घर आलू परमाणु बलों की सीमा। परमाणु बल। देखें कि "परमाणु बल" अन्य शब्दकोशों में क्या हैं

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परमाणु बलों की सीमा। परमाणु बल। देखें कि "परमाणु बल" अन्य शब्दकोशों में क्या हैं

परमाणु नाभिक, जिसमें एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, विशिष्ट बलों के कारण एक एकल इकाई है जो नाभिक के नाभिक के बीच कार्य करते हैं और कहलाते हैं परमाणु।यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो चुका है कि परमाणु बल बहुत बड़े हैं, प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की ताकतों से कहीं अधिक हैं। यह इस तथ्य में प्रकट होता है कि नाभिक में न्यूक्लियंस की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा कूलम्ब प्रतिकर्षण बलों के कार्य से बहुत अधिक है। आइए हम परमाणु बलों की मुख्य विशेषताओं पर विचार करें।

1. परमाणु बल हैं कम दूरी की आकर्षक ताकतें . वे केवल 10-15 मीटर के क्रम के नाभिक में बहुत कम दूरी पर दिखाई देते हैं। (1.5-2.2) 10-15 मीटर के क्रम की दूरी को परमाणु बलों की कार्रवाई की त्रिज्या कहा जाता है, इसकी वृद्धि के साथ, परमाणु बल तेजी से घटते हैं। (2-3) मीटर के क्रम की दूरी पर, न्यूक्लियंस के बीच परमाणु संपर्क व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है।

2. परमाणु बलों के पास संपत्ति होती है परिपूर्णता, वे। प्रत्येक न्यूक्लियॉन केवल एक निश्चित संख्या में निकटतम पड़ोसियों के साथ बातचीत करता है। नाभिकीय बलों का यह चरित्र आवेश संख्या पर नाभिकों की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा की अनुमानित स्थिरता में प्रकट होता है ए>40. वास्तव में, यदि कोई संतृप्ति नहीं होती, तो नाभिक में न्यूक्लियंस की संख्या में वृद्धि के साथ विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा बढ़ जाती।

3. परमाणु बलों की एक विशेषता यह भी है कि उनका चार्ज स्वतंत्रता , अर्थात। वे नाभिक के आवेश पर निर्भर नहीं होते हैं, इसलिए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच परमाणु बातचीत समान होती है। परमाणु बलों की आवेश स्वतंत्रता को बाध्यकारी ऊर्जाओं की तुलना से देखा जाता है दर्पण नाभिक . तथाकथित नाभिक, जिसमें न्यूक्लियंस की कुल संख्या समान होती है, लेकिन एक में प्रोटॉन की संख्या दूसरे में न्यूट्रॉन की संख्या के बराबर होती है। उदाहरण के लिए, हीलियम नाभिक और भारी हाइड्रोजन - ट्रिटियम की बंधन ऊर्जा क्रमशः 7.72 . है एमईवीऔर 8.49 एमईवी. इन नाभिकों की बाध्यकारी ऊर्जाओं में अंतर, 0.77 MeV के बराबर, नाभिक में दो प्रोटॉन के कूलम्ब प्रतिकर्षण की ऊर्जा से मेल खाती है। इस मान को के बराबर मानते हुए, हम यह पा सकते हैं कि औसत दूरी आरनाभिक में प्रोटॉनों के बीच 1.9·10 -15 मीटर है, जो परमाणु बलों की क्रिया की त्रिज्या के अनुरूप है।

4. परमाणु बल केंद्रीय नहीं हैं और परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों के चक्रों के पारस्परिक अभिविन्यास पर निर्भर करते हैं। इसकी पुष्टि ऑर्थो- और पैरा-हाइड्रोजन अणुओं द्वारा न्यूट्रॉन के बिखरने की विभिन्न प्रकृति से होती है। ऑर्थोहाइड्रोजन अणु में, दोनों प्रोटॉन के स्पिन एक दूसरे के समानांतर होते हैं, जबकि पैराहाइड्रोजन अणु में वे समानांतर होते हैं। प्रयोगों से पता चला है कि पैराहाइड्रोजन द्वारा न्यूट्रॉन का प्रकीर्णन ऑर्थोहाइड्रोजन द्वारा प्रकीर्णन की तुलना में 30 गुना अधिक है।

परमाणु बलों की जटिल प्रकृति परमाणु बातचीत के एक सुसंगत सिद्धांत के विकास की अनुमति नहीं देती है, हालांकि कई अलग-अलग दृष्टिकोण प्रस्तावित किए गए हैं। जापानी भौतिक विज्ञानी एच। युकावा की परिकल्पना के अनुसार, जिसे उन्होंने 1935 में प्रस्तावित किया था, परमाणु बल विनिमय के कारण होते हैं - मेसन, अर्थात। प्राथमिक कण, जिनका द्रव्यमान नाभिकों के द्रव्यमान से लगभग 7 गुना कम होता है। इस मॉडल के अनुसार, समय में एक न्यूक्लियॉन एम- मेसन का द्रव्यमान) एक मेसन उत्सर्जित करता है, जो प्रकाश की गति के करीब गति से आगे बढ़ता है, एक दूरी तय करता है , जिसके बाद इसे दूसरे न्यूक्लियॉन द्वारा अवशोषित किया जाता है। बदले में, दूसरा न्यूक्लियॉन भी एक मेसन का उत्सर्जन करता है, जिसे पहले द्वारा अवशोषित किया जाता है। एच। युकावा के मॉडल में, इसलिए, जिस दूरी पर न्यूक्लियंस परस्पर क्रिया करते हैं, वह मेसन मुक्त पथ द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो लगभग की दूरी से मेल खाती है एमऔर परमाणु बलों की कार्रवाई की त्रिज्या के साथ परिमाण के क्रम में मेल खाता है।

