу негізінен макроскопиялық денелер арасында өтеді. Ол планеталар мен жұлдыздар қозғалысын анықтайды. Əлемнің тұтастай алғандағы құрылымы да осы əсерлесумен анықталады. Элементар бөлшектер əлемінде графитациялық өзара əсерлесу бөлшектердің массаларының тым жетімсіздігінен тікелей білінбейді де. Мысалы, екі электронның арасындағы граыитациялық тартылыс олардың арасында əсер ететін электрлік күштен бірдей қашықтық үшін есе аз болып табылады. Гравитациялық əсерлесудің элементар бөлшектер əлеміндегі рөлі əлі белгісіз деуге де болады.. Заряды бар бөлшектер арасындағы əсерлесу электромагниттік əсерлесу.

29 F=к(q 1 q )/r Электр заряды интенсивтігі бойынша төменірек тұратын электромагниттік өзара əсерлесулерді анықтайды. Оған барлық электр зарядталған бөлшектер жəне электр заряды жоқ фотон бағынады. Сонымен қатар электромагниттік өзара əсерлесу электр заряды жоқ нейтрал, бірақ магнит моменттері бар бөлшектері бар бөлшектердің арасында, мысалға екі нейтронның арасында да болады. Барлық зарядталған элементар бөлшектердің электр заряды таңбасына дейінгі дəлдікпен бірдей болады. Электромагниттік өзара əсерлесу ядролық күштерде де қайсыбір рөл атқаратын болса да, бірақ оның əсер өрісі атомдар мен молекулалар болып табылады, олардың құрамын толығынан осы өзара əсерлесу анықтайды. Қатты денелердің құрылымы да осы əсерлесумен анықталады, химия түгелінен электромагниттік өзара əсерлесуге сүйенеді. Интенсивтігі жағынан ол күшті əсерлесуден жүз есе əлсізірек, оның есесіне электромагниттік өзара əсерлесудің əсер радиусы шектелмеген. 3. Ең интенсивті жəне ең симметриялы өзара əсерлесу кушті əсерлесу болып табылады. Ол атом ядроларының құрамына кіретін бөлшектер протондар мен нейтрондардың арасында əсер ететін ядролық күштердің негізінде жатыр. Ядро құрылымы осы күштердің арқасында іске асырылады. Нуклондар, яғни ядро құрамына кіретін бөлшектер кушті əсерлеседі. Басқа элементар бөлшектер электрон, позитрон, мюон, ауыр лептондар, нейтрино, фотон кушті əсерлесуді сезбейді. Кушті əсерлетін бөлшектердің адрондар деген жалпы аты бар ( адрон деген сөз гректің αδροζ деген сөзінен, ағылшынша - ірі, ауыр, шомбал дегенді білдіреді). Адрондар мұндай əрекеттесуге тек олардың ара қашықтығы өте мардымсыз аз см шамалас болатын кезде ғана ұшырайды: бұдан үлкен қашықтықтарда кушті əсерлесу жүрмейді. 4. Əлсіз əсерлесулердің интенсивтігі күшті əсерлесулердің интенсивтігінен он реттілікке аз (оның он жəрежесі есе əлсіз). Əлсіз əсерлесудің əсер радиусы күшті əсерлесудің əсер радиусынан көш төмен. Фотоннан басқа барлық элементар бөлшектер, яғни адрондар жəне лептондар, əлсіз əсерлесулерге ұшырайды. Күшті жəне электромагниттік əсерлесулердің қатарына əлсіз əсерлесу біліну үшін ерекше жағдайлар болуы тиіс. Ол орнықсыз бірқатар элементар бөлшектердің ыдырауы кезінде бақыланады. Мысалға, еркін, бос нейтрон стабильді емес, ол əлсіз əсерлесудің есебінен 15 мин ішінде протон, электрон жəне антинейтриноға ыдырайды. 0n 1 1р е ν 0 Ядролардың β-ыдырауы осы əлсіз əсерлесу арқылы өтеді. Оның арқасында нейтрондар түрліше элементар бөлшектерден шашырауы да өтеді. Əсерлесулер Күшті Электромагниттік Əлсіз Гравитациялық Төрт фундаментал əсерлесулер Салыстырмалы интенсивтігі (жуықтап алынған) Өріс кванты Мезондар Фотондар W + жəне Z 0 Гравитон (?) Таблица 1 13 дəріс Тақырып: Элементар бөлшектер. Дəріс мазмұны: Элементар бөлшектер. Элементар бөлшектердің классификациясы. Нуклондардың құрамы.

