М. Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан мемлекеттік университеті

Transcript

1 М. Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан мемлекеттік университеті Физика математика факультеті Физика жəне математика кафедрасы 5В физика мамандығы бойынша кредиттік оқу жүйесінде оқитын студенттерге арналған «Атом дросы жəне элементар бөлшектер теорисы ( негізгі курсы)» ПƏННІҢ ОҚУ-ƏДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ Курс-4 Семестр - 7 Кредит саны - Дəріс 5 сағат ОЖСӨЖ- 5сағат СӨЖ- 5сағат Емтихан 7-ші семестрде Барлығы 45 сағат Орал

2 Пəннің оқу əдістемелік кешені ГОСО РК типтік бағдарлама Физика бөлім II. Білім жəне ғылым министрлігі, Алматы, 6. типтік бағдарлама негізінде құрастырылған. Құрастырушылар: Кажмуханова Г.Ш. - оқытушы Тажғалиева А.С. - оқытушы Физика жəне математика кафедрасының отырысында қарастырылды.9. ж. хаттама Физика-математика факультетінің оқу-əдістемелік Кеңесінің отырысында бекітілді 3.9. ж. хаттама. Пəннің оқу типтік бағдарламасы

3 Атом дросы жəне элементар бөлшектер теорисы Кіріспе. Микроəлемнің масштабты деңгейі. Іргелі əсерлердің түрлері жəне олардың негізгі қасиеттері. Атомдық жəне дролық деңгейлердіңсипаттамаларын салыстыру. Ядролық физиканың зерттеу əдістері. Шашырау процесі үшін тəжірибелердің қойылуы, шашырау процестерінің классификацисы, ыдыраулар. Ыдыраудың, серпімді шашыраудың кинематикасы. Шашырау қимасы, шашырау теорисының тура жəне кері есебі. Ыдырау ықтималдылығы, ыдырау процестерінің негізгі заңдары. Атом дросының қасиеттері. Ядроның құрамы,оның зарды жəне массалық саны, нуклон жəне изоспин формализмі туралы түсінік. Ядролардың массасы жəне меншікті байланыс энергисы. Спин. Ядролардың электрмагниттік моменттері (дипольдік момент, магниттік момент, квадрупольді момент туралы ұғым), дроның өлшемі жəне түрі, оларды өлшеудің əдістері. Ядролардың жəне нуклондардың электрмагниттік құрылымы туралы түсінік. Ядролық модельдер. Тамшы моделі. Ядроның байланыс энергисы үшін жартылай эмпирикалық формула. Атом дросының негізгі модельдері. Дейтрон жүйелерінде дролық күштердің қасиеттерінің көрініс алуы. Ядролық əсерлердің алмасу механизмі, пиондар жəне олардың қасиеттері. Ядролық түрленулер. Радиоактивтілік, радиоактивті түрленудің түрлері. α-ыдырау жəне β- ыдырау механизмдері. Нейтрино, оның түрлері, олардың астрофизика жəне космологида атқаратын ролі. Ядроның γ-сəуле шығару механизмі. Мессбауэр эффектісі жəне оның қолданылуы. Ядролық реакцилар, олардың классификацисы. Тікелей реакци жəне құрама дролар арқылы жүретін тосын реакцилар, резонанстық құбылыстар. Ядролардың еріксіз жəне тосын бөлінуі. Ауыр дролардың нейтрондар əсерінен бөлінуі, бөлінудің тізбектік реакцисы. Жылулық жəне жылдам нейтрондардың дролық реакторлары, дролық отынның өндірілуі.синтез реакцисы, олардың жүру шарты. Термодролық энерги. Термодролық энергиның басқару проблемасы, болашағы, практикалық қолданылуы. Элементар бөлшектер. Лептондар жəне адрондар. Лептондар дублеті. Тұрақты адрондар, резонанстар, мезондар, бариондар жəне изомультиплеттер. Бөлшектердің сипаттамасы (масса, спин, жұптылық, өмір сүру уақыты, электр зарды, изоспин жəне оның проекцисы, ғажайыптылық, оғаштық, таңғажайыптылық). Бөлшектердің өзара түрленуі. Сақталу заңдары. Əлсіз əсерлесу кезіндегі кеңістіктік жұптылықтың сақталмауы. Комбинациланған жұптылық, нейтралды канондардың қасиеттері, арқылы қасиеттері. Əлсіз əсерлесу кезіндегі комбинацилық жұптылықтың сақталмауы, олардың уақыт қайтымсыздығымен байланысы. Адрондар құрама бөлшектер ретінде. Кварктар, олардың сипаттамасы, «түсі» жəне «иісі». Мезондар мен бариондардың кварктан құралуы. Іргелі бөлшектер: лептондар, кварктар жəне олардың өзара əсерлесуін тасымалдайтын бөлшектер. Іргелі өзара əрекеттесудің алмасу механизмі. Электрмагниттік өзара əрекет жəне фотон. Күшті əсердің кварк-глюонды моделі, аралық бозондар. Біріккен теори туралы түсінік (электрəлсіз өзара əрекеттер, ұлы бірігу жəне протонның тұрақсыздығы, өте аз жəне аз қашықтықтағы гравитациның ролі). Матери құрылысының осы заманғы бейнесі..пəн бойынша оқыту бағдарламасы SYLLABUS

4 . Оқытушы (оқытушылар) туралы мəлімет Оқытушының аты жөні, ғылыми дəрежесі, жұмыс орны т.б: Тажғалиева А.С.- оқытушы Офис: кафедра атауы: Физика жəне математика. Жұмыс мекен-жайы: Достық- Дружба даңғылы,6,каб.37. Жұмыс телефоны: Е-ail:. Пəн туралы мəлімет Атом дросы жəне элементар бөлшектер физикасы Семестр 5 оқу аптадан жəне сынақ аптасынан тұрады. Бір аптада мысалы кредит сағат (оқу үрдісі кестесі жəне жұмыс оқу жоспарына сəйкес ауыстырылады), əр кредит-сағат бір байланыс сағаттан (дəріс) жəне бір сағат оқытушының жетекшілігімен студенттің өзіндік жұмысынан (ОЖСӨЖ), студенттің өзіндік жұмысынан (СӨЖ) тұрады. Кредиттің аптаға бөліну кестесі : Сабақтар Байланыс сағаты ( дəріс) Өткізу Сабақтар Өткізу уақыты уақыты 5 мин. ОЖСӨЖ, СӨЖ 55 мин. Кредит саны Өту орны: 4 оқу ғимараты, сабақ кестесі бойынша Оқу жоспарынан көшірме: Курс Семе стр Кред ит саны Дə ріс Практика лық сабақ ОЖСӨЖ СӨЖ Барлығы Бақылау түрі емтихан.3 Кіріспе. Пəннің мақсаты мен мəселелері жəне оқу процесіндегі орыны. «Атом дросы жəне элементар бөлшектер теорисы» пəні физика курсының құрамды бір бөлімі болып табылады. Педагогикалық бағытта физика маманын дайындайтын университеттерде теорилық физиканы оқыту материның құрылымы мен табиғаттың заңдарын тану үшін теорилық əдістерді пайдалануды қалыптастырады. Теорилық физика курсында студенттердің көңілін физиканың ең жалпы түсініктерімен, заңдары мен принциптеріне аударып, оларды физикалық процестерді жəне құбылыстарды талқылауға үйретіп, іске асыруға мүмкіншілік тудырады. Сол себептен теорилық физиканың негізгі əдістері арқылы методологилық жалпылау тəсілдерін, физикалық ұғымдар мен принциптерін қолдануын, олардың қазіргі ғылым жəне техникамен байланыстығын көрсету керек. Əлемнің қазіргі физикалық бейнесіне студенттердің біртұтастық көзқарасын қалыптастыруда теорилық физика негізгі роль атқарады. Теорилық физика арнайы физикалық білімнің бірінғай жүйесінің ең жоғары сатысы болып келеді, сондықтан жалпы физика курсымен сабақтастығы талап етіледі. Пререквизиттер.. Жалпы физика курсы. Элементарлы математика 3. Математикалық анализ курсы 4. Аналитикалық геометри жəне сызықты алгебра

5 Постреквизиттер. Статфизика жəне физикалық кинетика негіздері. Заттың электрондық теорис. Оқыту əдістемесі: Оқыту негізгі оқу материалдары қамтылған дəрістер негізінде жүргізіледі жəне алынған практикалық дағдылар, түсініктер бекітіліп отырады. Студенттердің білімін бақылау үй тапсырмаларын тексеру, электрондық оқулық т.б. оқу құралдарында берілген тестілерді орындау, ауызша сұрау, жеке семестрлік тапсырмалар арқылы жүзеге асады. Курсты меңгеруде студенттердің өзіндік жұмысының маңызы жоғары. Оқыту əдістемелігі: Табиғатты зерттеудің физикалық əдістеріне ғылыми таным білу əдістеріне зейін қою: сипаттау, өлшеу, эксперимент, формализаци (ғни абстрактілі математикалық моделдерді құру), аксиоматизаци (аксиомалар негізінде теориларды құру), гипотезалық дедуктивті əдіс (бір-бірімен байланысты гипотезалар жүйесін құру).4 Сабақ мазмұны мен кестесі апта Кредит сағат Дəріс Тақырыбы: Кіріспе.. Атом құрылысының күрделігін растайтын құбылыстар.. Физикалық шамалардың масштабтары. 3. Фундаментал өзара əсерлесулердің түрлері. ОСӨЖ мазмұны:. Атом дросының құрылысы. Протон мен нейтронның негізгі сипаттамалары. СӨЖ мазмұны:. Ядроның зарды, өлшемі. апта Кредит сағат Дəріс Тақырыбы: Ядроның байланыс энергисы. Ядролық күш.. Спин жəне дроның магниттік моментін табу əдістері. 3. Ядролық күш. Ядролық күштің негізгі сипаттамалары. 4. Ядролық күштің алмастыру сипаттамалары. 5. Виртуалды бөлшектер. π -мезондар. ОСӨЖ мазмұны:. Ядроның байланыс энергилары. СӨЖ мазмұны:. Ядроның модельдері. 3 апта Кредит сағат 3 Дəріс 3 Тақырыбы: Радиоактивтілік.

6 . α- ыдыраудың заңдылығы.. β-ыдыраудың заңдылығы. ОСӨЖ мазмұны:. Радиоактивтілік ыдырау заңы. СӨЖ мазмұны:. Радиоактивті сəулеленудің түрлері. 4 апта Кредит сағат 4 Дəріс 4 Тақырыбы: Радиоактивтілік.. γ сəулелену жəне оның қасиеттері.. γ сəулеленудің резонанстық жұтылуы. Мессбауэр эффектісі. ОСӨЖ мазмұны:. -4 есептер шығару СӨЖ мазмұны:. -5 өзіндік жұмысқа арналған есептер шығару 5 апта Кредит сағат 5 Дəріс 5 Тақырыбы: Ядролық реакцилар. Нейтронның əсерімен өтетін реакцилар.. Ядролардың бөліну реакцисы. 3. Тізбекті дролық реакцилар. 4. Ядролық энергетика. ОСӨЖ мазмұны:. Ядролық реакцилардың сипаттамалары. СӨЖ мазмұны: Ядролық реакцилардың түрлері. 6 апта Кредит сағат 6 Дəріс 6 Тақырыбы: Атом дросының синтез реакцисы.. Атом дросының синтез реакцисы.. Синтез реакцисының циклдері. 3. Термодролық синтез проблемалары. ОСӨЖ мазмұны:. Стеллатор. Адиабаттық магниттық қармау. СӨЖ мазмұны:

7 Ядролық энергетика даму проблемалары. 7 апта Кредит сағат 7 Дəріс 7 Тақырыбы: Атом дросы бойынша есептер шығару.. Радиактивтік ыдырау заңына есептер.. Ядролық реакци. млн. атомдардан бір тəуліктің ішінде қанша полоний атомы ыдырайтын болады? Бер: t тəулік. Шығарылуы. N 6 dn -Nλ dt 6,693 dn 5атом T / 38 тəулік. λ T / N.693 т.к dn dn dt T /. млн. атомдардан бір тəуліктің ішінде радий ( радон қанша атомы ыдырайтын болады? Бер: t тəулік. Шығарылуы. N 6 Бұл есепті шешкенде dn -Nλ dt формуланы пайдалануға T / 3,8 тəулік. болмайды, өйткені радонның жарты ыдырау периоды бар т.к dn болғаны 3,8 тəулік болады. Радон атомының бір тəулектегі ыдырау санын табу үшін мынадай формула пайдалану керек: λ t N N e Сонда іздеп отырған ыдырау саны: dn N N N λ t N e N λ t ( e ).,693 λ T dn 6 (.833) 67 тəулік 3. г радийдағы сек ішінде болатын ыдырау санын табу керек. Бер: T 3 / 59жыл кг dn,693 А λn λ Ra 6 кг / моль dt T/ 5 с. N A.693 N A N A µ T т.к А / 3 N A 6. моль. / µ µ N N A A ыдырау / сек кюри. 4. Активтігі кюриге тең радонның массасын табу керек.

8 Бер: µ (R) 3 кг/моль. Талдау. Шешуі:,63 N A Т / 3.8 A Т / Т µ / A T µ A Кюри. /.63 т.к N A 3 3, ,63 6, 6,5 9 кг 3 5. Активтігі 3,7 ыдырау / сек -қа тең 84 Po полонийдің мөлшерін табу керек. Бер: Po Талдау. Шешуі: A T µ 7. 3 µ кг / моль. / 6 Т / ,9 с.63 Т / 38тəулік. т.к N A , кг 6 6. Бір тəуліктегі радон атомының саны 8, процентке кемиді деп, радонның ыдырау тұрақтысын табу керек. l Бер: t N λ тəулік dn8. N dn N N λ t т. к λ.8 N N N N e.8 N N e,8 t e λ e λ t λ t.8 t e λ λ t l l λ.88 t 7. Мыналарды: ) 35 9U уранның жəне ) 86 R радонның меншікті активтігін табу керек.

9 а)бер Талдау. 8 T / 7. жыл 35 А N A U 9 а A λn N 8 µ λn A λn A.63 5 a λ,4 µ µ.63 N A т.к а a µ T / T / б) Бер: Талдау. Шешуі:.63 N A R 86 a T / 3348c µ T / а 3,63 6, 6 35,,8 Бк кг т.к а a 5.6 Бк / кг Гейгер-Мюллердің иондау счетчиктерінің радиоактивтік препараты болмаған уақытта да белгілі бір «фоны» болады. Фонның болуы космостық сəуле шығару немесе радиоактивтік ластанудың салдарынан болуы мүмкін. Счетчиктің 5 сек ішіндегі бір серпіліс беретін фон радонның қандай мөлшеріне сəйкес келетіндігін білу керек? Бер: R Талдау. Шешуі: 86 5 A. 5 7 а 5,6 Бк / кг a кг A A.Бк. т.к 7 Бк кг 3 9. Кейбір радиоактивтік препараттың ыдырау тұрақтысы λ,44 сає. Бастапқы уақыттағы атомдардың мөлшерінің 75 процентің ыдырау үшін қанша уақыт керек болады? Бер: Талдау. Шешуі..38 t 7 λ t λ t 7 λ 4 с. N N e dn N ( e ) c dn.75,75 e λ t N т.к t t e λ t.75 e λ.5 t e λ λ t l >.5.5 l t.5 λ. Радиоактивтік ыдырау кезіндегі радий атомының дросынан ұшып шығатын α - бөлшектің кинетикалық энергисы 4,78 МэВ-ке тең. Мыналарды: ) α -бөлшектің

10 жылдамдығын, ) α -бөлшектің ұшып шыққандағы бөлініп шығатын толық энергисын табу керек. Бер: Талдау. Шешуі. Е k 4,78 МэВ ,648 6, Ra 88 α R86 α ,78,6 Дж α E α k,5 7 м / с α R R 7,648 3 Дж α т.к. Е 7, Ra 6 3 кг/моль. E E 6,34 k E R 3 3 6, M µ µ ( He ) 4 кг / моль. α R 7,9 3 Дж N N A E α, Е. k N A α µ R E R α R α µ R µ α α µ α µ R α A 3. кюри радон: ) бір сағатта жəне ) орташа өмір сүру уақытында қанша жылу бөліп шығарады? Радоннан ұшып шығатын α -бөлшектің кинетикалық энергисы 5,5 МэВ-ке тең. Бер: А 3,7 Бк. Талдау. Шешуі. dn ) t сағ 36c А ) dn α dt.63 T ) τ λ / 3 τ Q Дж λ T / Ek 5.5 МэВ8,8 3 Дж dn Adt ) τ 53885с,693 т.к Q Q N α E α dn α Q кДж г уран 9U өзінің ыдырау продуктысы мен тепе-теңдікте болғанда,7 7 Вт қуат бөліп шығарады. Уранның бір грамм атомының, уран атомдарының өмір сүруінің орташа ұзақтығында, бөліп шығаратын толық жылу мөлшерін табу керек. Бер: Талдау. Шешуі.