आइए हम नाभिकों के बीच विनिमय अंतःक्रिया पर विचार करें। सकारात्मक, नकारात्मक और तटस्थ मेसन हैं। - या - मेसन का आवेश मापांक संख्यात्मक रूप से प्राथमिक आवेश के बराबर होता है इ. आवेशित मेसन का द्रव्यमान समान और बराबर (140 .) होता है एमईवी), मेसन का द्रव्यमान 264 (135 .) है एमईवी) आवेशित और उदासीन दोनों मेसों का चक्रण 0 होता है। तीनों कण अस्थिर होते हैं। - और - मेसन का जीवनकाल 2.6 . है साथ, - मेसन - 0.8 10 -16 साथ. निम्नलिखित योजनाओं में से एक के अनुसार न्यूक्लियंस के बीच बातचीत की जाती है:

(22.7)
1. न्यूक्लियंस मेसन का आदान-प्रदान करते हैं:

इस मामले में, प्रोटॉन उत्सर्जित करता है - एक मेसन, एक न्यूट्रॉन में बदल जाता है। मेसन को न्यूट्रॉन द्वारा अवशोषित किया जाता है, जो परिणामस्वरूप, एक प्रोटॉन में बदल जाता है, फिर वही प्रक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ती है। इस प्रकार, प्रत्येक परस्पर क्रिया करने वाले न्यूक्लियॉन समय का कुछ भाग आवेशित अवस्था में और कुछ भाग तटस्थ अवस्था में व्यतीत करते हैं।

2. न्यूक्लियंस एक्सचेंज - मेसन:

3. न्यूक्लियंस एक्सचेंज - मेसन:

. (22.10)

इन सभी प्रक्रियाओं को प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध किया गया है। विशेष रूप से, पहली प्रक्रिया की पुष्टि तब होती है जब एक न्यूट्रॉन बीम हाइड्रोजन से होकर गुजरता है। बीम में चलते हुए प्रोटॉन दिखाई देते हैं, और लक्ष्य में व्यावहारिक रूप से आराम करने वाले न्यूट्रॉन की संख्या पाई जाती है।

कर्नेल मॉडल।परमाणु बलों के लिए गणितीय कानून की अनुपस्थिति नाभिक के एकीकृत सिद्धांत के निर्माण की अनुमति नहीं देती है। इस तरह के सिद्धांत को बनाने के प्रयास गंभीर कठिनाइयों में चलते हैं। उनमें से कुछ यहां हैं:

1. नाभिकों के बीच कार्य करने वाले बलों के बारे में ज्ञान की कमी।

2. क्वांटम कई-बॉडी समस्या की अत्यधिक बोझिलता (एक द्रव्यमान संख्या के साथ एक नाभिक एकी एक प्रणाली है एनिकायों)।

ये कठिनाइयाँ हमें परमाणु मॉडल बनाने के मार्ग का अनुसरण करने के लिए मजबूर करती हैं जो अपेक्षाकृत सरल गणितीय साधनों का उपयोग करके नाभिक के गुणों के एक निश्चित सेट का वर्णन करना संभव बनाती हैं। इनमें से कोई भी मॉडल नाभिक का बिल्कुल सटीक विवरण नहीं दे सकता है। इसलिए, कई मॉडलों का उपयोग किया जाना है।

अंतर्गत कर्नेल मॉडल परमाणु भौतिकी में भौतिक और गणितीय मान्यताओं की समग्रता को समझते हैं जिसके साथ आप एक परमाणु प्रणाली की विशेषताओं की गणना कर सकते हैं जिसमें शामिल हैं एनाभिक जटिलता की अलग-अलग डिग्री के कई मॉडल प्रस्तावित और विकसित किए गए हैं। हम उनमें से केवल सबसे प्रसिद्ध पर विचार करेंगे।

कोर का हाइड्रोडायनामिक (ड्रॉप) मॉडल 1939 में विकसित किया गया था। एन. बोर और सोवियत वैज्ञानिक जे. फ्रेनकेल। यह इस धारणा पर आधारित है कि नाभिक में नाभिक के उच्च घनत्व और उनके बीच अत्यंत मजबूत अंतःक्रिया के कारण, व्यक्तिगत नाभिकों की स्वतंत्र गति असंभव है और नाभिक घनत्व के साथ आवेशित तरल की एक बूंद है। जैसा कि एक साधारण तरल बूंद के मामले में होता है, नाभिक की सतह दोलन कर सकती है। यदि दोलन आयाम काफी बड़ा हो जाता है, तो परमाणु विखंडन की प्रक्रिया होती है। छोटी बूंद मॉडल ने नाभिक में न्यूक्लियंस की बाध्यकारी ऊर्जा के लिए एक सूत्र प्राप्त करना संभव बना दिया और कुछ परमाणु प्रतिक्रियाओं के तंत्र को समझाया। हालांकि, यह मॉडल परमाणु नाभिक के अधिकांश उत्तेजना स्पेक्ट्रा और उनमें से कुछ की विशेष स्थिरता की व्याख्या करने की अनुमति नहीं देता है। यह इस तथ्य के कारण है कि हाइड्रोडायनामिक मॉडल लगभग नाभिक की आंतरिक संरचना के सार को दर्शाता है।