30 Элементар бөлшектердің қасиеттері мен құрылымын зерттеу қазіргі физиканың негізгі мəселелерінің бірі. Қазіргі кезде антибөлшектерді қосқанда 00-ге жуық элементар бөлшек белгілі болып отыр. Солардың ішінен атомдар құрамына кіретін электрон, протон жəне нейтрон ғана. Протон мен нейтрондардан атом ядросы, ал электрондардан атомның электрондық қабықтары түзіледі. Қалған Элементар бөлшектер əдетте секундтың өте аз үлесіндей уақыт қана өмір сүреді. Элементар бөлшектер зат атомдарымен əсерлесуі нəтижесінде электрондар мен протондарға түрленеді. Электрон, позитрон, протон, антипротон, нейтрино, антинейтрино жəне фотоннан басқа бөлшектердің барлығы өздігінен ыдырайды. Э. б-дің пайда болу мезеті мен ыдырау мезетінің арасындағы уақыт (тұрақсыз Э. б-дің өмір сүру уақыты деп аталатын) əдетте секундтың миллиондық жəне миллиардтық үлесіндей болады. Табиғаттағы тұрақсыз Элементар бөлшектер ғарыштық сəулелерде (ғарыштағы үдей қозғалған протондар мен электрондардың атмосферадағы бөлшектерді соққылау кезінде) пайда болады. Алайда ғарыштық сəулелердегі тұрақсыз Элементар бөлшектердің қасиеттерін дəлірек зерттеу қиынырақ. Өйткені олардың қарқындылығы өте аз. Сондықтан одан гөрі зарядты бөлшектер үдеткішінде алынған Элементар бөлшектер шоғын зерттеу қолайлы. Үдеткіште жылдамдатылған протондардың не электрондардың энергиясы неғұрлым жоғары болған сайын ауыр, тұрақсыз Элементар бөлшектер алынады. Қазіргі кезде үдеткіштер бөлшектердің энергиясын 70 ГэВ-ке дейін жеткізе алады. Элементар бөлшектердің мөлшері өте кішкентай (мыс., протонның мөлшері шамамен см) болғандықтан, оларды ешқандай оптик. прибордың көмегімен көруге болмайды. Физиктер Элементар бөлшектер жөніндегі деректерді Элементар бөлшектердің зат арқылы өтуі кезінде пайда болған құбылыстарды зерттеу нəтижесінде алады. Мұндай құбылыстарға қозғалған бөлшектердің фотоэмульсиядағы (қ. Қалың қабатты фотопластинка əдісі) не арнаулы прибордағы (мыс., Вильсон камерасы, Көпіршікті камера, т.б.) іздері, Элементар бөлшектердің Черенков Вавилов сəуле шығаруы, Элементар бөлшектер өткен кезде арнаулы санауыштарда пайда болатын разрядтар жатады. Элементар бөлшектерді зерттеу саласында соңғы уақытта ірі табыстарға қол жетті. Элементар бөлшектердің құрылымы əзірше айқындалмаса да оларды нағыз элементар деп айтуға болмайды. Элементар бөлшектердің күрделі болатындығы олардың бір-бірімен əсерлесетіндігіне байланысты. Элементар бөлшектер бір-бірімен əсерлесе отырып басқа бір Элементар бөлшектерге түрленеді. Осы түрлену кезінде энергияның, импульстың жəне қозғалыс мөлшерінің заңдары, сондай-ақ арнаулы заңдар да (мыс, электр зарядының сақталу заңы, ғажаптылықтың сақталу заңы) орындалады. Элементар бөлшектердің фотоннан басқасы лептондар, мезондар жəне бариондар деп аталатын үш топқа бөлінеді. Əр топтың өздеріне тəн кванттық сандары болады. Э. б. гравитац. өзара əсерден басқа күшті, эл.-магн. жəне əлсіз өзара əсерге қатысады. Əрбір элементар бөлшектің антибөлшегі бар. Бөлшек пен антибөлшек жұбының қарапайым мысалына электрон мен позитрон жатады. Өзара əсерлесудің əр түріне сəйкес өзінің симметриясы болады. 0 ғ-дың 60-жылдары барлық белгілі Э. б. құ-ралады деп жорамалданатын жəне адрондардың күшті өзара əсеріне қатысатын кварктер теориясы жасалды (американ физигі М.Гелл-Ман, австрия физигі Г.Цвейг). Кварктердің болатындығы əзірше іс жүзінде дəлелденген жоқ. Біздерге таныс атом бөлшектері электрон, протон, нейтрон, солармен қатар фотон жəне нейтринолар элементар бөлшектер болып табылады. Элементар бөлшектер қатарына антибөлшектер де кіреді. Электронның антибелшегін позитрон, ал протондікін антипротон деп атайды. Олар бір-бірінен зарядтарының таңбасымен ғана ерекшеленеді. Мысалы, электронның бір теріс элементар заряды бар болса (е ), позитрон бір оң элементар зарядты иеленеді (е+). Дəл осылай протон (р) бір оң элементар зарядты, ал анти-протон (р) бір теріс элементар зарядты иеленеді.

31 Өз құрылымы мен құрамы болмайтын бөлшекті элементар бөлшек дейміз. Элементар бөлшектер қатарына нуклондар мен электрондарды жəне басқа да бөлшектерді қосқанымызбен, олардың қаншалықты элементар екенін дəл басып айта алмаймыз. Бір кездері молекулаларды, одан кейін атомдарды дүниенің бөлінбейтін кірпіші, яғни элементар бөлшегі деп айтқан болатын. Ал қазір элементар бөлшектер қатарында 400-ден аса бөлшектер бар. Шынында да, олар элементар белшектер ме? Бұл сұрактың жауабы əзірге ғылыми болжамдар деңгейінен аса алмай отыр. Оған негіз де жоқ емес. 14дəріс Тақырып:. Кваркты модель Кваркті модель Кваркты модельді - үш типтың универсалды симметрия моделі дап атайды жылы Америка физигі М.Гелл-Ман мен Австрия физигі Дж.Цвейг осы модельді ұсынған. Гельман бөлшектерді кварктар деп атаған. Ал Цвейг туздар деп атаған. Барлық бөлшектердің саны үшеу, ал туздар саны төртеу. Сондықтан Цвейг атауы алынған жоқ жылы осы ұсыныс үшін Гелл-Ман Нобель примиясын алған. Гелл-Ман ұсынысы бойынша барлық адрондар келесі кварктардан тұрады: мезондар екі кварктан, бариондар үш кварктан. Кварктардың электр заряды 1/3е ге, бариондық заряды +1/3 -ге тең. Кварктардың электр заряды тұтас сан болмаған соң көптеген ғалымдар бұл ұсынысқа қарсылық білдірілген. Өйткені ең кішкентай заряд электрон болып саналады. Кварктардың массасы 5 ГэВ-тан аз болмайды. Гелл-Ман осы үш кваркты былай деп атаған: u-жоғары, d-төменгі, S-бөгде. Мысалы: пион π + құрылымы u d ~, π - - u ~ d, каон k + - d ~ s, протон - uud, нейтрон - udd, Σ + -гиперон - uus, Σ - - гиперон - uds. Кварктар - фермиондар. Сондықтан барион құрамында тек екі кварк болады. Кварктың магниттік моменті ядролық магниттік моментіне тең. Сондықтан үш кварктан udd тұратын протонның магниттік моменті шамамен Σ - кварктың магниттік моментіне тең. Ω - гиперон ашылғаннан кейін, оның да құрамы белгілі болған. S=3, яғни Кварктар фермиондар сияқты Паули принципіне бағынады. Ω - гиперон үш бірдей кварктен тұрады, ол Паули принципіне қайшылық. Сондықтан əр-бір кварктің өзінің сипаттамасы болады. Оны түсі деп айтады. Бұндай түстер үшеу ғана: сары, қызыл, көк. Антикварктердің де түстері бар: күлгін, жасыл, сарғыш. Барионның түсі ақ, сондықтан ол əртүрлі кварктен тұрады. Күшті əсерлесуде кварктар мен алмасатын кварктерді глюон деп атайды. Адрондарда бірдей түстер бар кварктар болмайды жылы АҚШ-та ψ -бөлшегі табылған. Оның массасы 3,1 ГэВ. Сол кезде тағы да бір лабороторияда g-бөлшегі табылған. Массасы тап сондай жəне де осы екі бөлшектің бір бөлшек екені анықталды.оны g / ψ бөлшегі деп атаған. Бұл бөлшектің массасы үлкен болғандықтан, өмір сүру уақыты үлкен. Өмір сүру уақытын түсіндіру үшін тағы да жаңа сипаттама енгізілген. Оны танғажайып (очарование) деп атайды, белгісі с. Жəне бұндай бөлшектерді таңғажайып бөлшектер деп атайды. Осындай бөлшекке тағы да бір бөлшек χ (каппа) жатады. Нуклон, мезон, гиперондар бұл бөлшекке жатпайды, сондықтан с= жылы γ (ипсилон) бөлшегі табылған. Оның массасы 9-11 ГэВ. Бұл бөлшекті сипаттау үшін тағы да бір кванттық сан енгізілген. Оны ғажайып (прелесть) деп атайды, b = ші жылдардың аяғында өте ауыр бөлшектер табылған, m= 5 ГэВ. Бұндай бөлшектер үшін алтыншы кварк - шын (истинный) ашылған. Белгісі - t. SSS

