ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Атом және атом ядросы физикасы» «5В011000 – Физика» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары

2 кесте

Кварктердің сыйпаттамалары 2 кестеде көрсетілген. Кварктердің элементарлық электрлік зарядтарының мәндері бөлшек сан, спиндері- 1/2.

Кварктерден адрондар келесі түрде құралады: мезондар қос: кварк-антикварктен, бариондар үш кварктен (антибариондар - үш антикварктен) тұрады. Кейбір бариондар үшін кварктың арнаулы кванттық сыйпаттама енгізілді – түс: “сары” , “көк”, “қызыл”. Сонда әртүрлі“түстегі ” кварктер Паули принципіне қайшылық жасамады. 1974 ж. ашылған нағыз нейтрал (J/Ψ)-мезон,оның массасы шамамен 6000 m_e , жаңа кварк– с-кварк және жаңа сақталатын шама – “әсемдік” енгізуге әкеп соқты.

Элементарлық бөлшектер теориясының дамуындағы қиыншылықтарға байланысты әр жылдары басқа “тамаша”,“нағыз” және т.б. атты кванттық сандар енгізілді.

Кваркті модель өте жемісті болып шықты, ол адрондардың барлық негізгі кванттық сандарын анықтауға мүмкіндік берді. Бұл модель бойынша, тәжірибедегідей, бүтін санды спин мезондар үшін және жартылай санды спин бариондарға тән. Сол модель бойынша жаңа бөлшек – Ω^—гиперон болуы керек деген болжам жасалды. Әртүрлі өзара әрекеттесудегі өріс кванттары сияқты кварктердің өзара әрекеттесуіндегі тасушы ретінде глюон деп аталатын жаңа бөлшектер енгізілді. Олар кванттық сан – түсті- бір кварктен екіншісіне тасиды, соның арқасында кварктер бірге бола алады.

Тағы бір сыйпаттама – “аромат”, ол түстен басқа барлық жоғарыда айтылған белгілерді біріктіреді, күшті және электромагниттік өзара әрекеттесуде сақталады.

Сонымен, материяны құрайтын элементтер- алты ароматы бар (және үш түсті) кварктер және также алты ароматты лептондар. Осындай фундаментальдық бөлшектердің арасындағы өзара әрекеттесу – глюондар, фотондар, аралық бозондар және гравитондардың алмасуымен қамтамасыз етіледі.
8. Қолданбалы ядролық физика . Ядролық сәулелер дозиметриясы.
Бүгінгі күнгі физиканың негізгі мәселесі барлық фундаментальдық өзара әрекеттесудің теориясын біріктіріп, олардың біртұтас теориясын жасау. Қазірдің өзінде электромагниттік және әлсіз өзара әрекеттесуді біріктірген теория жасалды. Бұл фундаментальды өзара әрекеттесу төменгі энергияларда біртұтас электрәлсіз әрекеттесудің әртүрлі көріністерін суреттейді және олардың арасындағы айырмашылық бөлшектердің энергиялары өскен сайын бірте-бірте жойыла бастайды.

Электрлік және күшті өзара әрекеттесуді бір электрядролық өзара әрекеттесу ретінде қарастыратын (“ұлы біріктіру”) жұмыстар да бар.

Ендігі кезек- табиғатта белгілі төрт фундаментальдық өзара әрекекеттесудің біртұтас теориясын (“кеңітілген супергравитация”) дүниеге келтіру.

Нуклидтің, яғни, басқалардан А және Z мәндері бөлек ядролардың активтілігі деп, 1 секунд ішінде ыдыраған ядролар санын айтады:

Белсенділіктің АХ жүйесіндегі өлшем бірлігі- беккерель (Бк), 1 с ішінде бір ыдырау болатынын көрсетеді. Ядолық физикада системадан тыс өлшем бірлігі пайдаланылады, ол- кюри (Ки): 1 Ки = 3,7.10¹⁰ Бк.

Ядролардың ыдырауы ығысу ережесімен іске асады, ол бойынша ыдыраудың нәтижесінде қандай ядро пайда болатынын көрсетеді:

α-ыдырауы үшін:

β- ыдырауы үшін:

Жұтылған сәуле дозасының энергиясы – грей (Гр): 1Гр = 1 Дж1кг.

Қатты денеде байланысқан атом ядроларының дененің ішкі энергиясының өзгерісін туғызбайтын кванттарды серпімді шығаруын (жұтуын) Мёссбауэр эффектісі деп аталады. Мұнда тебілудің импульсі мен энергиясы квантты шығарған бір ядроға емес бүкіл торға тұтас беріледі. Ал кристалдың массасы жек ядро массасынан әлдеқайда үлкен. Сондықтан тебілу энергисының шығыны аз болады да, тебілу серпімді болады.