कर्नेल का शेल मॉडल 1940-1950 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एम। गोएपर्ट - मेयर और जर्मन भौतिक विज्ञानी एच। जेन्सेन द्वारा विकसित किया गया था। यह मानता है कि प्रत्येक न्यूक्लियॉन एक निश्चित औसत संभावित क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से चलता है (नाभिक के शेष न्यूक्लियंस द्वारा बनाई गई संभावित अच्छी तरह से। शेल मॉडल के ढांचे में, फ़ंक्शन की गणना नहीं की जाती है, लेकिन इसे चुना जाता है ताकि सबसे अच्छा समझौता हो प्रयोगात्मक डेटा के साथ प्राप्त किया जा सकता है।

संभावित कुएं की गहराई आमतौर पर ~ (40-50) होती है एमईवीऔर यह नाभिक में नाभिकों की संख्या पर निर्भर नहीं करता है। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, एक क्षेत्र में न्यूक्लियॉन कुछ असतत ऊर्जा स्तरों पर होते हैं। औसत संभावित क्षेत्र में न्यूक्लियंस की स्वतंत्र गति के बारे में शेल मॉडल के रचनाकारों की मूल धारणा हाइड्रोडायनामिक मॉडल के डेवलपर्स के मुख्य प्रावधानों के विपरीत है। इसलिए, कोर की विशेषताओं, जो हाइड्रोडायनामिक मॉडल (उदाहरण के लिए, बाध्यकारी ऊर्जा का मूल्य) द्वारा अच्छी तरह से वर्णित हैं, को शेल मॉडल के ढांचे के भीतर और इसके विपरीत नहीं समझाया जा सकता है।

सामान्यीकृत कर्नेल मॉडल , 1950-1953 में विकसित, हाइड्रोडायनामिक और शेल मॉडल के रचनाकारों के मुख्य प्रावधानों को जोड़ती है। सामान्यीकृत मॉडल में, यह माना जाता है कि नाभिक में एक आंतरिक स्थिर भाग होता है - कोर, जो भरे हुए गोले के न्यूक्लियंस द्वारा बनता है, और बाहरी न्यूक्लियॉन कोर न्यूक्लियंस द्वारा बनाए गए क्षेत्र में चलते हैं। इस संबंध में, कोर की गति को हाइड्रोडायनामिक मॉडल द्वारा वर्णित किया गया है, जबकि बाहरी न्यूक्लियंस की गति को शेल मॉडल द्वारा वर्णित किया गया है। बाहरी न्यूक्लियंस के साथ बातचीत के कारण, कोर विकृत हो सकता है, और नाभिक विरूपण अक्ष के लंबवत अक्ष के चारों ओर घूम सकता है। सामान्यीकृत मॉडल ने परमाणु नाभिक के घूर्णी और कंपन स्पेक्ट्रा की मुख्य विशेषताओं के साथ-साथ उनमें से कुछ में चौगुनी विद्युत क्षण के उच्च मूल्यों की व्याख्या करना संभव बना दिया।

हमने मुख्य घटना पर विचार किया है, अर्थात्। वर्णनात्मक, मुख्य मॉडल। हालांकि, नाभिक के गुणों और संरचना को निर्धारित करने वाले परमाणु अंतःक्रियाओं की प्रकृति को पूरी तरह से समझने के लिए, एक सिद्धांत बनाना आवश्यक है जिसमें नाभिक को परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों की एक प्रणाली के रूप में माना जाएगा।

परमाणु नाभिक, जिसमें एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, विशिष्ट बलों के कारण एक एकल इकाई है जो नाभिक के नाभिक के बीच कार्य करते हैं और कहलाते हैं परमाणु।यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो चुका है कि परमाणु बल बहुत बड़े हैं, प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की ताकतों से कहीं अधिक हैं। यह इस तथ्य में प्रकट होता है कि नाभिक में न्यूक्लियंस की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा कूलम्ब प्रतिकर्षण बलों के कार्य से बहुत अधिक है। मुख्य पर विचार करें परमाणु बलों की विशेषताएं.

1. परमाणु बल हैं कम दूरी की आकर्षक ताकतें . वे केवल 10-15 मीटर के क्रम के नाभिक में बहुत कम दूरी पर दिखाई देते हैं। (1.5-2.2) 10-15 मीटर के क्रम की दूरी को कहा जाता है परमाणु बलों की सीमा, इसकी वृद्धि के साथ, परमाणु बल तेजी से घटते हैं। (2-3) मीटर के क्रम की दूरी पर, न्यूक्लियंस के बीच परमाणु संपर्क व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है।