32 Сондықтан кварктық сандар u-жоғары, d-төменгі, S-бөгде, b - ғажайып, с танғажайып, t шын. u, d, s, c, b, t кварктерді иістер деп те атайды.. Таблица 3. Кварктің Элементар Бариондық Спин Бөгделік түрі. заряд заряд u +/3 +1/3 1/ 0 u ~ -/3-1/3 1/ 0 d -1/3 +1/3 1/ 0 d ~ +1/3-1/3 1/ 0 s -1/3 +1/3 1/ -1 s~ +1/3-1/3 1/ +1 c +/3 +1/3 1/ -1 c ~ -/3-1/3 1/ +1 в -1/3 +1/3 1/ 0 в ~ +1/3-1/3 1/ 0 t +/3 +1/3 1/ 0 ~ t -/3-1/3 1/ 0 Таблица 3 арқылы супермультиплеттерді құрастырады. Кварктар идеясы элементар бөлшектерді синглеттерге, дуплеттерге, триплеттерге топтасуын түсіндіреді. Бірақ теорияны экспериментпен дəлелдеу керек. Сондықтан кварктерді үдеткіштерде, космостық сəулелердің құрамында, метеоритттерде іздеген. Бірақ еркін күйде кварктер табылмаған, сондықтан жанама эксперимент жүргізілген. Электрондар мен π-мезондар 0 ГэВ-тен жоғары энергияға дейін үдетілген жəне оларды протондар мен нейтрондарға бағыттап атқылаған. Қорытындысы Резерфордтың тəжірибесіндей болған. Көптеген электрондар мен π-мезондар нуклондар арқылы шашырамай өтеді, тек аз саны шашырайды. Əрбір нуклондардың 3 шашырау центрі бар деп есептеледі. Олардың зарядтары 1/3 еселі. Кварктардың еркін күйде кездеспеуіне себепші екі гипотеза бар: 1. Кварктардың энергиясы 5 ГэВ-тен көп артық. Сондықтан электрондар мен мезондардың ағынының энергиясы аз. Тек қана космос сəулелерінің бөлшектері болады... Кварктардың арасындағы күштердің ерекшклігі: аз қашықтықта аз шамада болады, ал қашықтығы өскен сайын күш те өседі. Бұл күштердің табиғатын түсіндіру үшін конфаймент деген термин енгізілген. Кваркті модель арқылы адрондардың барлық кванттық сандарын анықтауға болады. Жəне осы модельден кварк спины ½ тең болғасын мезондар спины толық сан (нольге тең), бариондар спины жарты болады. Сонымен қатар бұл модель жаңа бөлшектердің (Ω-гиперон) ашылуын болжады. Бірақ кварті модельдың қиыншылықтары да бар. Бұл модель бойынша адрондардың массасы анықталынбайды. Ол үшін қазіргі уақытта белгісіз кварктердің əсерлесу динамикасын білу қажет. 15 дəріс Тақырып: Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері.