11 7 3 9 Q N г 3 кг. Р N A Q µ 3 t µ 38 3 P t Ptµ µ ( 9U ) 38. Q 5. Дж/моль N N A Ptµ P Вт. Q µ Q N A τ. Q µ Q µ τ T τ / х λ.693 Ptµ T т.к. Q Q / µ Бір сағат ішіндегі г радийдан пайда болған радонның активтігі неге тең? Бер: Талдау. Шешуі N A Ra 88 А λn N A R 36 3 µ кг. Ra α.8 8 Бк 88 R86 t 36c. dn Ra N R Ra N A т.к А N Ra µ dn N A R Ra Ra Ra.693 Ra N T µ Ra Ra.693 Ra N T µ Ra Ra AR λ N Ra.693 Ra N T µ R Ra A A A dt t.693 t T 4. Төрт α -ыдыраудан жəне екіβ -ыдыраудан кейін болады? Бер: Шығарылуы Th 9Th 88 Ra α 6 4 Ra R т.к α 6 86 R 83 At β Ra 3 9Th -ден қандай изотп пайда 5. Үш α -ыдыраудан жəне екіβ -ыдыраудан кейін болады? Бер: Шығарылуы U 3 α Y 86Y α т.к. Y β Y Y Y Y 88 Ra Y 6 6 β β 6. Екіβ -ыдыраудан жəне бір α -ыдыраудан кейін Бер: Шығарылуы. 38 9U 38 9U -нан қандай изотоп пайда -нан қандай изотоп пайда болады?

12 38 9U β : β Y 93Y U 93Y 94Y β Y т.к. Y α : { Y Y 94 9 α 7. Бірβ -ыдыраудан жəне бір α -ыдыраудан кейін радиоактивті изотоп изотоп пайда болады? Бер: Li β : 3 Li 4Y β Y He α : 4Y Y α т.к. Y 8 3 Li -ден қандай Төрт β -ыдыраудан кейін сурьма 5 Sb радиоактивті изотоптан қандай изотоп пайда болады? Бер: Sb 5Y β Y 53Y β Sb 4 β Y 55Cs 53Y 54Y β Y 55Y β т.к Магнийдің үш изотоптарының: ) Mg, ) Mg 5, 3) 6 Mg дроларының құрамына енетін нейтрондар мен протондардың санын табу керек? 4 Бер: ) Mg Шығарылуы. ) 5 Mg ) Z, N4-6 Mg ) Z, N5-3 3) т.к. 3) Z, N6-4 Z, N.. Ядролық реакциның 4 7 N ( α, p) табалдырығын табу керек. Бер: Талдау. Шешуі N N α P 8O W МэВ α 4.6 Q. 464 МэВ xα р.783 W Q 7 8 O x т.к. W 7. Ядролық реакциның Li ( p, ) табалдырығын табу керек. 3

13 Бер: Li Li p 4Be р.783 Q. 464 МэВ W МэВ 7.6 xα.867 W Q 7 4 Be x т.к. W.. Mg ( γ, ) реакцисын жүзеге асыру үшін γ -кванттың энергисының ең кіші мəнін табу керек. Бер: Талдау. Шешуі. Mg 4 ( γ, ) 4 Mg γ 3 h υ 93(. 867 т.к. h υ Mg 3 4 h υ Q E( ) E( Mg ) E( Mg ) МэВ 3. Егер уранның əрбір бөлінуінде шамамен МэВ-қа тең энерги бөлініп шығатын 35 болса, онда г 9U уранның бөлінуінен киловатт-сағат есебі мен қанша энерги мөлшерін алуға болады. Бер: Талдау. Шешуі. 3 3 N 3 A 6. 3 кг. W Q N N W 5. МэВ 3 µ QN A 9U W µ Q МэВ. т.к. W Қуаты 5 квт атом электр станцисында бір тəулікте уранның 9U қанша мөлшері жұмсалады? Пайдалы əсер коэффициенті η 7 -ке тең деп аламыз. Əрбір ыдырау актысында МэВ энерги бөлініп шығады деп есептейміз. Бер: Талдау. Шешуі. t тəулік 864с. W P t W ηqn кг N Р 5 Вт. N A µ N η 7 A Pt ηq µ Q МэВ. Ptµ η QN A т.к. 5. Сутегі бомбасы жарылған кезде дейтрий мен тритийден гелийді бөліп шығаратын термодролық реакци өтеді. ) Ядролық реакцины жазу керек. ) Осы реакци уақытында бөлініп шығатын энергины табу керек. 3) г гелийді шығарып алғандағы пайда болатын энергиның мөлшері қандай? Бер. 3 кг. Талдау. Шешуі. He

14 3 4 d r He Q 93( ) т.к. Q, W МэВ,65 QN 3 3 A He W W 4.3 Дж 3 µ 4 4 эв Əдебиет: 5, 7, 8, 9 ОСӨЖ мазмұны:. -4 есептер шығару Əдебиет: 5, 7, 8, 9 СӨЖ мазмұны:. -5 өзіндік жұмысқа арналған есептер шығару Əдебиет: 5, 7, 8, 9 8 апта Кредит сағат 8 Дəріс 8 Тақырыбы: Элементар бөлшектер физикасы. Космос сəулелері..космос сəулелерінің жаратылысы. I-ретті космос сəулелері 3. II - ретті космос сəулелері ОСӨЖ мазмұны:. Зардталған бөлшекткр көзі. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 СӨЖ мазмұны:. Сызықты үдеткіш. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 9 апта Кредит сағат 9 Дəріс 9 Тақырыбы: Фундаментал əсерлесулер. Элементар бөлшектердің классификацисы. Фундаментал əсерлесулер.. Элементар бөлшектердің классификацисы ОСӨЖ мазмұны:. Циклотрон. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 СӨЖ мазмұны:. Синхрофазотрон. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 апта Кредит сағат Дəріс Тақырыбы: Микродүниедегі сақталу заңдары.

15 . Элементар бөлшектердің өзара ауысуы. Зардтық кездесу принципі ОСӨЖ мазмұны:. Сцинцилциалық есептегіш. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 СӨЖ мазмұны:. Черенков есептегіші. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 апта Кредит сағат Дəріс Тақырыбы: Микродүниедегі сақталу заңдары.. Бариондық зардтың сақталу заңы.. Лептондық зардтың сақталу заңы 3. Изотоптық спиннің сақталу заңы ОСӨЖ мазмұны:. Ионизациалық камера. Əдебиет:,, 3, 7, 8, 9 СӨЖ мазмұны:. Газоразрдтық есептегіш. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 апта Кредит сағат Дəріс Тақырыбы: Микродүниедегі сақталу заңдары.. Бөгделіктің сақталу заңы.. Жұптылық сақталу заңы 3. TSP-теоремасы ОСӨЖ мазмұны:. Жартылай өткізгіш есептегіш. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 СӨЖ мазмұны:. Вильсон камерасы. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 3 апта Кредит сағат 3 Дəріс 3 Тақырыбы: Элементар бөлшектердің жүйелендіруі. Унитарлық симметри. Элементар бөлшектердің жүйелендіруі.. Унитарлық симметри ОСӨЖ мазмұны:. Диффузиалық камера. Əдебиет:,,3,7, 8, 9