परमाणु बलों की जटिल प्रकृति परमाणु बातचीत के एक सुसंगत सिद्धांत के विकास की अनुमति नहीं देती है, हालांकि कई अलग-अलग दृष्टिकोण प्रस्तावित किए गए हैं। जापानी भौतिक विज्ञानी एच। युकावा (1907-1981) की परिकल्पना के अनुसार, जिसे उन्होंने 1935 में प्रस्तावित किया था, परमाणु बल विनिमय के कारण होते हैं - मेसन, अर्थात। प्राथमिक कण, जिनका द्रव्यमान नाभिकों के द्रव्यमान से लगभग 7 गुना कम होता है। इस मॉडल के अनुसार, समय में एक न्यूक्लियॉन एम- मेसन का द्रव्यमान) एक मेसन उत्सर्जित करता है, जो प्रकाश की गति के करीब गति से आगे बढ़ता है, एक दूरी तय करता है , जिसके बाद इसे दूसरे न्यूक्लियॉन द्वारा अवशोषित किया जाता है। बदले में, दूसरा न्यूक्लियॉन भी एक मेसन का उत्सर्जन करता है, जिसे पहले द्वारा अवशोषित किया जाता है। एच। युकावा के मॉडल में, इसलिए, जिस दूरी पर न्यूक्लियंस परस्पर क्रिया करते हैं, वह मेसन मुक्त पथ द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो लगभग की दूरी से मेल खाती है एमऔर परमाणु बलों की कार्रवाई की त्रिज्या के साथ परिमाण के क्रम में मेल खाता है।

आइए हम नाभिकों के बीच विनिमय अंतःक्रिया पर विचार करें। सकारात्मक, नकारात्मक और तटस्थ मेसन हैं। - या - मेसन का आवेश मापांक संख्यात्मक रूप से प्राथमिक आवेश के बराबर होता है इ . आवेशित मेसन का द्रव्यमान समान और बराबर (140 .) होता है एमईवी), मेसन का द्रव्यमान 264 (135 .) है एमईवी) आवेशित और उदासीन दोनों मेसों का चक्रण 0 होता है। तीनों कण अस्थिर होते हैं। - और - मेसन का जीवनकाल 2.6 . है साथ, - मेसन - 0.8 10 -16 साथ. निम्नलिखित योजनाओं में से एक के अनुसार न्यूक्लियंस के बीच बातचीत की जाती है:

1. न्यूक्लियंस मेसन का आदान-प्रदान करते हैं:। (22.8)

2. न्यूक्लियंस एक्सचेंज - मेसन:

3. न्यूक्लियंस एक्सचेंज - मेसन:

, (22.10)

कर्नेल मॉडल।अंतर्गत कर्नेल मॉडल परमाणु भौतिकी में भौतिक और गणितीय मान्यताओं की समग्रता को समझते हैं जिसके साथ आप एक परमाणु प्रणाली की विशेषताओं की गणना कर सकते हैं जिसमें शामिल हैं एनाभिक

कोर का हाइड्रोडायनामिक (ड्रॉप) मॉडलयह इस धारणा पर आधारित है कि नाभिक में नाभिक के उच्च घनत्व और उनके बीच अत्यंत मजबूत अंतःक्रिया के कारण, व्यक्तिगत नाभिकों की स्वतंत्र गति असंभव है और नाभिक घनत्व के साथ आवेशित तरल की एक बूंद है .

कर्नेल का शेल मॉडलयह मानता है कि प्रत्येक न्यूक्लियॉन नाभिक के शेष न्यूक्लियॉन द्वारा बनाए गए किसी औसत संभावित क्षेत्र (संभावित कुएं) में दूसरों से स्वतंत्र रूप से चलता है।

सामान्यीकृत कर्नेल मॉडल, हाइड्रोडायनामिक और शेल मॉडल के रचनाकारों के मुख्य प्रावधानों को जोड़ती है। सामान्यीकृत मॉडल में, यह माना जाता है कि नाभिक में एक आंतरिक स्थिर भाग होता है - कोर, जो भरे हुए गोले के न्यूक्लियंस द्वारा बनता है, और बाहरी न्यूक्लियॉन कोर न्यूक्लियंस द्वारा बनाए गए क्षेत्र में चलते हैं। इस संबंध में, कोर की गति को हाइड्रोडायनामिक मॉडल द्वारा वर्णित किया गया है, जबकि बाहरी न्यूक्लियंस की गति को शेल मॉडल द्वारा वर्णित किया गया है। बाहरी न्यूक्लियंस के साथ बातचीत के कारण, कोर विकृत हो सकता है, और नाभिक विरूपण अक्ष के लंबवत अक्ष के चारों ओर घूम सकता है।

26. परमाणु नाभिक के विखंडन की प्रतिक्रियाएं। परमाणु ऊर्जा.

