«Атомдық  және  ядролық  физика»  курсының  құрылымы  және

45
 
 
-  кәсіптік-педагогикалық  (әдістемелік)  даярлық:  физиканы  оқыту 
әдістемесі,  мектеп физика  курсының  ғылыми  негіздері,  физикадан  стандартты 
емес  есептерді  шығару  әдістері,  физиканы  оқыту  әдістемесі  бойынша 
практикум,  физиканы  бейіндік  және  саралап  оқыту,  бағалаудың  өлшемдік 
технологиялары,  физиканы  оқытудың  жаңа  технологиялары,  ақпараттық-
коммункациялық технологиялар. 
Жалпы  физика  курсының  соңғы бөлімі  болып  саналатын «Атомдық  және 
ядролық  физика»  курсында  микроәлем  туралы  ілімнің  негізгі  мәселелері 
қарастырылады.  Бұл  ілімді  игеру  әдістемелік  тұрғыдан  әрқашанда  біршама 
қиындықтар туғызып отырды, өйткені осы әрекеттің нәтижесінде классикалық 
физиканың  негізгі  түсініктері  мен  қағидалары  туралы  ұғымдарды  қайта  қарау 
арқылы  жаңа  түсініктер  мен  заңдылықтарды  енгізуге  тура  келеді.  Әрине  ол 
үшін Ньютон және Лагранжаның механикасы, Максвелл мен Лоренцтің электр-
магниттік  теориясы  туралы  терең  білім  қажет.  Сонымен  бірге  микроәлемнің 
күрделі құбылыстарының басым көпшілігі кванттық механиканың аппаратына 
жүгіну арқылы түсіндіріледі.  
Атомдық  және  ядролық  физика  көптеген  тәжірибелерден  алынатын 
ядролық  реакциялар  нәтижесінде  бір  химиялық  элементтің  ядросы  басқа 
химиялық элемент ядросына айналатынын анықтайды. 
Атом  туралы  ілім  ерте  заманнан-ақ  басталған  болатын.  Гректің  атақты 
философтары  Левкипп  (б.д.д.  500  жыл  бұрын),  Анаксагер  (б.д.д.  500-428жж.), 
Эмпедокл  (б.д.д.  492-432жж.),  Демокрит  (б.д.д.  460-370жж.),  Эпикур  (б.д.д. 
341-270жж.) дененің атомдық құрылысын дамытты. 
Әсіресе,  бұл  салада  Демокриттің  қосқан  үлесі  өте  зор,  яғни  ол  әлем  бос 
кеңістіктен  және  шексіз  көптеген  бөлінбейтін  бөлшектерден,  материядан, 
атомнан  тұрады  деген  ойға  келді.  Демокриттің  айтуы  бойынша  атомнан 
тұратын  барлық  дененің  бір-бірінен  өзгешелігі  олардың  формасы  мен  таралу 
және  орналасуында.  Дене  атомдардың  өзара  қосылу  немесе  ыдырау 
нәтижесінде  байқалады.  Олар  сырттан  тосын  табиғи  күштер  әсер  етпей-ақ, 
атомдардың  өз  ішіндегі  күштер  нәтижесінде  де  қозғала  алады.  Демокриттің 
атом  туралы  көзқарасы  –  материалистік  болып  табылады.  Бірақ  оның 
көзқарасында  да  елеулі  кемшіліктер  кездеседі,  ол  –  бос  кеңістіктің 
болатындығы  туралы.  Бұл  пікірді  ертедегі  гректің  ұлы  ойшыл  ғалымы 
Аристотель  (б.д.д.  384-322жж.)  қуаттамады.  Ол  материя  үздіксіз  болса,  онда 
бос  кеңістіктің  болатындығына  қарсы  болды,  сонымен  қатар  бөлінбейтін 
атомдардың болуын да теріске шығарды. 
Сонымен,  ерте  ғасырдың  өзінде-ақ  материя  туралы  екі  түрлі  көзқарастар 
пайда  болды:  бірі  материяның  үздіксіздігі  (бөлінбейтіндігі),  ал  екіншісі 
материяның  бөлінетіндігі.  Ғалымдар  арасындағы  бұл  қарама-қарсы  пікірлер 
көптеген  ғасырға  созылды.  Осылайша,  көптеген  жылдар  өткеннен  кейін 
ғылымдағы  теріс  пікірлерден  кейін,  физика  ғылымы  қайта  дами  бастады. 
Физика  көптеген  қиындықтарды  өткеріп,  диалектиканың  табиғи  түсінігінің 
негізіне сүйене отырып, осы қиындықтарды жеңді. Олай болса, материя үздіксіз 
(тұтас) және бөлінетін (атомдар) болып келеді. 