Мёссбауэр эффектісі ғылым мен техникада әр текті өлшеулер жүргізудің нәзік «аспабы» болып табылады.

Радиоактивтік сәулелер мен бөлшектерді бақылаудың және тіркеудің тәсілдері:

1.Сцинтилляциялаушы есептегіш – негізгі элементі сцинтиллятор (кристаллофосфор) және фотоэлектрондық көбейткіш болып табылатын ядролық бөлшектердің детекторы. Ол әлсіз жарық жарқылын электрондық аппаратура тіркейтін электрлік импульстерге түрлендіруге мүмкіндік

2. Вильсон камерасы – шыны цилиндрден және оған тығыз тиіп тұратын поршеннен, цилиндр ішінде орналасқан судың немесе спирттің буымен қаныққан газдан (He,Ar) тұрады. Ондағы аса қаныққан бу арқылы өткен бөлшектің ізі тіркеледі.

3. Импульстік иондаушы камера – жұмысы зарядталған бөлшектердің газды иондауына негізделген детектор.

Нейтрондар – электрлік бейтарап бөлшектер бола отырып кулондық тебу күшіне ұшырамайды, сондықтан олыр ядроға оңай еніп кетеді де, әр түрлі ядролық түрлендірулер туғызады. Нейтрондардың әсерінен болатын ядролық реакцияларды зерттеу ядролық физиканың дамуында ғана зор роль атқарып қойған жоқ, сонымен бірге ядролық реакторлардың пайда болуына жеткізді.

Нейтрондардың әсерінен болатын ядролық реакциялар:

Машықтану сабақтарын жүргізудегі мақсат теориялық матриалдырды бекіту, есеп шығару дағдыларын қалыптастыру. «Атом және атом ядросының физикасы» пәні бойынша есептер шығаруды төмендегі ретпен жүгізу ұсынылады:

• 
  тақырып бойынша теориялық материалды оқу;
  
• 
  есеп шығару процесінде мазмұнын терең түсініп, оған байланысты құбылыстарды білумен қатар есепті шығарудың қарапаыйым да түсінікті жолдары іздестіріледі;
  
• 
  есептің мазмұнына сәйкес шығарылу жолдарына түсініктеме беретін схемалар, графиктер салынып, электр тізбегі құрастырылады;
  
• 
  есептің шарты қықаша жазырып, физикалық шамалардың өлшеу бірліктері БХЖ өрнектеледі;
  
• 
  физикалық тұрақтылардың мәндері сәйкес таблицалардан жазылып алынады;
  
• 
  шығару жолдарына қысқаша түсініктеме жазылады;
  
• 
  ізделіп отырған шама жалпы түрде шығарылады, яғни әуелі жұмыс формуласы қортылып, одан кейін формуланың дұрыстығы тексеріледі;
  
• 
  формуланың дұрыстығын тексеру үшін шамалардың бірліктері негізгі бірліктер арқылы өрнектеліп жазылады да теңдіктің екі жағының өлшем бірліктерінің дәл келуі анықталады;
  
• 
  шамалардың сан мәндері формулаға қойылып ,есептеулер жүргізіледі;
  

Көрсетілген әдебиеттер мен әдістемелік нұсқауларды қолданып курстың жеке тақырыптары бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:

Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:

Жалпы физика курсының есептер жинағы В.С. Волькенштейн. № 20-3, 20,7, 20.13, 20.17

Тақырып: Корпускулалық- толқындық дуализм

Сабақтың мақсаты: Луй-де–Броиль формуласын қолдана отырып корпускула-толқындық дуализмді дәлелдейтін тақырып бойынша есептер шығаружәне төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:

- бөлшектердің қандай қасиеттерін білесіңдер?

- Луй-де-Броиль формуласының мағанасы неде?

- оны қандай бөлшектерге қолдануға болатынын түсіндір

Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:

Жалпы физика курсының есептер жинағы В.С. Волькенштейн. № 20-3, 20,7, 20.13, 20.17

• 
  толқындық функцияның физикалық мағанасын түсіндір
  
• 
  Шредингер теңдеуінің өрнегін жаз
  
• 
  Паули принципін тұжырымда
  

Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:

• 
  Қандай заттар өткізгіштер тобына жатады? Бұл заттардың құрылысының ерекшеліктері неде?
  
• 
  Қандай заттар шалаөткізгіштер тобына жатады? Бұл заттардың құрылысының ерекшеліктері неде?
  
• 
  Фонондар деп нені айтады?
  