परमाणु प्रतिक्रियाएंएक दूसरे के साथ या अन्य नाभिक या प्राथमिक कणों के साथ बातचीत के कारण परमाणु नाभिक के परिवर्तन कहलाते हैं। परमाणु प्रतिक्रिया के बारे में पहला संदेश ई. रदरफोर्ड का है। 1919 में, उन्होंने पाया कि जब - कण नाइट्रोजन गैस से गुजरते हैं, तो उनमें से कुछ अवशोषित हो जाते हैं, और साथ ही प्रोटॉन उत्सर्जित होते हैं। रदरफोर्ड इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि फॉर्म की परमाणु प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप नाइट्रोजन नाभिक ऑक्सीजन नाभिक में परिवर्तित हो गए थे:

, (22.11)

जहां - - कण; - प्रोटॉन (हाइड्रोजन)।

परमाणु प्रतिक्रिया का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर इसका ऊर्जा उत्पादन है, जो सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

(22.12)

यहाँ और प्रतिक्रिया से पहले और बाद में कणों के बाकी द्रव्यमान के योग हैं। जब परमाणु प्रतिक्रियाएं ऊर्जा के अवशोषण के साथ आगे बढ़ती हैं, इसलिए उन्हें कहा जाता है ऊष्माशोषी, और पर - ऊर्जा की रिहाई के साथ। इस मामले में उन्हें कहा जाता है ऊष्माक्षेपी

किसी भी परमाणु प्रतिक्रिया में, हमेशा होते हैं संरक्षण कानून :

− आवेश;

- न्यूक्लियंस की संख्या;

- ऊर्जा;

- आवेग।

पहले दो कानून परमाणु प्रतिक्रियाओं को सही ढंग से लिखना संभव बनाते हैं, भले ही प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले कणों में से एक या उसके उत्पादों में से एक अज्ञात हो। ऊर्जा और संवेग के संरक्षण के नियमों का उपयोग करके, कोई प्रतिक्रिया के दौरान बनने वाले कणों की गतिज ऊर्जाओं के साथ-साथ उनके बाद के आंदोलन की दिशा निर्धारित कर सकता है।

एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए, अवधारणा पेश की गई है दहलीज गतिज ऊर्जा , या परमाणु प्रतिक्रिया दहलीज , वे। एक घटना कण की सबसे छोटी गतिज ऊर्जा (संदर्भ फ्रेम में जहां लक्ष्य नाभिक आराम पर है) जिस पर एक परमाणु प्रतिक्रिया संभव हो जाती है। यह ऊर्जा और संवेग के संरक्षण के नियम से निम्नानुसार है कि परमाणु प्रतिक्रिया की दहलीज ऊर्जा की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

. (22.13)

यहाँ परमाणु प्रतिक्रिया की ऊर्जा (7.12) है; -स्थिर नाभिक का द्रव्यमान - लक्ष्य; नाभिक पर आपतित कण का द्रव्यमान है।

विखंडन प्रतिक्रियाएं. 1938 में, जर्मन वैज्ञानिकों ओ। हैन और एफ। स्ट्रैसमैन ने पाया कि जब यूरेनियम पर न्यूट्रॉन की बमबारी होती है, तो कभी-कभी नाभिक दिखाई देते हैं जो मूल यूरेनियम नाभिक के लगभग आधे आकार के होते हैं। इस घटना को कहा गया है परमाणु विखंडन.

यह परमाणु परिवर्तनों की पहली प्रयोगात्मक रूप से देखी गई प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है। एक उदाहरण यूरेनियम -235 की संभावित परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं में से एक है:

परमाणु विखंडन की प्रक्रिया ~10 -12 s के समय के लिए बहुत तेज़ी से आगे बढ़ती है। (22.14) जैसी प्रतिक्रिया के दौरान जो ऊर्जा निकलती है, वह यूरेनियम -235 नाभिक के विखंडन के प्रति कार्य लगभग 200 MeV है।

सामान्य स्थिति में, यूरेनियम-235 नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

+न्यूट्रॉन . (22.15)

नाभिक के हाइड्रोडायनामिक मॉडल के ढांचे के भीतर विखंडन प्रतिक्रिया के तंत्र को समझाया जा सकता है। इस मॉडल के अनुसार, जब यूरेनियम के नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन को अवशोषित किया जाता है, तो यह उत्तेजित अवस्था में चला जाता है (चित्र 22.2)।

न्यूट्रॉन के अवशोषण के परिणामस्वरूप नाभिक को जो अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त होती है, वह न्यूक्लियंस की अधिक तीव्र गति का कारण बनती है। नतीजतन, नाभिक विकृत हो जाता है, जिससे छोटी दूरी की परमाणु बातचीत कमजोर हो जाती है। यदि नाभिक की उत्तेजन ऊर्जा कुछ ऊर्जा से अधिक है जिसे कहा जाता है सक्रियण ऊर्जा , फिर प्रोटॉन के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के प्रभाव में, नाभिक उत्सर्जन के साथ दो भागों में विभाजित हो जाता है विखंडन न्यूट्रॉन . यदि न्यूट्रॉन के अवशोषण पर उत्तेजना ऊर्जा सक्रियण ऊर्जा से कम है, तो नाभिक नहीं पहुंचता है

विखंडन का महत्वपूर्ण चरण और, एक क्वांटम उत्सर्जित करने के बाद, मुख्य पर वापस आ जाता है

न्यूक्लियंस के बीच जो न्यूक्लियस एक्ट बनाते हैं परमाणु बल , प्रोटॉन के बीच कूलम्ब प्रतिकारक बलों से काफी अधिक है। प्राथमिक कणों के क्षेत्र सिद्धांत के दृष्टिकोण से, परमाणु बल मुख्य रूप से निकट क्षेत्र में नाभिकों के चुंबकीय क्षेत्रों की परस्पर क्रिया के बल हैं। बड़ी दूरी पर, इस तरह की बातचीत की संभावित ऊर्जा कानून 1/r 3 के अनुसार घट जाती है - यह उनकी छोटी दूरी की प्रकृति की व्याख्या करता है। दूरी पर (3 10 -13 सेमी) परमाणु बल प्रमुख हो जाते हैं, और (9.1 10 -14 सेमी) से कम दूरी पर वे और भी अधिक शक्तिशाली प्रतिकारक बलों में बदल जाते हैं।