46
 
 
Көп  жылдардан  кейін  атомистикалық  көзқарасты  ойшыл  Лукреций  Кар 
(б.д.д.  95-55жж.)  біршама  дамытты.  Ол,  атом  –  материяның  өте  ұсақ  бөлшегі 
екендігі  туралы  ой  тастады.  Осыдан  кейін  барып,  атом  туралы  ғылыми 
көзқарастар көптеген ғасырларға дейін тоқтап қалды. 
Орта ғасырдағы ойшылдар мен ғалымдарда атомистикалық даму болмады, 
оған  діни  көзқарастың  дамуы  кедергі  болды.  Сонымен  қатар,  сол  кездерде: 
алхимия, астрология, магия сияқты т.б. жалған ғылымдар үстемдік жасап, оның 
дамуына жол бермеді. 
ХVII-XVIII  ғасырларда  ғана  атомистика  басқа  ғылымдар  сияқты  біршама 
ғылыми  жетістіктерге  жете  бастады.  Өйткені  сол  аралықтарда  экономика, 
техника және ғылымның басқа да салаларының күрт даму процестерінің жалпы 
қозғалыстары  пайда  болды.  Бірақ  бұл  аралықта  атомистикадағы  жаңалықтар 
тәжірибе  жүзінде  (эксперимент  бойынша)  қарастырылмады.  Сол  кездегі 
Галилей,  Декард  сияқты  атақты  ғалымдар  да,  атомистердің  саясатын 
жақтамады.  Бірақ  Декарттың  еңбектері,  ғылыми  көзқарастары,  материяның 
шексіздігі,  оның  ұсақ  бөлшектерден  тұратындығы  жағына  келгенде,  ойлары 
атомистіктерге  қарағанда  басым  екендігін  аңғартады.  Декарт  бос  кеңістіктің 
болатындығына  келіспеді.  Ал,  Декарттың  осы  көзқарасына  Ньютон  келіспеді. 
Солай  бола  тұра  Ньютонның  механикадағы  «бүкіләлемдік  тартылыс  заңы» 
атомистиканың  дамуына  әсерін  тигізді.  Оның  көзқарасы  бойынша,  денелер 
арасындағы  тартылыс  күші  бос  аралық  арқылы  әсер  етуі  мүмкін  деген  ойға 
келеді. 
Атом  туралы  ғылымның  дамуына  ағылшын  химигі  Р.Бойлю  (1627-
1691жж.),  ағылшын  физигі  Р.Гук  (1635-1703жж.)  және  голландық  физик 
Х.Гюйгенс (1629-1695жж.) еңбектерінің үлкен әсері тиді. 
Орыстың  ұлы  ғалымы  Д.И.Менделеевтің  (1834-1907жж.),  зерттеулері 
нәтижесінде  атом  туралы  өте  үлкен  жаңалықтар  ашылып,  атомистикалық 
ғылым  саласы  толықтырылды.  Ол  химиялық  элементтерді  аралық  жүйеде 
орналастыру заңдылығын ашты. 
Атомистикалық  ілімнің  үлкен  жетістіктерінің  бірі  –  атомның  электрлік 
құрылымы.  Атомның  электрлік  құрылымы,  корпускулалық  теорияларға 
негізделген. Осыған негізделіп заттың электрлік теориясы дамыды. Англияның 
көрнекті  ғалымы  М.Фарадей  (1781-1867жж.)  сұйық  арқылы  электр  тогының 
өтуін  зерттей  келіп,  сол  сұйықтан  өткен  электр  мөлшеріне,  электродтан 
бөлінген  зат  мөлшері  тығыз  байланысты  екендігін  анықтады.  Неміс  физигі 
Г.Гельмгольц  (1821-1894жж.)  осы  нәтижелерді  талдау  арқылы  мынадай 
қорытындыға келді: егер электролит ертіндісі арқылы электр тогы өтетін болса, 
онда ол арқылы тасымалданатын бір валентті зат атомының электр заряды бір 
қалыпта  болып  қалады,  ал  атом  екі  валентті  немесе  үш  валентті  болса,  онда 
тасымалданатын  электр  зарядының  мөлшері  екі-үш  есе  артады.  Мұндай 
зарядталған  атомдар  немесе  атомдар  тобы  жаңа  термин  бойынша  иондар  деп 
аталады.  Осыған  байланысты  Гельмгольц  электр  зарядының  да  атомдық 
құрылымы  болады  деген  қорытындыға  келді.  Яғни,  теріс  таңбалы  бөлшегін  – 