• 
  Қатты заттардың механикалық , электрлік және жылулық қасиеттерін қандай әдістер арқылы өзгертуге болады ?
  

Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:

• 
  Атом ядросының негізгі сипаттамалары қандай?
  
• 
  Атом ядроларының меншікті байланыс энергиясыі деген не?
  
• 
  Нуклондар деген қандай бөлшектер? Олардың түрлері?
  

Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 17-51,64,70.

Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:

- Есептегіштердің негізгі қандай түлерін білесіңдер?

- Есептегіштердің айыру қабілеті деген не?

• 
  Газдардың ионозация процесі деген не? Ионизация жұмысы неге тәуелді?
  

Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 20-4,5,

• 
  Ядролық реакцияның негізгі сипаттаммалары қандай шамалар?
  
• 
  Ядролық реакцияның жүру шарттары
  
• 
  Ядролық реактор не үшін керек?
  
• 
  Ядролық реакцияның эффективті қимасы нені анықтайды?
  

- қарапайым бөлшектер қандай кластарға бөлінеді?

- лептондар қандай әсерлесулерге қатысады?

- резонанстар деген не? Ол массасы неге тең?

- қарапайым бөлшектердің түрлену қандай шарттар орындалғанда байқалады?

- кварктар дегеніміз қандай бөлшектер?

Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 19-4,14,16.

Тақырып: Қолданбалы ядролық физика

Сабақтың мақсаты:Ядролық сәулелердің заттағы әсерінің тогының табиғатан талдау..Студенттерді дозиметрия негіздерімен таныстыру және есептер шығарту.

Төмендегі сұрақтарға жауаптар беру:.

• 
  Ядролық сәулеленудің негізгі тірі ағзаға әсері қандай?
  
• 
  Ядролық бөлшектер затпен әсерлескенде қандай құбылыстар тудырады?
  
• 
  Активтіліктің қандай өлшем бірліктерін білісіңдер?
  

1.Сутегі атомы спектрін зерттеу. Ридберг тұрақтысын анықтау.

2. әрбір n ге Ридберг тұрақтысын (1) формула бойынша анықтаймыз. Ал электрон массасын (2) формула бойынша анықтаймыз.

1. Спектроскоптың құрылысы қандай?

2. Бальмер сериясы спектрдің қай бөлігінде орналасқан?

3. Ридберг тұрақтысының сан мәні неге тең?

4. Белгісіз сызықтың толқын ұзындығын анықтау үшін қандай формуланы пайдаланамыз?

5. Осы жұмыста келтірілген әдістің дәлдігін жоғарлату үшін не істеу керек?

2.Фотондар үшін анықталмаушылық қатынастары.

Жарық шоғы белгілі саңылаудан өтіп экранға түседі.

Саңлаудан өтетін сәуле тесігінен өтіп, экранға түсуі байқалады. Саңлау мөлшері 0,05 мм ден 0,4 мм ге дейін жеткізеді, әр 0,03-0,05 мм өзгерісін келтіріп, 10 рет өлшейді. Содан кейін басты максимумның 2D тең (суретке өара) өлшейді, мм бөлігінде алады. ∆х пен 2D таблицаға салады. 2D жартысын алған саңлау еніне тәуелді таблицаға түседі.

1. Жұмыстың маұсаты қандай?

2. Қарастырылып отырған жұмыста қандай құралдар қолданылады?

3. Өлшеу дәлелдінін күшейту үшін приборларды қалай орналастыру керек?

4. Жұмыста қолданылатын лазердің жұмыс принципі қандай?

5. Жарық дегеніміз не?

6. Лазерлік сәуле шығарудың қасиеті қандай?

7. Фотон деп нені айтады

8. Гейзенбергтің анықталмаушылық қатынасының физикалық мағынасы не?
3.Газды лазер көмегімен квант энергиясы мен толқын ұзындығын анықтау.

Жұмыс мақсаты: Жарықтың корпускалық табиғатын дәләлдеу, эксперимент жүзінде бақылап, микроәлем өлшемдерін бағалау.

Құралдар мен жабдықтар:газды лазер, коллиматор, дифракциялық тор, миллиметрлік шкаласы бар экран, сызғыш.

Жұмысты орындау тәртібі

1. Лазер құрылысы мен оны қолдану тәртібімен танысу.

2.Лазер шкаласына дифракциялық торды орналастырып, экранда дифракциялық спектрдің анық кескінін алу керек.

3. Қажетті өлшеулер жүргізіп, таблицаны толтыру керек.

4. Лазер сәулеленуінің толқын ұзындығын анықтап, лазер шығаратын фотондар энергиясы мәнін есептеу керек.

Бақылау сұрақтары.