परमाणु बल हैं कम दूरी ताकतों। वे केवल 10-15 मीटर के क्रम के नाभिक में बहुत कम दूरी पर दिखाई देते हैं। लंबाई (1.5-2.2) 10-15 मीटर कहलाती है परमाणु बलों की सीमा।

परमाणु बलों की खोज चार्ज स्वतंत्रता : दो न्यूक्लियॉनों के बीच आकर्षण समान होता है, चाहे न्यूक्लियॉन की आवेश अवस्था कुछ भी हो - प्रोटॉन या न्यूट्रॉन। परमाणु बलों की आवेश स्वतंत्रता को बाध्यकारी ऊर्जाओं की तुलना से देखा जाता है दर्पण नाभिक . नाभिक किसे कहते हैं?,जिसमें कुल नाभिकों की संख्या समान होती है,लेकिन एक में प्रोटॉन की संख्या दूसरे में न्यूट्रॉन की संख्या के बराबर होती है. उदाहरण के लिए, हीलियम के नाभिक और भारी हाइड्रोजन - ट्रिटियम। इन नाभिकों की बंधन ऊर्जाएँ 7.72 MeV और 8.49 MeV हैं।

0.77 MeV के बराबर नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा में अंतर, नाभिक में दो प्रोटॉन के कूलम्ब प्रतिकर्षण की ऊर्जा से मेल खाती है।

परमाणु बलों के पास है संतृप्ति संपत्ति , जो खुद में प्रकट होता है, कि एक नाभिक में एक न्यूक्लियॉन केवल अपने निकटतम पड़ोसी न्यूक्लियॉन की सीमित संख्या के साथ बातचीत करता है. इसीलिए नाभिकों की बाध्यकारी ऊर्जाओं की उनके द्रव्यमान संख्याओं पर एक रैखिक निर्भरता होती है ए. परमाणु बलों की लगभग पूर्ण संतृप्ति α-कण में प्राप्त होती है, जो एक बहुत ही स्थिर गठन है।

परमाणु बल निर्भर करते हैं स्पिन ओरिएंटेशन परस्पर क्रिया करने वाले न्यूक्लियंस. इसकी पुष्टि ऑर्थो- और पैरा-हाइड्रोजन अणुओं द्वारा न्यूट्रॉन के प्रकीर्णन के विभिन्न लक्षणों से होती है। ऑर्थोहाइड्रोजन अणु में, दोनों प्रोटॉन के स्पिन एक दूसरे के समानांतर होते हैं, जबकि पैराहाइड्रोजन अणु में वे समानांतर होते हैं। प्रयोगों से पता चला है कि पैराहाइड्रोजन द्वारा न्यूट्रॉन का प्रकीर्णन ऑर्थोहाइड्रोजन द्वारा प्रकीर्णन की तुलना में 30 गुना अधिक है। परमाणु बल केंद्रीय नहीं हैं.

नाभिकीय क्षेत्र के क्वांटा के उत्सर्जन और अवशोषण के परिणामस्वरूप नाभिकों के बीच परस्पर क्रिया उत्पन्न होती है – π- मेसॉनों . वे विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ सादृश्य द्वारा परमाणु क्षेत्र को परिभाषित करते हैं, जो फोटॉनों के आदान-प्रदान के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है।

बंधन ऊर्जा

नाभिक की ताकत बाध्यकारी ऊर्जा की विशेषता है। बाध्यकारी ऊर्जा का परिमाण नाभिक को गतिज ऊर्जा प्रदान किए बिना उसके घटक नाभिकों में नष्ट करने के लिए खर्च किए जाने वाले कार्य के बराबर है . नाभिक के निर्माण के दौरान उतनी ही मात्रा में ऊर्जा नाभिक से निकलती है। न्यूक्लियर बाइंडिंग एनर्जी उन सभी फ्री न्यूक्लियंस की एनर्जी और न्यूक्लियस में उनकी एनर्जी के बीच का अंतर है।

जब एक नाभिक बनता है, तो उसका द्रव्यमान घटता है: नाभिक का द्रव्यमान उसके संघटक नाभिकों के द्रव्यमान के योग से कम होता है। इसके गठन के दौरान नाभिक के द्रव्यमान में कमी को बाध्यकारी ऊर्जा की रिहाई द्वारा समझाया गया है। पदार्थ में निहित ऊर्जा की मात्रा आइंस्टीन के संबंध द्वारा सीधे उसके द्रव्यमान से संबंधित है

ई = एमसी 2 .

वी इस संबंध के अनुसार द्रव्यमान और ऊर्जा एक ही घटना के विभिन्न रूप हैं। न तो द्रव्यमान और न ही ऊर्जा गायब हो जाती है, लेकिन उपयुक्त परिस्थितियों में वे से गुजरती हैंएक प्रजाति से दूसरी प्रजाति, यानी। द्रव्यमान में कोई परिवर्तन एमप्रणाली अपनी ऊर्जा में समान परिवर्तन से मेल खाती है इ.