16 СӨЖ мазмұны:. Көпіршіктік камера. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 4 апта Кредит сағат 4 Дəріс 4 Тақырыбы: Кваркты модель. Кварктар құрылымы.. Кварктардың еркін күйі. ОСӨЖ мазмұны:. Ядролық фотоиммульси. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 СӨЖ мазмұны:. Казіргі замандағы дролық физика проблемалары. Əдебиет:,,3,7, 8, 9 5 апта Кредит сағат 5 Дəріс 5 Тақырыбы: Элементар бөлшектер бойынша есептер шығару.. Миккродүниедегі импульс, энерги сақталу заңдары Əдебиет: 5, 7, 8, 9 ОСӨЖ мазмұны:. -5 есептер шығару. Əдебиет: 5, 7, 8, 9 СӨЖ мазмұны:. - есептер шығару Əдебиет: 5, 7, 8, 9.5 Əдебиеттер тізімі. Савельев И.В. Курс общей физики:учеб. пособ.-м. :Астрель. Кн.5:Квантова оптика.атомна физика.физика твердого тела.физика атомного дра и элементарных частицах с.. Трофимова Т.И. Курс физики:учеб.пособ./т.и. трофимова-9-е изд., перераб. и доп.- М.:ИЦ Академи,4.-56с. 3. Широков, Юдин Ядерна физика 4. Колпаков Физика атома и атомного дра 5. Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы: А.:Мектеп, с. 6. Гершензон Е.М. Оптика и атомна физика:учеб.пособие.-м:академи,.-48с. 7. Жұманов К.Б. Атомдык физика:оэулыэ.-алматы. :НазаЭ ун-ті,6.-369б 8. Койшыбаев Н. Жалпы физика курсы:.-алматы. :Зит 9. Жүсіпқалиева Ғ.Қ. Ядро жəне элементар бөлшектер физикасы 3. Тапсырмаларды орындау кестесі

17 п/ п Жұмыс түрі ОСӨЖ тапсырмала ры ОСӨЖ тапсырмала ры 3 Бақылау жұмыстары 4 Жеке тапсырмала р 5 Қортынды бақылау Сабақтың мақсаты мен мазмұны Теорилық білімдер тексеру Өзіндік жұмыстар тексеру Теорилық білімдер тексеру Теорилық білімдер тексеру əдебиетте р,, 3, 4, 6, 7, 8, 9,, 3, 4, 6, 7, 8, 9 Орындау мерзімі Келесі кредитсағатқа дайындалады. Егер уақытында орындамаса балдың жартысы есептелінбейді. Келесі кредитсағатқа дайындалады. Егер уақытында орындамаса балдың жартысы Баллы Тексеру түрі Ауызша жəне конспект тексеру Ауызша жəне конспект тексеру есептелінбейді. 5, 7, 8, 9 8-ші, 5-ші апта. Жазбаша варианттар бойынша жұмыс.,, 3, 4, 6, 7, 8, 9 Комплексті тексеру,, 3, 4, 6, 7, 8, 9 6-ші, 3-ші апта. Жазбаша жұмыс. 7-ші, 5-ші апта. Ауызша сөйлесу 4. Пəннің оқу-əдістемелік қамтамасыз ету картасы Əдебиет атауы Барлығы п/ п кітапхана да кафедрад а Қамтыл у пайызы Электронд ы түрі Ескерт у Савельев И.В. Курс общей физики:учеб. пособ.-м. :Астрель. Кн.5:Квантова оптика.атомна физика.физика твердо го тела.физика атомного дра и элементарных 5 % частицах с. Трофимова Т.И. Курс физики:учеб.пособ./т. 3 %

18 И. трофимова-9-е изд., перераб. и доп.- М.:ИЦ Академи,4.-56с. 3 Широков, Юдин Ядерна физика 4 Колпаков Физика атома и атомного дра 5 Волькенштейн В.С. Жалпы физика курсының есептер жинағы: А.:Мектеп, с. 6 Гершензон Е.М. Оптика и атомна физика:учеб.пособие.- М: Академи,.-48с. 7 Жұманов К.Б. Атомдык физика:оэулыэ.- Алматы. :НазаЭ унті,6.-369б. 8 Койшыбаев Н. Жалпы физика курсы:.- Алматы. :Зит 9 Жүсіпқалиева Ғ.Қ. Ядро жəне элементар бөлшектер физикасы % 5 % 5 % 5 % 5 % 5 % 5 % 5. Дəрістік кешен Дəріс Тақырып: Кіріспе.. Атом құрылысының күрделігін растайтын құбылыстар.. Физикалық шамалардың масштабтары. 3. Фундаментал өзара əсерлесулердің түрлері. Кіріспе Атом құрылысының күрделігін растайтын құбылыстар. «Атом» грекше бөлінбейтін деген мағынаны білдіреді. Атомның бөлінбейтіндігі жөніндегі түсінік ХІХ ғ. ағына дейін дерлік болып келді. Ал физиканың одан əрі дамуы бұл түсінікке көзқарасты бүтіндей өзгертті. ХІХ ғ. басында эллектромагниттік құбылыстардың зерттеулері атомның күрделі екенін көрсетті. Атом оң жəне теріс электр зарды бар бөлшектерден құрылады. Басында теріс зардталған уақ (элементар) бөлшектер электрондар бар екені, одан кейін атом құрылымында оң зардталған элементар бөлшектер - протондар ашылды. Əсіресе атом жөніндегі ілімнің дамуына ХІХ ғ. ағында француз ғалымы Беккерель ашқан радиоактивтік құбылыстың маңызы өте зор болды. Беккерель уран тұзын фотопленканың үстіне қойып қараңғы жерге орналастырған, бірнеше уақыттан кейін

19 фотопленкада уран тұзының кескіні қалған. Жаңадан ашылған сəулелер рентген сəулелері сиқты түрлі заттардан, соның ішінде жұқа металдан өтетін болған. Беккерельден көп кешікпей осындай «урандық» сəулелер сиқты ерекше сəулелер басқа заттардан шығатыны табылған. Бұндай сəулерді шығаратын заттарды радиоактивті заттар деп, ал осындай сəулелер шығару қасиетін радиоактивтілік деп атаған. Радиоактивтікті жанжақты зерттеген Мари жəне Пьер Кюрилер. Резерфорд радиоактивті сəулелер α,β,γ-сəулелер түрінде шығатынын тəжірибе жүзінде көрсетті. Көптеген тəжірибелердің нəтижелерін талдай келіп, Резерфорд 9ж. атомның өз моделін ұсынған. Бұл модель бойынша атом оң зардталған дродан құрылады жəне дро атомының өте кішкентай бөлігін алып тұрады. Ядроның диаметрі см, атом диаметрі -8 см. Жəне бұл модель бойынша дроның айналасында электрондар орналасқан.. Атомның мұндай моделін планетарлық модель деп атайды. Классикалық электродинамиканың заңдылықтары бойынша зарадталған бөлшек қозғалған кезде зарадтың электромагниттік өрісі өзгереді. Яғни үдемелі қозғалыстағы электр зарды электромагниттік толқын шығарады. Электрон да дроны айналып тұрғанда электромагниттік толқындар шығарады. Сол кезде атом энергисы жойылады, электронның айналу радиусы азайып, дроға құлау керек. Бұдан атом моделі тұрақсыз деуге болады. Бірақ көптеген тəжірибелерден атом орнықты екені көрінеді. 93ж. Дани физигі Н.Бор бұны былай жориды. Атом белгілі бір стационарлы күйде болады жəне осы станционар күйде болғанда атом энерги шығармайды да жұтпайды. Осы күйлердің біреуінде тұрған электрондар стационар орбтитасымен айналады. Сонда электрон электромагниттік толқын шығармайды. Сəулелердің шығуы мен жұтылуы -ші стацинар орбитадан көшкен кезде болады. Мұндай көшу кезінде электромагниттік энергисы бар фотон шығады жəне жұтылады. Е Һν Е - Е Е Е Е - атомның негізгі стационарлық күйі. Атом энергисы Е тең болса атом тұрақты болады. Егер Е ден артық болса атом қозған күйде болады. 93ж. Д.Д.Иваненко мен В.Гейзенберг дроның протон мен нейтрон моделін ұсынған. Протон мен нейтрондарды нуклондар деп атайды. Элементтің белгілеуі z X A, А - нуклондар саны, NA-Z - нейтрон саны, Z - протондар саны. Физикалық шамалардың масштабтары. Кванттық механика - микордүние деп аталатын, атомдар мен молекулалар дүниесінде заңдылықтар барын, жəне ол заңдылықтар бізге бірден байқалатын денелер дүниесіндегі макродүниедегі заңдылықтардан өзгеше екенін көрсетеді. Осы заңдылықтардың өзгешілігі микродүниедегі өлшемдердің, жылдамдықтардың, энергилардың жəне тағы басқа физикалық шамалардың масштабтары өзгеше болуына байланысты. Сондықтан осы элементар бөлшектер дүниесіндегі масштабтарды қарастырайық.. Ядро диаметрі - -3 см. Атом диаметрі - -8 см. Энерги ЕэВ,6* -9 Дж.,6* - эрг. Ядродағы протон мен нейтрон арасындағы байланыс энергиның шамасы Е8* 6 Дж. Жылдамдық - барлық элементар бөлшектердің жылдамыдығы жарық жылдамдығына тең 3* 8 м/с.

20 Уақыт - егерде бөлшектер дро диаметрінен өтетін болса ( -3 см - -5 м.) t - 5 м/3* 8 м/с3* 4 c. Масса - элементар бөлшектердің бірлік масса ретінде электрон массасы алынады. e 9* -3 кг. Фундаментал өзара əсерлесулердің түрлері. Табиғатта негізгі фундаменталдық əсерлесулердің 4 түрі бар:. Гравитацилық əсерлесу. Элетромагниттік əсерлесу. 3. Күшті əсерлесу 4. Əлсіз əсерлесу. Гравитацилық əсерлесу - екі дененің арасындағы əсерлесу. FG( )/r Интенсивтігі жағынан ең əлсіз өзара əсерлесу гравитацилық болып табылады. Бірақ оған матери түгелдей бағынады міне осы, Ньютонның бүкілəлемдік тартылыс заңынан көрініс табады. Оның əсер радиусы шексіз. Гравитацилық өзара əсерлесу негізінен макроскопилық денелер арасында өтеді. Ол планеталар мен жұлдыздар қозғалысын анықтайды. Əлемнің тұтастай алғандағы құрылымы да осы əсерлесумен анықталады. Элементар бөлшектер əлемінде графитацилық өзара əсерлесу бөлшектердің массаларының тым жетімсіздігінен тікелей білінбейді де. Мысалы, екі электронның арасындағы граыитацилық тартылыс олардың арасында əсер ететін электрлік күштен бірдей қашықтық үшін 45 есе аз болып табылады. Гравитацилық əсерлесудің элементар бөлшектер əлеміндегі рөлі əлі белгісіз деуге де болады.. Зарды бар бөлшектер арасындағы əсерлесу электромагниттік əсерлесу. Fк(q q )/r Электр зарды интенсивтігі бойынша төменірек тұратын электромагниттік өзара əсерлесулерді анықтайды. Оған барлық электр зардталған бөлшектер жəне электр зарды жоқ фотон бағынады. Сонымен қатар электромагниттік өзара əсерлесу электр зарды жоқ нейтрал, бірақ магнит моменттері бар бөлшектері бар бөлшектердің арасында, мысалға екі нейтронның арасында да болады. Барлық зардталған элементар бөлшектердің электр зарды таңбасына дейінгі дəлдікпен бірдей болады. Электромагниттік өзара əсерлесу дролық 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, хими 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 симметрилы өзара əсерлесу кушті əсерлесу болып табылады. Ол атом дроларының құрамына кіретін бөлшектер протондар мен нейтрондардың арасында əсер ететін дролық күштердің негізінде жатыр. Ядро құрылымы осы күштердің арқасында іске асырылады. Нуклондар, ғни дро 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 -3 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, ғни адрондар жəне лептондар, əлсіз əсерлесулерге ұшырайды. Күшті жəне электромагниттік əсерлесулердің қатарына əлсіз

21 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 5 мин ішінде протон, электрон жəне антинейтриноға ыдырайды. р - е ν Ядролардың β-ыдырауы осы əлсіз əсерлесу арқылы өтеді. Оның арқасында нейтрондар түрліше элементар бөлшектерден шашырауы да өтеді. Əсерлесулер Күшті Электромагниттік Əлсіз Гравитацилық Төрт фундаментал əсерлесулер Салыстырмалы интенсивтігі (жуықтап алынған) Өріс кванты Мезондар Фотондар W жəне Z Гравитон (?) Таблица Дəріс Тақырып: Ядроның байланыс энергисы. Ядролық күш.. Спин жəне дроның магниттік моментін табу əдістері. 3. Ядролық күш. Ядролық күштің негізгі сипаттамалары. 4. Ядролық күштің алмастыру сипаттамалары. 5. Виртуалды бөлшектер. π -мезондар. Ядролық күш. Ядролық күштің негізгі сипаттамалары. Ядролық күштер туралы алғашқы ақпараттар эксперимент арқылы белгілі болған. Ең қарапайым дро бір протон мен бір нейтрондардан тұрады: Н дейтерий. Осы дроның құрамын жəне энергетикалық күйлерін зерттеу арқылы дролық күш туралы айтуға болады. Ядролық күш туралы тағы ақпараттар əр түрлі энергисы 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]барн -4 cм Өте аз қашықтықта дролық күштің əсері табиғатта кездесетін барлық белгілі күштердің əсерінен асады. Егер төрт фундаменталды əсерлесуді қарастыратын болсақ күшті əсерлесудің шамасын -ге тең деп алсақ электромагниттік əсерлесу есе кем, əлсіз əсерлесу - -4, гравитацилық əсерлесу болады. Электромагниттік жəне гравитацилық күштер арақашықтыққа кері пропорционал, ғни қашықтаған сайын күш азады. Ал əлсіз жəне күшті əсерлесулер қашықтық өзгергенде жылдам өзгереді. Сондықтан дролық күшті - қысқа əсерлесу күші деп атайды. Ядролық күштердің қысқа əсерлесуі келесіден шығады:. Резерфорд тəжірибесіндегі α - бөлшектің жеңіл дродан шашырауынан. Егерде қашықтық - см үлкен болса тəжірибенің қорытындысында α - бөлшектің дромен əсерлесуі Кулон əсерлесуімен анықталады. Ал одан аз қашықтықта Кулон заңы орындалмайды. Сондықтан күшті əсерлесу арқылы орындалады.

22 . Ауыр дролардың α-ыдырауын зерттеген кезде. 3. Нуклондардың нулондармен шашырау тəжірибелерінен. Нейтрондардың протондармен шашырауында нейтронның энергисының максимумы МэВ болады. Сондықтан дролық күштің əсерлесу радиусының жоғарғы шегі * -3 см. Протондардың протонмен шашырауында егер Кулон күштері əсер етсе шашыраудың эффективтік қимасын есептеуге болады. Ал аз қашықтықта дролық күштер əсер ететін болғасын шашыраған протондарың үлестіруі өзгереді. Ядролық күштер əсерлесудегі бөлшектің электр зардына байланысты емес, сондықтан (р,р), (п,п), (р,п) арасындағы əсерлесу күштері бірдей болады. Ядроның бұл қасиеті келесіден шығады:. Жеңіл дроларда электромагниттік əсерлесуді қарастырмасақ. протон саны мен нейтрон саны бірдей. Сондықтан əсерлесу күштері де бірдей.. Кейбір жеңіл дроларда протон саны мен нетрон саны ауысып тұрады. Мысалы, 6 С, 7 Na 4 cондықтан энергетикалық деңгейлері бірдей. 3. Нуклондардың шашырау тəжірибесінен (р,р), (п,р) дролық күштердің шамалары бірдей екені көрінеді. Ядролық күштердің осы қасиетін зард тауелсіздігі деп атайы. Сондықтан нуклонда қосымша еркіндік дəрежесі зардтық деген - бар. Бұл бөлшектің спині сиқты. Спинде бөлшектің кеңестікте қозғалуына қосымша еркіндік дəрежесі болып есептеледі. Сондықтан зардтық еркіндік дəрежені шартты үш өлшемді кеңестікпен сипаттайды, ол кеңестікті изотропты дейді. Ал бөлшектің күйін сол кеңестікте изотроптық спинмен r τ сипаттайды. Сутегі атомынынң күйін сипаттау үшін орбиталдық кванттық сан l енгізелік. Осы сан атом қозғалысының орбиталдық моментін сипаттайды. l саны бар атомның l күйі болады. Ал дродағы нуклонның күйін сипаттау үшін Гейзенберг осы изотоптық спинді енгізген. Бұл изотоптық спинде кванттық l сан сиқты нуклонның азғындау күйлер санын көрсетеді, ол τ тең болады. Осы «изотоптық» деген сөз протон мен нейтрон қасиеттері бірдей екенін көрстеді. Бірақ ескеру керек, изотроптық спин шартты кеңестікте енгізілген. Бұл кеңестікте бөлшек ілгерілмелі қозғалыста емес айнымалы қозғалыста болады. Нуклондардың изотроптық спині /-ге тең. Протон спині τ p / нейтрон үшін τ -/. Зардтық тəуелсіздікті сақталу заң арқылы жазуға болады. Нуклондардың əсерлесуінде толық изотроптық спин өзгермейді: τ. Ядролық күштің спинімен байланысты келесіден шығады: ) Бір дроның əр түрлі спині бар күйде əр түрлі байланыс энергисы болады. Мысалы, дейтерийдің байланыс энергисы егерде протон мен нейтронның спині бір бағытта болса,6 МэВ тең, ал спиндері əр түрлі бағытта болса дро орнықсыз болады. ) Нейтрондардың протонмен шашырауы спиннің бағытымен байланысты. 3) Нейтрондардың сутегі молекулаларымен шашырауы да. Ядролық күштің алмастыру сипаттамалары Алғашқы рет алмастыру сипаттама химилық байлансы бар күштерде табылған. Бұл байланыс электронның бір атомының екінші атомға көшкенде байқалады. Электромагниттік күштерді де алмастыру күштеріне жатқызуға болады. Өйткені зардтың əсерлесуі γ-кванттарымен алмастыру арқылы болады. Ядролық күштердің алмастыру қасиеттері мынада. Нуклондар бір-бірімен өздерінің параметрлерімен ауысады: зард, спиннің проекцисы жəне тағы басқа. Кванттық механика арқылы алмастыру күштерінің əсері мен қанығу құбылысының байланысын дəлелдеуге болады. Яғни бөлшек алмастыру арқылы тек белгілі бөлшектермен əсерлеседі. Бірақ нуклонның нуклонмен шашырауын эксперимент арқылы зерттегенде алмастыру сипаттамасы бар болғанмен толық қанығудың өзі

23 түсіндірілмейді. Сондықтан дролық күштердің тағы бір қасиеті бар: шамамен,5* -3 см қашықтықта нуклондар бір-біріне тартылмайды, алмасып тебіледі. Бұны нуклондарда бір-бірінен алмасып тебілетін өзегі бар деп түсіндірген болатын жəне осы өзегі қанығу эффектісін сипаттайды. Сондықтан əсерлесу графигі өзгеше болады (сурет 3). U U r r r r U U p р p Сурет 3. Виртуалды бөлшектер. π -мезондар. Нуклондар арасындағы алмастыру күш зардталған бөлшектің берілуімен байланыстығын Совет физигі И.Е.Тамм ұсынды. Ал пон физигі Хидеки Юкава мынадай қортындыға келген: электромагниттік өріс сиқты басқа өріс болу керек. Кванттық физика бойынша осы өрісте бөлшектердің берілуі, кванттың сəулелену жəне жұтылу арқылы өтеді. Егерде осындай процесс кезінде энергетикалық байланыс бұзылатын болса бұл процесті виртуалды процесс деп, ал энерги мен импульсі жоқ берілісетін бөлшектерді виртуалды бөлшектер деп атайды. Сондай виртуалдық бөлшектің біреуі π мезон. π -мезонды дролық əсерлесудегі байланыс агенті деп атайды. Нейтронмен протон əсерлескенде π, π - дар берідеді, ал (р,р), (,) əсерлескенде - π р π p p π p p π p p& p p π Дəріс 3 Тақырып: Радиоактивтілік.. α- ыдыраудың заңдылығы.. β-ыдыраудың заңдылығы. α - ыдыраудың заңдылығы. Бастапқы дро α -бөлшекті шығарғаннан кейін пайда болатын дроның алғашқы дродан айырмашылығы болатындығы анық, себебі ол екі протон жəне екі нейтрон 4 жоғалтады ( Не дроларын). Мысалы, радий-6-ның α -бөлшектердің көзі екендігі

24 6 белгілі ( 88 Ra дролары). Ыдырау кезінде ол Z жəне А 6 4 болатын дроға айналады. Z 86 деп отырғанымыз радон (R). Демек, α - ыдырау кезіyде радий радонға айналады: Ra 86R He. α -ыдырау кезінде əрқашанда жаңа химилық элементтің пайда болатындығы анық: туынды дроның (біздің мысалымызда, 86 R ) аналық дродан айырмашылығы болады (біздің 6 мысалымызда, 88 Rа ). Бір элементтің екінші элементке айналуын кейде трансмутаци деп атайды. Альфа-ыдырау, күшті əсерлесудің өте ауыр дролардың орнықтылықты қамтамасыз ете алмайтындығынан пайда болады. Қысқа əсерлі болатындықтан, күшті əсерлесу тек көршілес нуклондарды ғана біріктіре алады, ал электростатикалық тебілу түгел дро аумағында əсер етеді. Өте ауыр дроларда (Z саны өте үлкен болатын дроларда) нулондық тебу ете күшті артады да, барлық протондардың арасында ғана əсер етеді, ал күшті əсерлесу болса, ол тек іргелес нуклондардың арасында ғана əсер етеді, ол нулондық тебу күштеріне қарсы жетімсіз, ол нуклондарды дрода ұстап тұра алмайды. Ядроның орнықсыздығы байланыс энергисымен сипатталады. Радиоактивтік дроның байланыс энергисы өте аз, ол дроны орнықты етіп ұстап отыруға жетімсіз. Басқаша айтқанда, аналық дроның массасы төлдік дро мен α-белшектің қосынды массасынан артық болады. Массалардың айырымы β-бөлшектер алып кететін кинетикалық энерги түрінде бөлініп шығады. Егер аналық дроның массасы туынды дро мен α -бөлшектің қосынды массасынан кем болса, онда α -ыдырау болмаған болар еді, себебі керісінше жағдайда энергиның сақталу заңы орындалмаған болар еді. Тəжірибелер арқылы табылған α - ыдыраудың негізгі ерекшеліктері бар:. Көпшілікке белгілі элементтің α - ыдырауында шығатын α - бөлшектің энергилары бірдей болады. Яғни α - бөлшектері моноэнергетикалық бөлшектер болады. Мысалы: 84Ро 44 ыдырағанда α - бөлшектің кинетикалық энергилары 7,68МэВ.. Кейбір дролар α - бөлшектің бірнеше моноэнергетикалық түрін шығарады. Сондықтан α - бөлшектің энергетикалық спектрінің құрамы жіңішке болады. Мыс: 88Ra 5 α - ыдырауда екі түрлі энергисы бар α - бөлшек шығады. Е α 4,88МэВ (96%) Е α 4,84МэВ (4%) Аз энергисы бар α - бөлшектің интенсивтілігі де аз болады. 3. Барлық белгілі α - активті изотоптардың энергилары мынадай аралықта болады: 4МэВ Е α 9МэВ. Орташа шамасы 6 МэВ. 4. α - ыдыраудың жартылай ыдырау периоды. 3* -7 с < Т< 5 жыл. β-ыдыраудың заңдылығы. Элементтердің түрленуі β-ыдырау, ғни электрон немеее β -бөлшекті шығару арқылы ыдырау кезінде де болады. Мысалы, 4 6 С дросының β -ыдырауы былайша етеді: С N e (Бұл жерде e арқылы электрон белгіленген, себебі оның зарды Z -, ол нуклон емес, массасы өте аз, сондықтан А деп алынған). Электрон шығарған кезде дро нуклонын жоғалтпайды, сондықтан төлдік дроның нуклондарының толық саны А аналық дродағыдай болып қала береді. Электрон шығарылғандықтан, төлдік дроның зардының