33 Бөлшектердiң қасиеттерiн қарастырғанда олардың бiр-бiрiмен əсерлесу сипатын бiлудiң жəне осы əсерлесу кезiндегi олардың сан алуан түрленулерiн т.с.с. зерттеудiң маңызы зор. Ол үшiн бiз оларды тiркеп, əрi бақылай бiлуiмiз қажет. Сондықтан, ядролық физиканың туындылап, даму кезеңiнен бастап-ақ бөлшектердi тiркеп, оны бақылаудың əдiстерi де қалыптаса бастады. Бұл бағыттағы алғашқы қолданылған əдiстiң бiрi фотоэмульсия əдiсi. Радиоактивтiлiк құбылысының өзi ядролық сəулелердiң фотопластинкаға əсерi негiзiнде кездейсоқ ашылған болатын. Бұл əдiс күнi бүгiнге дейiн элементар бөлшектер физикасында, ғарыштық сəулелердi зерттеуде кеңiнен қолданылады. Əдiстiң мəнi мынада: зарядталған шапшаң бөлшек фотоэмульсияның қабаты арқылы өткен кезде өзi өткен траекторияның бойында көрiнбейтiн iз қалдырады да бұл iз фотопластинканы өңдегеннен соң айқын траектория түрiнде көрiнедi. Қалдырған iздiң қалыңдығы жəне ұзындығы арқылы бөлшектiң зарядын жəне энергиясын анықтаудың мүмкiндiгi бар. Тəжiрибелiк ядролық физиканың тамаша құралдарының бiр Вильсон камерасы. Оның жұмыс iстеу принципi мынадай: Қақпағы əйнектен жасалған цилиндр тектес ыдыстың iшiнде спирттiң буымен қаныққан ауа бар. Егер поршендi тез қозғап, цилиндрдiң көлемiн кенет ұлғайтсақ, адиабаталық үрдiстiң салдарынан ондағы ауа мен бу салқындайды да аса қаныққан күйге өтедi. Егер дəл осы мезетте камера арқылы зарядталған бөлшек өтсе, оның қозғалысының бойындағы аса қаныққан бу бөлшектерi конденсацияланып, ұсақ тамшылар пайда болады. Ол тамшыларды трек деп атайды. Осы сəтте бүкiл камераны жарқ еткен жарықпен сəулелендiрсек, бұл тректер суреттiң қара фонындағы ақ жолақтар түрiнде көрiнедi (7.6-сурет). Дəл өлшеулер жүргiзу үшiн əдетте Вильсон камерасын тұрақты магнит өрiсiне орналастырады. Онда сурет бұл өрiстiң салдарынан қозғалып бара жатқан зарядталған бөлшектердiң траекториясы қисаяды. Сыртқы магнит өрiсiнiң индукциясы белгiлi болған жағдайда бөлшек траекториясының қисықтық радиусын өлшеу арқылы оның массасы мен зарядын жəне энергиясын анықтаудың мүмкiндiгi бар. Зарядталған бөлшектердi бақылауға мүмкiндiк беретiн тағы бiр құрал көпiршiктi камера. Көпiршiктi камераны температурадасы өзiнiң қайнау температурасына өте жақын тұрған сұйықпен толтырады. Мұндай сұйық ретiнде əдетте сұйылтылған сутегi, пропан, ксенон т.с.с қолданады. Камера арқылы зарядталған бөлшек өткен кезде ол өткен жолдың бойындағы сұйық бөлшектерiнiң температурасы кенет артып, қайнайды да бу көпiршiктерi пайда болады. Ал оны жоғарыдағы Вильсон камерасындағыдай жолмен суретке түсiрiп алуға болады (7.7- сурет). Көпiршiктi камерадағы сұйықтың тығыздығы Вильсон камерасындағы газдың тығыздығынан əлде қайда артық болғандықтан мұнда аса дəл өлшеулер жүргiзудiң мүмкiндiгi бар сурет

34 Шапшаң зарядталған бөлшектер мен γ- кванттарды тiркеуде Гейгер-Мюллер есептегiштерi қолданылады (7.8-сурет). Ол iшi өте аз қысымдағы (шамамен 0,1 атм) газ қоспасымен, мысалы аргон мен метил спиртiнiң буының қоспасымен толтырылған цилиндр трубкадан тұрады. Цилиндрдiң ортасында одан изолятор арқылы оқшауланған жiңiшке сым бар. Бұл жiңiшке сым анодтың, ал цилиндрдiң сурет корпусы катодтың ролiн атқарады. Анод пен катодтың арасына аса жоғары кернеу берiлген. Есептегiштiң жұмыс көлемi арқылы зарядталған бөлшек өткен кезде ол өз жолындағы газ бөлшектерiн иондайды да, пайда болған электрон мен оң ион жоғарғы кернеудiң салдарынан туындылаған өрiстiң əсерiнен сəйкес анод пен катодқа қарата үдей қозғалады. Бұл бөлшектер өз кезегiнде жолында кездескен газдың басқа атомдарын иондайды, сөйтiп бұл үрдiс тасқынды сипат алады. Иондалған бөлшектер тасқыны анод пен катодқа келiп жеткенда тiзбек өте аз уақытқа тұйықталады да, бөлшек тiркеледi сурет жөнiнде баға беруге болады. Ядролық сəуле шашудың кез-келген түрiн тiркеу үшiн иондаушы камералар қолданылады (7.9-сурет). Иондаушы камераның жұмыс iстеу принципi Гейгер-Мюллер есептегiштерiнiң жұмыс iстеу принципiне ұқсас. Мұнда тек анод пен катодтың арасына берiлетiн кернеудiң шамасы аса үлкен емес. Сондықтан тiзбекте пайда болатын токтың шамасы аса аз. Оны арнайы күшейткiштердiң көмегiмен өлшеп, иондаушы бөлшектердiң қарқыны 8. Практикалық (семинар) сабақтарының жоспары жəне əдістемелік нұсқаулар 1 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Электромагниттік сəулеленудің кванттық табиғаты.. Сабақтың мақсаты: Электромагниттік сəулеленудің кванттық табиғатына есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Тақырып бойынша есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру. Əдебиет: [9]; [10]; [11] практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Комптон эффектісі. Рентгендік сəулелер. Сабақтың мақсаты: Комптон эффектісі. Рентгендік сəулелеріне есептер шығаруды үйрету

35 Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 3 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Бөлшектердің шашырауы. Резерфорд-Бор атомының моделі. Сабақтың мақсаты: Бөлшектердің шашырауы. Резерфорд-Бор атомының моделіне есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 4 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Заттың толқындық қасиеттері. Сабақтың мақсаты: Заттың толқындық қасиеттеріне есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 5 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Шредингер теңдеуі. Сабақтың мақсаты: Шредингер теңдеуіне есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 6 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Орнықты ядролар. Ядроның заряды, массасы жəне радиусы. Сабақтың мақсаты: Орнықты ядролар. Ядроның заряды, массасы жəне радиусына есептер шығарту Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 7 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Ядролық күштер. Ядролық модельдер. Сабақтың мақсаты: Ядролық күштер. Ядролық модельдерді есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Тақырып бойынша есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 8 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Бақылауға əзірлік Сабақтың мақсаты: Бақылауға əзірлік, есептер шығаруды үйрету

36 Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 9 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Радиоактивті ыдырау заңы. Сабақтың мақсаты: Радиоактивті ыдырау заңына есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 10 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Ядролық реакциядағы энергияның, импульстің жəне зарядтың сақталу заңы. Сабақтың мақсаты: Ядролық реакциядағы энергияның, импульстің жəне зарядтың сақталу заңына есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 11 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Ядроның бөлінуі. Тізбекті реакция. Сабақтың мақсаты: Ядроның бөлінуі. Тізбекті реакцияға есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 1 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Жоғары энергиялы бөлшектер. Бөлшектердің ыдырауы. Сабақтың мақсаты: Жоғары энергиялы бөлшектер. Бөлшектердің ыдырауына есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 13 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Элементар бөлшектер. Сабақтың мақсаты: Элементар бөлшектерге есептер шығаруды үйрету Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 14 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Элементар бөлшектердің қасиеттері. Сабақтың мақсаты: Элементар бөлшектердің қасиеттеріне есептер шығаруды үйрету