मुक्त नाभिकों के द्रव्यमान और नाभिक के द्रव्यमान के योग के बीच के अंतर को कहा जाता है सामूहिक दोष परमाणु नाभिक. यदि नाभिक द्रव्यमान के साथ एम से बना हुआ जेड द्रव्यमान के साथ प्रोटॉन एम पी और से (ए - जेड) द्रव्यमान के साथ न्यूट्रॉन मैं नहीं , फिर द्रव्यमान दोष Δ एम अनुपात द्वारा निर्धारित किया जाता है

जब कणों से एक नाभिक बनता है, तो बाद वाला, छोटी दूरी पर परमाणु बलों की क्रिया के कारण, एक दूसरे की ओर बड़े त्वरण से भागता है। इस स्थिति में उत्सर्जित गामा किरणों में केवल ऊर्जा होती है इ अनुसूचित जनजाति। और वजन एम .

द्रव्यमान दोष से, आइंस्टीन समीकरण का उपयोग करते हुए ( ई \u003d एमसी 2 ) नाभिक के निर्माण के परिणामस्वरूप निकलने वाली ऊर्जा को निर्धारित करना संभव है, अर्थात। बंधन ऊर्जा (ई सीवी ):

ई सीवी = Δ एम सी 2

प्रति न्यूक्लियॉन बाध्यकारी ऊर्जा (यानी, नाभिक में न्यूक्लियोन की संख्या से विभाजित कुल बाध्यकारी ऊर्जा) को कहा जाता है विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा :

विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा का निरपेक्ष मान जितना अधिक होगा, न्यूक्लियंस के बीच की बातचीत उतनी ही मजबूत होगी और नाभिक उतना ही मजबूत होगा। प्रति न्यूक्लियॉन उच्चतम बाध्यकारी ऊर्जा, लगभग 8.75 MeV, आवर्त सारणी के मध्य भाग के तत्वों में निहित है।

परमाणु स्पेक्ट्रा

परमाणु नाभिक, सूक्ष्म जगत की अन्य वस्तुओं की तरह, एक क्वांटम प्रणाली है। इसका मतलब है कि इसकी विशेषताओं के सैद्धांतिक विवरण के लिए क्वांटम सिद्धांत की भागीदारी की आवश्यकता होती है। क्वांटम सिद्धांत में, भौतिक प्रणालियों की अवस्थाओं का विवरण किस पर आधारित है? तरंग कार्य,या संभाव्यता आयाम(α, टी)। इस फ़ंक्शन के मापांक का वर्ग विशेषता α - (α,t) = |ψ(α,t)| के साथ एक राज्य में अध्ययन के तहत प्रणाली का पता लगाने की संभावना घनत्व निर्धारित करता है। 2. तरंग फ़ंक्शन का तर्क, उदाहरण के लिए, कण के निर्देशांक हो सकता है।

परमाणु नाभिक की क्वांटम प्रकृति उनके उत्तेजना स्पेक्ट्रा के पैटर्न में ही प्रकट होती है। नाभिक में संभावित ऊर्जा राज्यों के असतत स्पेक्ट्रा होते हैं। इस प्रकार, ऊर्जा का परिमाणीकरण और कई अन्य पैरामीटर न केवल परमाणुओं का, बल्कि परमाणु नाभिक का भी गुण है। न्यूनतम मात्रा में ऊर्जा वाले परमाणु नाभिक की अवस्था कहलाती है मुख्य, या सामान्य, अतिरिक्त ऊर्जा वाले राज्य (जमीन की स्थिति की तुलना में) कहलाते हैं जोश में .

कर्नेल राज्यों का स्पेक्ट्रम 12 साथ

परमाणु आमतौर पर लगभग 10 -8 सेकंड के लिए उत्तेजित अवस्था में होते हैं, और उत्तेजित परमाणु नाभिक बहुत कम समय में - लगभग 10 -15 - 10 -16 सेकंड में अतिरिक्त ऊर्जा से छुटकारा पाते हैं। परमाणुओं की तरह, उत्तेजित नाभिक विद्युत चुम्बकीय विकिरण के क्वांटा उत्सर्जित करके अतिरिक्त ऊर्जा से मुक्त होते हैं। इन क्वांटा को गामा क्वांटा (या गामा किरण) कहा जाता है। परमाणु नाभिक की ऊर्जा अवस्थाओं का एक असतत सेट उनके द्वारा गामा किरणों द्वारा उत्सर्जित आवृत्तियों के असतत स्पेक्ट्रम से मेल खाता है।

परमाणु स्पेक्ट्रा में कई पैटर्न को परमाणु नाभिक की संरचना के तथाकथित शेल मॉडल का उपयोग करके समझाया जा सकता है। इस मॉडल के अनुसार, नाभिक में नाभिक अव्यवस्था में मिश्रित नहीं होते हैं, लेकिन, परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की तरह, वे अनुमत परमाणु कोशों को भरते हुए, बाध्य समूहों में व्यवस्थित होते हैं। इस मामले में, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के गोले एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से भरे हुए हैं। न्यूट्रॉन की अधिकतम संख्या: 2, 8, 20, 28, 40, 50, 82, 126 और प्रोटॉन: 2, 8, 20, 28, 50, 82 भरे हुए गोले में जादू कहलाते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की जादुई संख्या वाले नाभिक में कई उल्लेखनीय गुण होते हैं: विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा का बढ़ा हुआ मूल्य, परमाणु संपर्क में प्रवेश करने की कम संभावना, रेडियोधर्मी क्षय का प्रतिरोध, आदि। "डबल मैजिक" उदाहरण के लिए, नाभिक हैं 4 वह, 16 हे, 28 सि. यह उनकी विशेष रूप से उच्च स्थिरता के कारण है कि ये नाभिक प्रकृति में सबसे आम हैं।