1. Ырықсыз сәуле шығарудың еріксіз сәуле шығарудан айырмашылығы неде?

2. Лазердің активті ортасы дегеніміз не?

3. Лазердің оптикалық резонаторы дегеніміз не?

4. Лазердің сәулеленуінің қасиеттерін атаңыз?

5. Лазердің жарық қарқындылығының үлкендігін қалай түсіндіруге болады?

Барлық заттар атомдар мен молекулалардан тқрады, олардың құрамына ядро мен электрондар кіреді. Электромагниттік сәулелену әсерінен, оның ішінде жарықтың әсерінен атомдардан электрондар жұлып алынады. Осы құбылысты фотоэлектрлік эффект ( фотоэффект) деп атайды. Фотоэффекттің үш түрі бар:

۰ Сыртқы фотоэффект, электрондар жарықтандырылған заттың бетінен

ұшып шығады. ( металдар, еркін электрондары бар)

۰ ішкі, шалаөткізгіш немесе диэлектриктен электрондар сыртқа ұшып

шықпай байланысқан күйден еркін күйге көшеді.

۰ вентильдік фотоэффект, екі шала өткізгіш немесе металл және шалаөткізгіш контактілірін жарықтандырғанда сырөы электр өрісі болмаған кезде фото ЭҰК пайда болады.

Жұмысты істеу реті.

1. ФЭ катодын ток көзінің (-) полюсіне қосып, кернеуі 0 ден 4-5 В дейін арттыра отырып вольтметр мен микроамперметрдің 9-10 нүктесі үшін көрсетулерін жазып алыңдар.

2. ФЭ катоды «+» қосып, монохроматорды 405 нм толқын ұзындығын ұойып, бөгеуші кернеуді табыңыз ( ток жоқ болған кезде)

3. Өлшеулері 430, 455 және 480 нм үшін қайталаңдар.

4. ФЭ үшін Энштейін формуласын пайдаланып Планк тұрақтысын анықтаңдар.

Бақылау сұраұтары:

1. Фотоэффект құбылысы дегеніміз не?

2. Фотоэффектің қандай түрлері бар?

3. Фотоэффект үшін Энштейн теңдеуін жаз.

4. Сыртқы фотоэффектінің негізгі заңдарын атаңыз.

5. Фотоэффектінің қызыл шекарасы дегеніміз не? Оның электрондардың металдан шығу жұмысымен байланысы қандай?

6. Фотоэлементтің вольт- амперлік сипаттамасын график түрінде көрсетіп түсіндіріңіз.
5.Оптикалық пирометр көмегімен Стефан –Больцман тұрақтысын анықтау.

Жұмыс мақсаты: Жылулықсәуле шығару заңдарын қарастыру, оптикалық пирометр көмегімен Стефан –Больцман тұрақтысын анықтау

Жұмыстың орындалу реті:

1. Қондырғыны жинау.

2. Пирметрдің О₁ окулярын жылжыта отырып, сымның кескінін анықтап көру.

3. Қыздыру шамы мен пирометрдің шамдарының қылдарының бір жастыққа келтіріп түстерінің бірдей болғандағы бейнесін бақылып таблицаны толтыру.

4. (5) формулаға қойып Стефан-Больцман тұрақтысын анықтау.
Бақылау сұрақтар:

1. Жылулық сәуле шығару деген не?

2. Денелердің спектрлік сәуле шығарғыштық қабілеті деген не?

3. Денелердің сәуле жұтқыштық қабілеті деп нені айтады?

4. Дененің спектрлік сәуле жұтқыштық қабілеті деп нені айтады?

5. Абсолют қара дене заңдарын түсіну керек

6. δ тұрақтысының физикалық мағынасын түсіндіру керек.
5. СТУДЕНТЕРДІҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСТАРЫ ТАҚЫРЫПТАРЫНЫҢ ТІЗІМІ

5.1.Сутегі атомы туралы Бор теориясы.Сутегі тәріздес атомдардың спектрлік сериясы

5.2.Шредингер теңдеуі. Электронның спині және магниттік моменттері. Магниттік резонанс Паули принципі Электрондық қабаттар. Көпэлектронды атомдар құрылысы.

5.3.Электрондардың энергетикалық спектрі.Электрондардың зоналарды толтыруы. Металдар мен шалаөткізгіштердің электрөткізгіштігінің зоналық теориясының негізгі қалыптары.

5.4.Атом ядроларының модельдері. Табиғи және жасанды радиоактивтілік. Радиоактивтілік ыдырау заңы.Радиактивтілік қатары.

5.5.Ядролық реакциялар. Ядролық реаккциялар кезіндегі сақталу заңдары.