47
 
 
электрон деп атады, ол атоммен еркін түрде байланыста болады, ал оң таңбалы 
бөлігінің атоммен байланысы еркін түрде байқалмайды. 
XІX  ғасырдың  басында  материалдардың  қасиеттерін  нақты  түсінуге 
алғашқы  қадамдар   жасалды.  Мұндай қадамды  алғаш  химия  жасап,  содан  соң 
физика  жалғастырды.  Теориялық  химия  материалдарды  өңдеудің  тиімдірек 
әдістерін жасауға үлесін қосып қана қоймай, практикалық мәселелерді шешуге 
де, өте көп пайдасын тигізді. Белгілі  физик (1791 - 1867) Майкл Фарадей  алмас 
болаттың қасиеттерін зерттеуде химиялық талдау әдісін қолданды. Содан кейін 
атақты орыс металлургы (1799 - 1851) Аносов Павел Петрович алмас болаттың 
құрылымын  зерттеуде  (1831  жылы)  микроскопты  қолданушылардың  алғашқы 
қатарында  болды.  Ол  алмас  әшекейлерінің  болат  құрылымына  және  оның 
механикалық қасиеттеріне байланысты екендігіін байқады. Кейіннен ағылшын 
геологы  Генри  Сорбидің  (1908  –  1826)  еңбектерінде  әр  түрлі  минералдар  мен 
металдар  құрылымын  оптикалық  микроскоптың  көмегімен  талдау  кеңінен 
қолданылды [72]. 
Электронның  тәжрибе  жүзінде  дәлелденуінен  электрондық  теория  негізі 
құрылды.  Ағылшынның  физигі  Д.Д.Томсон  электрон  массасын,  ал  Милликен 
оның  зарядын  анықтады.  Электрондық  теорияның  одан  әрі  дамуы  өте  тиімді 
болды.  Одан  әрі  атомның  молекулалық  құрылымының  электрондық  теориясы 
жасалды. 
Д.Д.Томсон  атом  құрылымының  моделін  ұсынды.  Оның  ұсынысы 
бойынша  атом  оң  зарядты  біртұтас  шар,  оның  ішкі  жағында  теріс  зарядты 
электрон  орналасқан.  Электрон  –  оң  зарядты  шармен  электр  күші  арқылы 
байланысып тұрады деп түсіндірді. Шын мәнінде бұл модель тәжірибе жүзінде 
зерттелмеген  еді.  Томсон  электронның  тыныштық  массасын  ғана  анықтады. 
Негізінде, электрон массасы қозғалыс жылдамдығына байланысты өзгереді. 
1886 жылы француз физигі Анри Беккерель (1852-1905жж.) радиоактивтік 
құбылысты ашты, бірақ ол көп жылдар түсінігін таппады. Алғаш бұл еш мәні 
жоқ құбылыс сияқты болып көрінді, ал шын мәнінде ол атом ғасырының жаңа 
дәуірлеу  кезеңі  екенін  ешкім  байқамады.  Ғалымдар  радиоактивтілікті  зерттей 
келіп,  атом  қыртысының  терең  қабаттарына  дейін  өте  алды.  Осы  құбылысты 
француз физигі П.Кюри (1859-1906жж.) және Мария Складовская-Кюри (1867-
1934жж.)  сонымен  қатар  көрнекті  ағылшын  ғалымы  Э.Резерфорд  (1871-
1937жж.)  сияқты  ғалымдар  зерттей  келіп,  радиоактивтіліктің  себептерін  және 
оның  негізгі  қасиеттерін  анықтады.  Сонымен  қатар,  көптеген  ауыр  химиялық 
элементтердің  (уран,  радий,  радон,  торий  және  т.б.)  көзге  көрінбей  ұдайы 
альфа, бета және гамма сәулелерін шығарып тұратындығын анықтады. Альфа, 
бета  және  гамма  сәулелерінің  ашылуы,  атомды  зерттеуші  ғалымдарға  күшті 
құрал  болды.  Резерфорд  әртүрлі  химиялық  элементтердің  атомдарын  жылдам 
альфа  бөлшектерімен  атқылау  нәтижесінде  мынадай  қорытындыларға  келді: 
біріншіден,  атомдардың  барлық  оң  зарядтарын  иемделетін  бөлігі  кішкене 
көлемге шоғырланады, оның диаметрі 
см
13
10