37 Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] 15 практикалық сабақ Практикалық сабақтың тақырыбы: Бақылау жұмысы. Сабақтың мақсаты: Бақылауға есептер шығару. Əдістемелік нұсқаулар: Əдебиеттермен жұмыстану жəне есептердің шығару əдістерін көрсетілген əдебиеттер бойынша жүйелеу. Тапсырмалар топтамасын шығару əдістерін жазбаша тапсыру Əдебиет: [9]; [10]; [11] Зертханалық сабақтарға əдістемелік нұсқаулар Зарядталған бөлшектердің тректерін анықтау ( əзір фотографияда ) Мақсаты: Вильсон, көпіршікті жəне фотоэмульсия камераларынан алынған зарядталған бөлшектер тректерінің фотографияларымен танысу, олармен жұмыс істеуге үйрену Құралдар: Вильсон, көпіршікті жіне фотоэмульсия камераларынан алынған зарядталған бөлшектер тректерінің фотографиялары. Қысқаша теория 1. Вильсон камерасының жұмысы аса қаныққан будың иондарында су тамшыларын түзіп конденсациялануына негізделген. Ол иондар зарядталған бөлшектің өз траекториясы бойымен қозғалысы кезінде пайда болады. Вильсон камерасы судың немесе спирттің қанығуға жақын буымен толтырылған герметикалық жабық ыдыс. Көпіршікті камерада бөлшектердің тректерін байқау үшін аса қыздырылған сұйықты пайдаланады. Мұндай сұйықтардағы зарядталған бөлшектің шапшаң қозғалысынан пайда болатын иондарда көрінетін тректерді беретін будың көпіршіктері пайда болады. Фотоэмульсияда көптеген мөлшердегі бромды күмістің микроскопиялық кристалдары бар. Зарядталған шапшаң бөлшектер кристалды тесіп өтіп, бромның жеке атомдарынан электрондарды жұлып əкетеді. Осындай кристалдың тізбекшесі жасырын кескін туғызады. Өңдегеннен кейін бұл кристалдардағы металл күміс қайта қалпына келеді де, күміс дəннің тізбекшесі бөлшектің трегін түзеді. Тректер зарядталған бөлшектің қозғалыс траекториясын көрсетеді.. Трек ұзындығы зарядталған бөлшектің бастапқы энергиясына жəне қоршаған орта тығыздығына байланысты: ол неғұрлым ұзын болған сайын, бөлшек энергиясы соғұрлым көп жіне орта тығыздығы соғұрлым аз болады. 3. Трек қалыңдығы бөлшектің зарядына жəне жылдамдығына тəуелді: ол неғұрлым қалың болан сайын, соғұрлым бөлшек заряды көп жəне оның жылдамдығы соғұрлым аз. 4. Зарядталған бөлшектің магнит өрісіндегі қозғалысы кезінде оның трегі қисық болады. Трек қисығының радиусы бөлшектің массасына, зарядына, жылдамдығына жəне магнит өрісінің индукция модуліне тəуелді. Радиусы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым бөлшектің массасы жəнеижылдамдығы көп жəне бөлшек заряды мен магнит өрісінің индукция модулі соғұрлым аз болады. 5. Трек қисығының радиусының өзгерісі бойынша бөлшектің қозғалыс бағытын жəне оның жылдамдығының өзгеруін анықтауға болады. Трек қисығының радиусы неғұрлым ұзын болса, оның қозғалыс басы мен жылдамдығы соғұрлым үлкен. Жұмысты тапсыру реті.

38 Əртүрлі əдістермен алынған зарядталған бөлшектер тректерінің фотографияларын қарап, төмендегі тапсырмаларды орындаңдар. Вильсон камерасының α -бөлшектің трегі салынған фотографияға қараңдар (1-сурет). Төмендегі сұрақтарға жауап беріңдер: 1. α - бөлшектер қай бағытқа қарай қозғалады?. Неге α - бөлшек трегінің ұзындығы бірдей? 3. Неге α - бөлшектің тректері жолының соңына қарай қалыңырақ болады? 4. Неге кейбір α - бөлшектер тректерін жолының соңына қарай түсіреді? Магнит өрісіне орналастырылған Вильсон камерасындағы α - бөлшектің трегі салынған фотографияға қараңдар( сурет). Төмендегі сұрақтарға жауап беріңдер: 1. α - бөлшектер қай жаққа қарай қозғалады?. Неге α - бөлшек тректері қисық? 3. Магнит индукция векторы қалай қарай бағытталған? 4. Неге α - бөлшектің трегінің қалыңдығы жəне қисық радиусы жол соңына қарай өзгереді? Магнит өрісіне орналастырылған сұйық сутегі көпіршікті камерадағы электрон трегі салынған фотографияға қараңдар (3 - сурет). Төмендегі сұрақтарға жауап беріңдер: 1. Неге электрон трегі спираль формалы?. Электрон қай бағытқа қарай қозғалады? 3. Магнит индукция векторы қалай қарай бағытталған? Фотоэмульсиядағы магний, кальций жəне темірдің атом ядроларының тректері кескіндепген төртінші фотографияға қараңдар ( 4-сурет). Төмендегі сұрақтарға жауап беріңдер: 1. Неге атом ядроларының тректерінің қалыңдықтары əртүрлі?. Қайсысы магний, кальций жəне темірдің атом ядроларының тректері екенін анықта. 3. Əртүрлі элементтердің атом ядроларының трек қалыңдықтарын салыстыра отырып қандай қорытынды жасауға болады? 4. Фотоэмульсиядан, Вильсон жəне көпіршікті камералардан алынған бөлшек тректерінің айырмашылығы қандай? Жұтылу жəне шығару спектрлерін зерттеу Жұмыстың мақсаты: Жұтылу жəне шығару спектрлерін зерттеу Қажетті құралдар: МУМ-01 монохроматор, кюветтік бөлік, фотоқабылдау түйіні, қоректену көзі, мультиметр. Қысқаша теория Жарық толқынының энергиясының сол толқынның затқа енуіне байланысты кемуін жарықтың жұтылуы деп атаймыз. Сонда жарық бір ортадан өткенде оның интенсивтідігі кемиді, өйткені жарық толқындары электр өрісі ықпалына зат атомдарының құрамындағы электрондарды еріксіз тербетеді, себебі. Ұдайы тербеліс болу

39 үшін жарық энергиясы жұмсалады да, ол энергияның басқа түріне айналады. Зат атомдарының бір-бірімен соғысу нəтижесінде электрондардың тербеліс энергиясының біраз бөлігі молекуланың ретсіз қозғалыс энергиясына айналады. Соның нəтижесінде дене қызып, біраз жарық энергиясы жұтылады. Жарық интенсивтілігінің кему дəрежесі жарық өтетін заттың табиғатына жəне оның қалыңдығына байланысты. Егер біртекті заттың бетіне түскен монохромат жарық шоғының интенсивтілігі I 0 болса, оның сол заттан өткеннен кейінгі интенсивтілігі I мына формула арқылы анықталады: αx = I 0 e (1) I Мұндағы тұрақты шама α жұтылу коэффициенті, х-заттың қалыңдығы. Минус (-) таңбасы жарық интенсивтілігінің кемитіндігін көрсетеді. Жарықтың жұтылу заңын тəжірибе жүзінде ең алғаш рет жүзінде 179 жылы француз ғалымы П.Бугер ( ) ашқан болатын. Ал онан кейінірек теория 1760 жылы Ламберт жетілдіріп дəлелдеген. Сондықтан (1) формула əдетте Бугер-Ламберт заңы деп аталадыү Əр түрлі заттың жұтылу коэффициенттері түрліше болады. Сол сияқты барлық заттардың жұтылу коэффициенттері жарық толқындары ұзындығына тəуелді болады. Егер монохромат жарық сəулесі концентрациясы с болатын сұйық ерітінділерден өтсе, онда жұтылу коэффициенті α мына шамаға пропорционал болады. α = α ' c () ' мұндағы α - ерітіндінің жұтылу коэффициенті. Бұл тəуелділікті бірінші рет эксперимент түрінде А. Бер ашқандықтан, Бер заңы деп аталады. Енді () өрнекті пайдалана отырып. Бугер Ламберт заңын басқаша түрде жазып көрсетейік: I αcx = I 0 e (3) Сондықтан бұл формула Бугер-Ламберд-Бер заңы деп аталады. Əдетте жұтылу коэффициенті спектрометрдің көмегімен анықтайды. Сөйтіп жарық заттан өткенде толқын ұзындығы əр түрлі сəулелер түрліше жұтылады, яғни жарық жұтылу құбылысының талғамдық сипаты болады. Көрінетін сəулелерді талғап жұтатын денелер мөлдңр емес денлер болып табылады да, ал көрінетін сəулелерді болымсыз аз жұтатын денелер түссіз мөлдір денелер деп аталады. Сондықтан боялған ерітінділердегі заттардың концентрациясы (c) Бугер-Ламберд-Бер заңына негізделген фотометрлік əдіспен анықталады. Бұл əдіс бойынша ертінді арқылы өткен жарық ағынын, өткізу коэффициентін немесе оптикалық тығыздығын өлшеуге болады. Жұмыстың орындалу реті: 1. Қоректену көзін жəне вольтметрді қосыңдар. Мультиметрдің өлшеу шегін 0В-қа келтіріңдер мм саңылаудың кірісін жəне шығысын 1 күйіне əкеліп қойыңдар. 3. Сəулелену қабылдағышының жылулық режимі тұрақтанғанша бес минут күтіңдер. 4. Оптикалық жүйенің калибрлеуін жүргізіңдер. Ол үшін кюветтік бөлік бос болған кездегі мультиметрдің көрсеткішінің ( U 0 ) 370нм-ден 650нм-ге дейін 5нм қадаммен λ толқын ұзындығынан тəуелділігін жазыңдар. 5. Кюветтік бөлікке жарықфильтрлерін кезекпен орналастырып, мультиметрдің көрсеткішінің ( U 1) λ толқын ұзындығынан тəуелділігін жазыңдар. 6. Қоректену көзін жəне мультимтерді айырыңдар.

40 Ескертулер: o Егер вольтметрден алынған кернеу 0.1В-тан аз болса, онда үлкендеу саңылауды орналастырыңдар. o Үлкен жарық ағыны кезінде сəулелену қабылдағышының артық жүгі болуы мүмкін. Осы кезде дыбыстық сигнал беріледі. Ол үшін сəулелену көзінің қуатын азайту қажет, яғни қоректену көзін 0 күйіне қою керек. o 7. Жарықфильтінің шығару коэффициентінің (T) толқын ұзындығынан (λ ) тəуелділік графигін тұрғызыңдар. U1 Т = U 0 T - шығару коэффициенті 8. Алынған мəндерді төмендегі кестеге толтырыңдар. λ U 0 В U (қызыл)л) 1 U (сары) U 3 (жасыл) Т(қызыл) Т (сары) T (жасыл) T λ Бақылау сұрақтары: 1. Жарықтың жұтылу заңы. Металдар неліктен жарықты күшті жұтады? 3. Жұтылу коэффициенті неге тіуелді? (диэлектриктерде, металдарда) 4. Вавилов-Черенков сəулеленуі қай кезде пайда болады? Зарядталған бөлшектердің тректерін анықтау (əзір фотографияда). Вариант 1. Фотографияда жеңіл элементтердің ядролық көрінісі көрініп тұр