25 аналық дроның зардынан айырмашылығы бар. Біздің мысалымызда аналық дро үшін Z 6, β-ыдырау кезінде аналық дро - зардын жоғалтады, сондықтан (зардтың сақталу заңы бойынша) төлдік дроның зарды аналық дроның зардынан бір зардқа артық болу керек, ғни 7 болу керек. Демек, төлдік дрода Z 7, ал бұл азот атомының дросына сəйкес келеді. Табиғатта -ден артық β - радиоактивті дролар кездеседі. β -ыдырау - энергилары,мэв электрондар ағыны болады. Жартылай ыдырау периды,5 с < Т< 4* жыл. Ығысу ережесінен β -ыдырау кезінде алғашқы дродан электрон шығатыны белгілі. Бірақ дроның протон-нейтронды моделінен дро оң зардталған протоннан жəне зарды жоқ нейтроннан тұрады. Ал электрон зарды теріс зард. Сондықтан электрондар атомның электондық орбитасынан шығу мүмкін. Бірақ бұл кезде β - сəулелену емес рентген жəне оптикалық сəулелену болады. Егерде электрон сыртқы орбитадан шықса оптикалық, бір энергетикалық орбитадан екінші энергетикалық орбитаға көшетін болса - рентген сəулелену байқалады. Сондықтан белгісіз: қалай оң зардталған дродан теріс зардталған бөлшек шығатыны. Осыны β -ыдыраудың I-і қайшылығы деп атайды. Тəжірибелер арқылы белгілі, β -ыдыраудың энергетикалық спектрі бір тұтас екені. Бірақ алғашқы жəне туынды дролардың энергетикалық спектрі дискретті. Электрон ыдыраудың əрбір актісінде ден Е ax дейін энерги алып шығады. Е ax E алғ -Е туын Сондықтан осы жетіспейтін энерги қайда кететіні белгісіз. Бұны Н. Бор былай түсіндірген. β -ыдырау кезінде энергиның сақталу заңы орындалмайды. Энергиның сақталу заңы β -ыдыраудың əрбір актісінде емес статикалық мағынасында ғана орындалады. Осыдан энергетикалық спектрдің жаратылысы - β -ыдыраудың II-і қайшылығы болып саналады. Тағы да бір екекшілік. Алғашқы жəне туынды дроның массалық саны өзгермейді. Сондықтан дроның спині де өзгермеу керек. Ал β - бөлшек дегеніміз электрон, ол фермионға жатады, спині h -қа тең. Сондықтан ығысыу ережесінде спин сақталу заңы орындалмайды. Бұл β -ыдыраудың III-і қайшылығы. 93ж. Вольфганг Паули осындай гипотеза берген: β -ыдырау кезінде дродан тек қана электрон емес тағы да бір бөлшек шығады. Осы бөлшек өзімен жетіспейтін энергины алып шығады жəне оның спині электронның спиніне тең, бірақ теріс бағытымен. Осы Паули гипотезасы II, III-ші қайшылықтарды түсіндіреді. Бұл бөлшек электронмен бірге бірге дродан шығады, оның зарды жоқ, массалық саны нөлге тең, спині S h. Бөлшекті «кішкентай» нейтрон» - нейтрино деп атаған. Z X A Z Y A β ~υ β -ыдыраудың толық теорисын 934 жылы ит альн физигі Энрико Ферми берген. Нейтриноның өзінің тіркейтін приборлары арқылы табуға болмайды. Өйткені нейтрино электромагниттік, гравитацилық жəне күшті əсерлесулерге қатыспайды. Нейтриноның өте аз иондалатын қабілеті бар. 5км жолында нейтрино ауаны тек бір рет қана иондайды. Нейтрионаның үлкен өтімділік қасиеті бар. Энергисы МэВ нейтринноны ұстау үшін 8 м қорғасын қажет. Нейтрино туралы гипотеза экспенримент арқылы тексерілген. Нейтриноның алып шығатын энергисы Е υ Е ax -E e, Е ax E алғ -Е туын

26 Сондықтан нейтрино II, III-і қайшылықтарды түсіндіреді. Ал I-і қайшылықты Ферми былай түсіндірген: дроның ішінде нуклондардың бір-біріне айналу процессі өтеді. β -ыдыраудың үш түрі бар:. β - - ыдырау, дродан электнон шығады.. β - ыдырау, дродан позитрон шығады. 3. Электронды жұтып алу.. β - - ыдырау A A X Y β ~υ Z Z Осындай құбылыс егерде нейтрон оң зардталған протонға айналса байқалады: p e ~υ β - - ыдырау мысалы торийдің протоактинийге айналуы: Th 9Pa e ~υ Осындай реакци 95 жылы дролық реакторларда пайдаланған.. β - ыдырау A A X Y β Мынадай реакци протонның β Z Z υ нейтронға айналуда байқалады: p e υ - ыдырауда зард жəне спин сақталу заңы орындалады, энерги сақталу заңы орындалмайды. Сондықтан ыдырау тек байланған протондар болса орындалады, ғни байланыс энергисы азатын дроларда. Мысалы: N 6 C e 3. Электронды жұту процесі немесе электрондық қармау. Бұл процесті алғаш рет 937ж. Альварес қарастырды. Ядроға ең жақын орналасқан К-қабықшасы осыдан К- қармау аты шығады. К-қармау кезінде бір электрон жойылады, дрода протон нейтронға айналады, нейтриноны шығарып. Сондықтан бұл əлсіз əсерлесуге жатады. Бұл процестің ығысу ережесі. A A X e Y Z Z υ p e υ К-қармау процесінде спин, энерги сақталу заңы орындалады. Электронның ваканттық орны басқа жоғарыда жатқан қабықшадан толтырылады. Бұл кезде рентген сəулелену болады. 4 4 К e Ar 9 8 υ β -ыдырау кезінде негізгі рөлді əлсіз əсерлесу атқарады. Нейтриноның ерекше қасиеті ол затпен тек əлсіз əсерлеесу арқылы ғана əрекеттеседі, сондықтан оны тіркеу өте қиын. Дəріс 4 Тақырып: Радиоактивтілік.. γ сəулелену жəне оның қасиеттері.. γ сəулеленудің резонанстық жұтылуы. Мессбауэр эффектісі. γ сəулелену жəне оның қасиеттері. Гамма-сəулелену дегеніміз өте жоғары энергилы фотондар болып табылады. Ядроның γ-сəулеленуді шығаруы кебіне қозған атомдардың фотон шығаруына ұқсас болады.

27 Атом тəрізді дро да қозған күйде бола алады. Энергисы теменірек күйге, немесе негізгі күйге өткен кезде дро фотон шығарады. Ядроның рұқсат етілген энергетикалық деңгейлері атомның энергетикалық денгейлеріне қарағанда кеңірек, егер атомда көршілес энергетикалық деңгейлердің арасы бірнеше электрон-вольт болса, дрода көршілес энергетикалық деңгейлердің аралары 3 немесе 6 эв-қа жетеді. Демек, шығарылатын фотондардың энергисы бірнеше килоэлектронвольттардан бірнеше мегаэлектронвольттарға дейін өзгере алады. Тек берілген ыдырауға сəйкес келетін γ -сəулеленудің энергисы əрқашанда бірдей болады. γ-сəулеленудің зарды болмайтындықтан, γ-ыдырау кезінде бір химилық элементтің екінші химилық элементке түрленуі жүрмейді. γ-сəулелену α, β - ыдырау кезінде бірге шығатын сəулелену, ол тағы да басқа дролық реакциларда шығады. Қазіргі ұсыныстар бойынша γ- сəулеленуді алғашқы дро емес, қозған туынды дро шығады. Төлдік дро негізгі күйінде көшкен кезде γ-квант шығады. Осындай өзгерісті радиаци деп атайды. γ-кванттың спектрі сызықты. γ- кванттық спектрі сызықты болғасын дродан шығатын энергетикалық спектр дискретті деп аталады. Радиацилық ауысуды осылай түсінуге болады: қозған туынды дро негізгі күйге көшкенде γ- квант шығарады Еһυ. γ- кванттың энергисы улкен болғасын жиілігі өте үлкен, ғни толқын ұзындығы өте аз -3 λ А. λ - өте аз болғандықтан γ -кванттың толқындық қасиеттері ескерілмейді. Қозған күйдегі дро негізгі күйге көшкен кезде γ- квант шығады да жəне өзінің энергисын электрондық қабықшадағы электронға береді. Бұл электронның энергисы өте үлкен болғасын дромен байланысын үзіп, атомнан шығады. Бұндай процесті конверси деп атайды. Ал энергины қозған дродан электронға беру құбылысын ішкі конверси деп атайды. Шығып кеткен электронның ваккантты орны жоғарыда жатқан қабықшалардан толтырынады. Сол кезде γ-сəулелену шығады. Бұл процесс кезінде рентген сəулелері шығады. Ішкі конверси құбылысын β - ыдыраумен шатастырмау керек. Ішкі конвекци кезінде электрон электрондық қабықшадан шығады да, дро зарды өзгермейді. Ішкі конверси кезінде электронның алып шығатын энергисы γ- квант энергисынан шығу жұмыс шамасына кем. Еһυ-А шығ Бұл жұмыс электронның оң зардталған дродан айырылуына шығатын жұмыс. Энергидан басқа электрон өзімен бірге импульс, импульс моменті жəне спин алып шығады. Спин тек қана нуклондардың спинінен емес орбиталдық спиннен де құрылған. Ядро қозған күйге қалай етеді? Бұл оның басқа бір бөлшекпен серпімсіз соқтығысуы кезінде болуы мүмкін. Радиоактивтік ыдыраудың нəтижесінде пайда болатын төлдік дро көбіне қозған күйде пайда болады. Оған 7-суретте көрсетілген энерги деңгейлері сызбасы мысал бола алады. B 6 бор дросы β -ыдыраудың нəтижесінде тікелей 6 С дросының негізгі күйіне немесе, 6 С дросының қозған күйіне өте алады, осыдан кейін ол энергисы 4,4 МэВ болатын γ- сəулелену шығарып, негізгі күйге өтеді. 5 В β ( В, 4 МэВ) β( 9, МэВ) у р ет 7. Радиациалық ауысудың ауытқудың ықтималдығы негізгі жəне қозған күйлердің энергисының айырмашылығымен жəне спинімен байланысты. Егерде негізгі жəне С 6С * γ( 4,4 МэВ) 6С

28 қозған дролардың спиндерінің айырмашылығы өте үлкен болса, дро қозған күйде өте көп уақыт бола алады (суреттегі секілді). Мұндай кездерде дро метастабилдық күйде тұр дейді. Ядро метастабилді күйде бірнеше тəулікке дейін бола алады. Кей кезде бір жылға дейін. Бірақ əр түрлі энергетикалық күйдегі дроларды əр түрлі дролар деп есептейді, оларды изомерлер деп атайды. Изомердің өмір сүру уақыты əр түрлі болады, ал z пен А саны бірдей болады. Алғашқы рет изомери құбылысын 935ж. Совет физиктері И.В. Курчатов пен Л.И. Русинов ашқан. γ -квант массасы -ге тең. Жылдамдығы жарық жылдамдығына тең. Сондықтан γ - квантты не үдетуге, не тоқтатуға болмайды. γ - квант зарды да -ге тең, сондықтан заттан өткен кезде траекторисы өзгермейді. γ - квант заттан өткен кезде төрт эффект байқалады:. Фотоэффект. Комптон эффектісі 3. Жаңа жұптар жаратылу эффектісі 4. Ядролық фотоэффект. Егерде γ- кванттың энергисы кэв-тан кем болса, фотоэффект құбылысы байқалады. Фотоэффект γ-квант электронды атомның бір электрондық қабықшасынан шығарып алған кезде болады, ғни байланған электрондарда болады. Егерде γ - кванттың энергисы шамамен,5мэв болса жəне тəуелсіз электрондар электронмен соқтығысқан кезге дейін Комптон эффектісі пайда болады. γ - кванттың толқын ұзындығы λ болса, онда ол соғылысқаннан кейін λ қосымша толқын ұзындығы пайда болады, λ >λ. Жаңа жұптар жаратылу эффектісі байқалады егер γ - кванттың энергисы Е γ c тең болса. Бұл энергиның шамасы,мэв. Осындай энергисы бар γ - квант электрон позитронды жұп шығарады: γ e e Ядролық фотоэффект егерде γ - кванттың энергисы дродағы нуклондардың байланыс энкергисынан үлкен болса, γ - квант дродан нуклондарды шығарып алады. Бұл энергиның шамасы,мэв 8,7МэВ. Көбіне γ - квант дродан нейтронды шығарады. γ - кванттың өте үлкен өтімділік қасиеті бар. Осыған байланысты оны деффектоскопида пайдаланады. Зерттеу материалынан өткен кезде γ - кванттың энергисы көп өзгермейді де, ал саны өзгереді. γ - кванттың өте үлкен ионизацилау қасиеті де бар. Сондықтан γ-сəулелену ионизацилық дозамен сипатталады. Үш дозасы бар: ) Жұтылатын. ) Экспозицилық.3) Биологилық. Дəріс 5 Тақырып: Ядролық реакцилар. Нейтронның əсерімен өтетін реакцилар.. Ядролардың бөліну реакцисы. 3. Тізбекті дролық реакцилар. 4. Ядролық энергетика. Ядролық реакциларды тудыру үшін, жаңа элементтерді алу үшін нейтрондарды пайдалану өте тиімді екендігін Энрико Ферми көрсеткеннен кейін, осы ғасырдың 3 жылдарында элементтерді жасанды түрде түрлендіруге деген ынта қатты көтерілді. Нейтрондардың электр зарды жоқ, оларды оң зардталған дролар протондар немесе α- бөлшектер тəрізді теппейді. Демек, нейтрондардың дроға ену ықтималдығы протондармен салыстырғанда өте жоғары. 934 жылдан 936 жылға дейінгі аралықта Ферми Римде өзінің қызметкерлерімен бірге түрліше элементтерді нейтрондармен атқылай отырып, осы кезге

29 дейін белгісіз болып келген бірқатар изотоптарды алды. Ферми белгілі элементтердің ішіндегі ең ауыр элемент уранды атқылай отырып, нөмірлері уранның нөмірінен артық болатын жаңа элементгерді алуға болатындығын түсінді. Бірнеше жылға созылған табанды еңбектен кейін олар жаңа екі элементтің алынғанын хабарлады, олар нептуний (Z 94) жəне плутоний (Z 95) болатын. Нейтрондар қатысатын реакциларды өте маңызды реакцилар деп айтуға болады. 93 жылы неміс физигі В.Боте мен Г.Беккер берилийді α - бөлшектермен атқылағанда белгісіз сəулелену байқалған. Бұл сəулеленуді γ - квант деп есептеген. Сəулеленудің энергисы 7МэВ - қа тең болған. 93 жылы Эрен мен Фредерик Кюрилер γ - квант пен парафинді нысананың əсерлесуін зерттеген. Бұндай сəулелену парафиннен протондарды шығарады. Протондардың шашырауға дейін өткен жолы тəжірибе бойынша 6 см болған. Бірақ протонның осындай өту жолымен шығатын γ - кванттың энергисы 5МэВ - қа тең болу керек. Сондықтан Боте мен Беккердің тапқан сəулеленуі γ - квант емес болған. 93 жылы Д. Чедвиг мынадай ұсыныс берген: бұл бөлшектердің ағыны - нейтрондар ағыны деген. Не»трондар келесі реакцидан табылған: Be α 6 C Нейтрондардың энергисы -4 эв-тан эв-қа дейін өзгергеді. Сондықтан нейтрондарды 3 түрге бөлуге болады:. Жай эв. Шапшаң эв 3.Релтивисті эв Жай нейтрондармен өтетін реакцины ең эффективті реакцилар деп есептейді. Өйткені олардың қармау қимасы өте үлкен шамада. Сондықтан нейтрондарды жайлату қажет. Мысалы: 9 U 38 оның эффективтік қармаудың энергисымен байланысты мынадай график түрінде көрсетуге болады. lσ lсоst -/ le Бұл формуладан энерги өсетін болса, σ монотонды азаю керек. Бірақ график бойынша Е7эВ болса, σ өте тез өседі (сурет 9). Осы 7эВ энерги негізгі күймен қозған күйдің ені болады. 7эВ le Сурет 9. Жай нейтрондар арқылы өтетін реакциның түрі: (,), (,γ) Бұл шашырау реакцисы жəне жаңа изотоптар шығатын реакцилар. 3 Cd 4 Шапшаң нейтронмен Cd өтетін реакцилар: (,α), (,β), (, р). Мыс: 7 4 B Li 5 3 α Релтивистік бөлшектермен релтивисті нейтрондар реакцисы : (,), (,3) U 9U Дəріс 6 Тақырып: Атом дросының синтез реакцисы.. Атом дросының синтез реакцисы.. Синтез реакцисының циклдері. 3. Термодролық синтез проблемалары.