. Екіншіден, оң зарядталған атом 
бөлігінің  массасы,  сол  атом  массасына  шамалас  болатындығын  дәлелдеді. 
Атомның осы бөлігі, атом өлшемінен жүздеген мың есе аз болады. Резерфорд 

48
 
 
атомның  осы  оң  зарядты  бөлігін  –  атом  ядросы  деп  атады.  Осының  негізінде 
1911  жылы  атомның  ядролық  моделін  Э.Резерфорд  ұсынған  болатын,  яғни 
ядролық  модель  –  альфа  бөлшектердің  металл  қабыршақтарында 
шашырайтындықтарын  жақсы  түсіндіреді.  Сондықтан  да  ядролық  физика  осы 
Резерфорд  моделінен  басталады  деп  есептеуге  болады.  Ядролық  модель  Күн 
жүйесіне  ұқсас.  Күн  жүйесінде  планеталарға  күннің  тарту  күші  әсер  етеді,  ал 
ядро  нуклондарының  арасында,  кулондық  немесе  гравитациялық  күштерден 
басқа  ерекше  белгілі  қашықтықта  (
м
15
10
2


)  дейін  әсер  ететін  ядролық  күш 
болатынын түсіндіреді. 
Резерфорд  альфа  бөлшектермен  жасаған  тәжірибелерін  жалғастыра 
отырып,  азот  ядросынан  және  басқа  да  заттардан  ыдырау  кезінде,  одан  оң 
зарядты, массасы сутек атом ядросына тең бөлшек ұшып шығатынын анықтап, 
бұл  сутек  атомы  ядросына  тең  «протон»  деп  атады.  Осы  протонның  ашылуы 
атом ядросының протон-электрондық моделін ұсынуға мүмкіндік берді. 
Боте  мен  Беккер  кейбір  жеңіл  элементтерді  (

)  алфа  бөлшектермен 
атқылағанда  протонның  орнына  заттарда  нашар  жұтылатын  бөлшектер  ұшып 
шығатынын  байқады.  Ерлі  зайыпты  Кюрилер  бұл  бөлшектің  жеңіл  ядромен 
әсерлесу  кезінде  ядролардан  тебілетінін  анықтады.  Импульс  пен  энергияның 
сақталу заңдарына сүйеніп зерттеу нәтижесінде Чедвик осы бөлшектің массасы 
протон  массасына  жуық  екенін  анықтады.  Бұл  бөлшек  затта  нашар  жұтылу 
үшін электр бейтарап болу керек. Осы массасы протон массасына жуық электр 
бейтарап бөлшек «нейтрон» (оның өмір үру уақыты 
мин
16


) деп аталды. Олай 
болса ядро ұсақ бөлшектерге (протон мен нейтронға) жіктеледі. Осыдан кейін 
ядроның протон нейтрондық моделі Томсон моделін алмастырды. 
Э.Резерфорд  1919  жылы  альфа  бөлшегімен  азот  атомын  атқылау 
нәтижесінде,  азот  атомынан  сутек  атом  ядросы  –  протон  бөлініп  шығатынын 
байқады.  Бұл  атом  ядросын  зерттеудегі  үлкен  жетістік  болып  саналады. 
Осындай түрлену ядролық реакция деп аталады.  
1919 жылы ағылшын физигі Астон изотопты ашты. Изотоп дегеніміз – бір 
химиялық  элементтің  массалық  саны  (

жүктеу/скачать 1.98 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: