Білім беру бағдарламасы «6В01505 Физика-информатика»
Әдебиеттер:8,9,10, 14,15 2-апта
жүктеу/скачать 2.7 Mb.
|
| Әдебиеттер:8,9,10, 14,15
2-апта №2. Тақырып: Ядроның байланыс энергиясы. Ядролық күш. Дәрістің мазмұны:Ядролық күштер туралы алғашқы ақпараттар эксперимент арқылы белгілі болған. Ең қарапайым ядро бір протон мен бір нейтрондардан тұрады: 1Н2 – дейтерий. Осы ядроның құрамын және энергетикалық күйлерін зерттеу арқылы ядролық күш туралы айтуға болады. Ядролық күш туралы тағы ақпараттар әр түрлі энергиясы бар нуклондардың нуклондармен шашырау тәжірибелерін зерттегенде алынған. Классикалық физикада екі бөлшектің әсерлесу күшін әр түрлі қашықтықта әр түрлі жылдамдықта болса да өлшеп алуға болады. Ал микродүнің заңдары кванттық механиканың заңдылықтарымен сипатталады. Сол себептен екі нуклонды белгілі қашықтықта ұстап, әсерлесу күшін есептей алмаймыз. Екі бөлшектің өзара соқтығысуы эффективтік қима деген шамамен сипаттайды. Эффективтік қиманың ауданы: []=1барн=10-24cм2 Өте аз қашықтықта ядролық күштің әсері табиғатта кездесетін барлық белгілі күштердің әсерінен асады. Егер төрт фундаменталды әсерлесуді қарастыратын болсақ күшті әсерлесудің шамасын 1-ге тең деп алсақ электромагниттік әсерлесу 100 есе кем, әлсіз әсерлесу - 10-14, гравитациялық әсерлесу - 10-36 болады. Электромагниттік және гравитациялық күштер арақашықтыққа кері пропорционал, яғни қашықтаған сайын күш азаяды. Ал әлсіз және күшті әсерлесулер қашықтық өзгергенде жылдам өзгереді. Сондықтан ядролық күшті - қысқа әсерлесу күші деп атайды. Ядролық күштердің қысқа әсерлесуі келесіден шығады: 1. Резерфорд тәжірибесіндегі - бөлшектің жеңіл ядродан шашырауынан. Егерде қашықтық 10-12 см үлкен болса тәжірибенің қорытындысында - бөлшектің ядромен әсерлесуі Кулон әсерлесуімен анықталады. Ал одан аз қашықтықта Кулон заңы орындалмайды . Сондықтан күшті әсерлесу арқылы орындалады. 2. Ауыр ядролардың -ыдырауын зерттеген кезде . 3. Нуклондардың нулондармен шашырау тәжірибелерінен. Нейтрондардың протондармен шашырауында нейтронның энергиясының максимумы 20МэВ болады. Сондықтан ядролық күштің әсерлесу радиусының жоғарғы шегі 2*10-13 см. Протондардың протонмен шашырауында егер Кулон күштері әсер етсе шашыраудың эффективтік қимасын есептеуге болады. Ал аз қашықтықта ядролық күштер әсер ететін болғасын шашыраған протондарың үлестіруі өзгереді. Ядролық күштер әсерлесудегі бөлшектің электр зарядына байланысты емес, сондықтан (р,р), (п,п) , (р,п) арасындағы әсерлесу күштері бірдей болады. Ядроның бұл қасиеті келесіден шығады: 1. Жеңіл ядроларда электромагниттік әсерлесуді қарастырмасақ. протон саны мен нейтрон саны бірдей. Сондықтан әсерлесу күштері де бірдей. 2. Кейбір жеңіл ядроларда протон саны мен нетрон саны ауысып тұрады. Мысалы, 6С12 , 7Na14 cондықтан энергетикалық деңгейлері бірдей. 3. Нуклондардың шашырау тәжірибесінен (р,р), (п,р) ядролық күштердің шамалары бірдей екені көрінеді. Ядролық күштердің осы қасиетін заряд тауелсіздігі деп атайы. Сондықтан нуклонда қосымша еркіндік дәрежесі – зарядтық деген - бар. Бұл бөлшектің спині сияқты. Спинде бөлшектің кеңестікте қозғалуына қосымша еркіндік дәрежесі болып есептеледі. Сондықтан зарядтық еркіндік дәрежені шартты үш өлшемді кеңестікпен сипаттайды, ол кеңестікті изотропты дейді. Ал бөлшектің күйін сол кеңестікте изотроптық спинмен сипаттайды. Сутегі атомынынң күйін сипаттау үшін орбиталдық кванттық сан енгізелік. Осы сан атом қозғалысының орбиталдық моментін сипаттайды. саны бар атомның 2 +1 күйі болады. Ал ядродағы нуклонның күйін сипаттау үшін Гейзенберг осы изотоптық спинді енгізген. Бұл изотоптық спинде кванттық сан сияқты нуклонның азғындау күйлер санын көрсетеді, ол 2+1 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 1/2-ге тең. Протон спині p= +1/2; нейтрон үшін n=-1/2 . Зарядтық тәуелсіздікті сақталу заң арқылы жазуға болады. Нуклондардың әсерлесуінде толық изотроптық спин өзгермейді: =0. Ядролық күштің спинімен байланысты келесіден шығады: 1) Бір ядроның әр түрлі спині бар күйде әр түрлі байланыс энергиясы болады. Мысалы, дейтерийдің байланыс энергиясы егерде протон мен нейтронның спині бір бағытта болса 2,26 МэВ тең, ал спиндері әр түрлі бағытта болса ядро орнықсыз болады. 2) Нейтрондардың протонмен шашырауы спиннің бағытымен байланысты. 3) Нейтрондардың сутегі молекулаларымен шашырауы да. Ядролық күштің алмастыру сипаттамалары Алғашқы рет алмастыру сипаттама химиялық байлансы бар күштерде табылған. Бұл байланыс электронның бір атомының екінші атомға көшкенде байқалады. Электромагниттік күштерді де алмастыру күштеріне жатқызуға болады. Өйткені зарядтың әсерлесуі -кванттарымен алмастыру арқылы болады. Ядролық күштердің алмастыру қасиеттері мынада. Нуклондар бір-бірімен өздерінің параметрлерімен ауысады: заряд, спиннің проекциясы және тағы басқа. Кванттық механика арқылы алмастыру күштерінің әсері мен қанығу құбылысының байланысын дәлелдеуге болады. Яғни бөлшек алмастыру арқылы тек белгілі бөлшектермен әсерлеседі. Бірақ нуклонның нуклонмен шашырауын эксперимент арқылы зерттегенде алмастыру сипаттамасы бар болғанмен толық қанығудың өзі түсіндірілмейді. Сондықтан ядролық күштердің тағы бір қасиеті бар: шамамен 0,5*10-13 см қашықтықта нуклондар бір-біріне тартылмайды, алмасып тебіледі. Бұны нуклондарда бір-бірінен алмасып тебілетін өзегі бар деп түсіндірген болатын және осы өзегі қанығу эффектісін сипаттайды. Сондықтан әсерлесу графигі өзгеше болады . U U r0 r r0 U0 U0 Виртуалды бөлшектер. π -мезондар. Нуклондар арасындағы алмастыру күш зарядталған бөлшектің берілуімен байланыстығын Совет физигі И.Е.Тамм ұсынды. Ал япон физигі Хидеки Юкава мынадай қортындыға келген: электромагниттік өріс сияқты басқа өріс болу керек. Кванттық физика бойынша осы өрісте бөлшектердің берілуі, кванттың сәулелену және жұтылу арқылы өтеді. Егерде осындай процесс кезінде энергетикалық байланыс бұзылатын болса бұл процесті виртуалды процесс деп, ал энергия мен импульсі жоқ берілісетін бөлшектерді виртуалды бөлшектер деп атайды. Сондай виртуалдық бөлшектің біреуі π– мезон. π -мезонды ядролық әсерлесудегі байланыс агенті деп атайды. Нейтронмен протон әсерлескенде π + , π - –дар берідеді, ал (р,р), (n,n) әсерлескенде - π 0 жүктеу/скачать 2.7 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|