41 (соңғы см олардың жүріс жолы) ядро магнит өрісінде индукциясы В=,7 Тл фотографияға перпендикуляр бағытта болады. Жаттығу: 1. Магнит өрісіндегі индукция векторының бағытын анықтау. Бөлшек траекториясы неліктен шеңбердің доғасы болады? Неліктен қисықтың ядросы əркелкі ядрода өзгеше? Бөлшектің траекториясы бастапқы жəне соңғы орнымен анықталады.. Əркелкі ядроның траекториясының қалыңдығы əртүрлі. Неліктен барлық бөлшектерде жүріс соңында трек қалыңырақ, бастапқыға қарағанда. 3. Бөлшектің траекториясының қисықтық радиусын өлшеңдер. І бастапқы жəне соңында бөлшектің энергиялары қалай өзгеретінін анықтаңдар, егер бөлшек протон болса. 4. ІІІ бөлшектің траекториясының қисықтық радиусының бастапқы жылдамдығын біле отырып, олардың протондарының бастапқы жылдамдығына тең. ІІІ бөлшектің зарядының массаға қатынасын анықтаңдар. Шыққан мəн бойынша қай элементтің ядросы екендігін анықтаңдар. Қосымша тапсырма: қалған тректер ядросының дейтриі мен тритиіне тəуелді. ІІ жəне ІҮ тректер қай ядроға сəйкес келеді? Вариант. Фотографияда электронның тректері көрініп тұр, магнит өрісінде қозғалып бара жатқан индукциясы В=1 Тл, электронның жылдамдығы жарық жылдамдығына жуық, бірақ электрон жарық жылдамдығымен өозғалу мүмкін емес. Магнит индундукциясының бағыты жазықтыққа перпендикуляр, электронның қозғалысы нүктеден басталады. Ал толық 1030 см-ге тең. 1. Электрон траекториясы неліктен шеңбер болады? Неліктен қисықтық радиусы бастапқыда жəне соңында өзгреді?. Бастапқыда траекторияның қисықтық радуысын анықтаңдар. Электронның массасының тыныштықтағы массаға қатынасын анықтаңдар. Массаның өсуін немен түсіндіруге болады? 3. Электронның массасы арқылы оның толық энергиясын анықтаңдар. 4. Бастапқы электронның санмен берілген трегін қарастырыңдар. І жəне ІҮ электронның қисықтық тректерінде айырмашылығы қандай? Қосымша тапсырма: қозғалыс соңында (тректің бастапқы бөлігі) электронның энергиясы 1,4 МэВ-қа төмендейді. Энергияның төмендеуін түсіндіріңдер. Жұмыс: Дайын фокустар арқылы зарядталған бөлшектің жолын оқып үйрену. Вариант 4. Суретте ядролардың бөлінуі нəтижесінде бөлшектердің жолдары көрсетілген. Мұндай іздеудің тобын олардың түбіне қарай ыдырау «жұлдыздары» деп аталады. Вильсон камерасын газдың ядросының ыдырауы бұл жағдайда төменнен жоғарыға тез қозғалған нейтронның салдарынан болып отыр. Камера фотосурет жазықтығына

42 перпендикуляр магнит өрісінде орналасқан. Өріс индукциясы В=1,3 Тл а нүктедегі ыдырау «жұлдызы» бастапқы энергиясы 1,8 МэВ бір протонның толық жүрісін көрсетеді (протон сол жақ жоғарыға қарай қозғалады). Сонымен қатар «жұлдыз» құрамында бір протон жəне α бөлшек бар. Тапсырма: 1. Магнит өрісінің күш сызықтарының бағытын анықтаңдар.. Протон жолының соңына қарай жол қалыңдығының жəне қисаюының не себепті үлкейетінін түсіндір. 3. Қисықтың соңына қарай радиусын анықта жəне сол жердегі энергиясын есепте жəне бастапқы энергиясымен салыстыр. 4. А нүктесінде нейтрондардың қоршау болған жəне ыдыраған кезде екі протон мен қатар α бөлшек жəне нейтрондар пайда болатынын біле отырып, бұл қай элемент ядросы екенін тап. Қосымша сұрақ: б нүктесінде жəне с нүктесіндегі ыдырау «жұлдызы» құрамында қандай бөлшектер бар? Зарядталған бөлшектердің ізін зерттеу Жұмыстың мақсаты: Зарядталған бөлшектердің ізін зерттеп үйрену. Құрал - жабдықтар:калька (жұқа қағаз), сызғыш Жұмыстың орындалуы: 1. Магнит өрісінде қозғалатын зардталған бөлшектің тірегінің фотографиясын қараңдар (1-сурет).Онда екі тірек кескінделген. Бөлшектер магнит өрісінде, Тл индукциясымен қозғалған.бөлшектердің бастапқы жылдамдықтарының модульдері тең.сол жақтағы трек сутегі атомының ядросынікі, оң жақтағысы белгісіз бөлшек. Сутегі атомының зарядының оның массасына қатынасы 9,6*10 7 Кл/кг. Белгісіз бөлшектің зарядының массасына қатынасын табу керек.. Ол үшін екі тректі де жұқа қағазға түсіріп алыңдар жəне олардың қисықтарының радиусын табыңдар 3. Əуелі қисықтың радиусын тауып алу керек. Ол үшін тректің орта шамасынан екі хорда жүргізіп, ол хордалардың ортасынан перпендикуляр тұрғызыңдар. Перпендикулярдың қиылысу нүктесі трек қисығының центрі болады. 4. Сызғыш көмегімен трек радиусын өлшеңдер. 5. Магнит өрісінде қозғалатын зарядталған бөлшекке Лоренц күші əсер етеді. Ол бөлшектің жылдамдық векторына перпендикуляр. Бұл күш центрден тепкіш күшке тең:

43 mv qvb = R Бұдан белгісіз бөлшектің v 1 жылдамдығы мынаған тең болады: q1r1 B v 1 = m1 Мұндағы q 1 бөлшек заряды, m 1 - бөлшектің массасы, R 1 тректің қисығының радиусы, B- магнит индукциясының модулі. Сутегі атомының ядросының v жылдамдығына тең: qrb v = m Мұндағы q сутегі атомының ядросының заряды, m сутегі атомының ядросының массасы, R - трек қисығының радиусы. Шарт бойынша v 1 = v, олай болса q1r1 B qrb = m m Бұдан 1 q 1 = qr. Формула бойынша q1 ді есептейсіңдер. m1 mr1 m1.фотографияда индукциясы В =1 Тл, жылдамдығы жарық жылдамдығына жуық магнит өрісінде қозғалып бара жатқан электронның тректері кескінделген.(- сурет) Магнит өрісінің индукция векторы фотография жазықтығына перпендикуляр. Сурет бойынша төмендегі сұрақтарға жауап беріңдер. 1. Электрон траекториясы неліктен шеңбер болады? Тректің қисығының радиусы басында жəне соңында қалай өзгереді жəне неліктен?.бастапқы кездегі трек қисығының радиусын анықтап, оның массасын есептеңдер. Массаны есептейтін формуланы қорытып шығарыңдар. 3. Электрон массасы бойынша оның кинетикалық энергиясын есептеңдер. Эксперимент жүргізу, өлшеулер нəтижесін өңдеу. 1. Өлшеудің жəне есептеудің нəтижесін жазу үшін кесте дайындалады.. Фотосуреттен калькаға бөлшектердің ізі түсіріледі. 3. Калькаға көшірілген бөлшек іздерінің бастапқы бөліктеріндегі қисықтық радиустарын өлшеңдер. 4. Калькаға түсірілген белгісіз бөлшек пен протонның меншікті зарядтарын салыстырыңдар. Өлшеу нəтижелері бойынша қандай бөлшек екенін анықтаңдар. Бақылау сұрақтары: 1.Бөлшектер ізінің фотосуреттегі ізіне қатысты магнит индукциясы векторы қалай бағытталған?.бір бөлшек əр түрлі бөліктердегі қисықтық радиусын неліктен əртүрлі? Сəулеленудің кванттық табиғаты Жұмыстың мақсаты: Стефан Больцман заңын тексеру Құралдар: Өлшеуіш құрылғы, зерттеу объектісі (пеш), термобағана. Қысқаша теория Денелердің қыздырған кезде жарық шығаруын температуралық жарық немесе жылулық сəулелену деп атаймыз. Температуралық жарықтың тепе-теңдік сипатын дененің сəуле шығару нəтижесінде энергиясы қанша кемісе,өзі жұтқан сəулелік энергия мөлшері де сондай болумен түсіндіруге болады. Сөйтіп, жылулық сəулелену үшін тепе-

44 теңдік күй өзінен - өзі орнауы керек. Сонда дене не аз, не көп энергия жұтқан жағдайларда шығарылатын сəуле интенсивтігі күшеюі немесе бəсеңдеуі нəтижесінде жүйе қайтадан бұрынғы күйіне оралады да, тепе- теңдік орнықты болады. Мысалы, қабырғалары жылуөткізбейтін бос қуыс ішінде температурасы əр түрлі бірнеше дене болып, олардың бірінен біріне жылу тек сəуле арқылы ауысатын болса, онда біраз уақыт өткенсоң сəуле шығару жəне сəуле жұтылу нəтижесінде олардың температуралары теңеледі, сөйтіп жылулық тепе- теңдік күйге түседі. Соныменбелгілі бір температурада сəулелік энергия үздіксіз шығарылып жəне жұтылып отырады, сондай ақ сəулелік энергия шығару жəне жұтылу қабілеттері бір-біріне байланысты болады. Дененің бетінен бірлік уақытта шығарылатын сəулелік энергия мөлшері дененің сəуле шығарғыштық қабілеті немесе энергетикалық жарқыраушы деп аталады. Егер дененің сəуле шығарғыштық қабілеті ( dλ) спектрлік аралықтың бір алқабына есептелінсе, оны дененің спектрлік сəуле шығарғыштық қабілеті r λ деп атайды. Сөйтіп дененің сəуле шығарғыштық қабілеті мынаған тең: R (1) = 0 r λ dλ Егер дене мөлдір болса, онда дене бетіне түскен сəулелік энергияның біраз бөлігі жұтылады. Осы жұтылған энергияның түскен энергияға қатынасы дененің сəуле жұтқыштық қабілеті деп аталады. Демек, бұл шама түскен сəулелік энергияның қандай бөлігі жұтылғанын көрсетеді. Сонда толқындар ұзындығы λ жəне λ + dλ аралығында сəулелер энергиясының белгілі температурада дененің беті жұтқан бөлігін көрсететін шама дененің спектрлік сəуле жұтқыштық қабілеті α λ деп аталады. Егер дене бетіне түскен сəулелік энергияны талғамай толық жұтатын болса, онда ондай дене абсолют қара дене деп аталады. Осындай дененің сəуле жұтқыштық қабілеті бірге тең ( α λ = 1). Ал абсолют қара дененің толық сəуле шығарғыштық қабілетін (1)формула арқылы табуға болады. Ондағы r λ абсолют қара дененің спектрлік сəуле шығарғыштық қабілеті, ол сəуленің толқын ұзындығы λ мен температурасы Т ға тəуелді болады, яғни r λ = f ( λ,t) Неміс ғалымы Кирхгоф 1859 жылы термодинамика заңдарына сүйеніп, дененің сəуле шығарғыштық қабілетінің ( r λ ) сəуле жұтқыштық қабілетіне (α λ ) қатынасы дененің табиғатына байланысты болмай, барлық денелерге бірдей, сəуленің толқын ұзындығы (λ) мен температурасына тəуелді əмбебап функция болады деген қортынды жасады, яғни rλ = f ( λ, T ) = ελ, T () αλ Осы қағида Кирхгоф заңы деп аталады. Стефан Больцман жəне Вин заңдары Абсолют қара дененің сəуле шығарғыштық қабілеті оның температурасы жоғарылаған сайын күшейе түседі. Яғни, температура жоғарылағанда дененің жарқырауы да күшейіп, одан шығатын сəуленің түсі де өзгереді. Олай болса, белгілі бір температурада абсолют қара дененің əр түрлі толқын ұзындығына сəйкес салыстырма сəуле шығарғыштық қабілетін эксперименттік қисықтарынан байқауға болады. Өте жоғары температурада дене қатты қызып, оның түсі қызғылт болады, кейінірек температура одан ары жоғарылағанда түсі бірте бірте ақ түске айналады. Сөйтіп əрбір қисықтың максимумы температура артқан сайын қысқа толқындар алқабына қарай ығыса бастайды. Ол дене температурасы төмен болса, онда қисықтың максимум мəндері ұзын толқындар