नाभिक का जमीनी अवस्था से उत्तेजित अवस्था में संक्रमण और शेल मॉडल के दृष्टिकोण से इसकी जमीनी अवस्था में वापसी, न्यूक्लियॉन के एक खोल से दूसरे और पीछे के संक्रमण द्वारा समझाया गया है।

उच्च उत्तेजित अवस्थाओं से नाभिकों का स्वतःस्फूर्त संक्रमण अलग नाभिक के स्पेक्ट्रम से निचले (जमीन की स्थिति सहित) को, एक नियम के रूप में, -क्वांटा के विकिरण द्वारा महसूस किया जाता है, अर्थात। खर्च पर इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरैक्शन. उच्च उत्तेजना ऊर्जा के क्षेत्र में, जब E>E ot, उत्तेजित नाभिक के स्तर की चौड़ाई तेजी से बढ़ जाती है। तथ्य यह है कि नाभिक से नाभिक के पृथक्करण में, मुख्य भूमिका परमाणु बलों द्वारा निभाई जाती है - अर्थात। मजबूत बातचीत।मजबूत अंतःक्रियाओं की संभावना विद्युत चुम्बकीय वाले की संभावना से अधिक परिमाण के आदेश हैं; इसलिए, मजबूत अंतःक्रियाओं के लिए क्षय की चौड़ाई बड़ी है और क्षेत्र में परमाणु स्पेक्ट्रा के स्तर ई> ई सितंबर ओवरलैप - नाभिक का स्पेक्ट्रम निरंतर हो जाता है। इस ऊर्जा श्रेणी से अत्यधिक उत्तेजित अवस्थाओं के क्षय के लिए मुख्य तंत्र न्यूक्लियॉन और क्लस्टर (α-कण और ड्यूटेरॉन) का उत्सर्जन है। उच्च उत्तेजना ऊर्जा E > E resp के इस क्षेत्र में -क्वांटा का उत्सर्जन न्यूक्लिऑन के उत्सर्जन की तुलना में कम संभावना के साथ होता है। एक उत्तेजित नाभिक में, एक नियम के रूप में, कई पथ होते हैं, या चैनलों, क्षय।

नाभिक में न्यूक्लियंस की विशाल बाध्यकारी ऊर्जा इंगित करती है कि न्यूक्लियंस के बीच बहुत तीव्र बातचीत होती है। यह बातचीत आकर्षण की प्रकृति में है। यह प्रोटॉन के बीच मजबूत कूलम्ब प्रतिकर्षण के बावजूद, नाभिक को एक दूसरे से सेमी की दूरी पर रखता है। नाभिकों के बीच नाभिकीय अन्योन्य क्रिया को प्रबल अंतःक्रिया कहते हैं। इसे परमाणु बलों के क्षेत्र का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है। आइए हम इन बलों की विशिष्ट विशेषताओं की सूची बनाएं।

1. परमाणु बल कम दूरी के होते हैं। उनका दायरा के क्रम का है। की तुलना में बहुत कम दूरी पर, न्यूक्लियंस के आकर्षण को प्रतिकर्षण द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

2. प्रबल अंतःक्रिया नाभिकों के आवेश पर निर्भर नहीं करती है। दो प्रोटॉन, एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन और दो न्यूट्रॉन के बीच कार्य करने वाले परमाणु बल समान परिमाण के होते हैं। इस संपत्ति को परमाणु बलों की स्वतंत्रता का प्रभार कहा जाता है।

3. नाभिकीय बल न्यूक्लियॉन स्पिनों के पारस्परिक अभिविन्यास पर निर्भर करते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक न्यूट्रॉन और एक प्रोटॉन को एक साथ रखा जाता है, जिससे केवल एक भारी हाइड्रोजन नाभिक ड्यूटेरॉन (या ड्यूटेरॉन) बनता है। अगर उनके स्पिन एक दूसरे के समानांतर हैं।

4. परमाणु बल केंद्रीय नहीं हैं। उन्हें परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों के केंद्रों को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ निर्देशित के रूप में प्रतिनिधित्व नहीं किया जा सकता है। परमाणु बलों की गैर-केंद्रीयता, विशेष रूप से, इस तथ्य से कि वे न्यूक्लियॉन स्पिन के उन्मुखीकरण पर निर्भर करते हैं।

5. परमाणु बलों में संतृप्ति का गुण होता है (इसका मतलब है कि नाभिक में प्रत्येक न्यूक्लियॉन सीमित संख्या में न्यूक्लियॉन के साथ बातचीत करता है)। संतृप्ति इस तथ्य में प्रकट होती है कि नाभिक में न्यूक्लियंस की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा न्यूक्लियंस की संख्या में वृद्धि के साथ नहीं बढ़ती है, लेकिन लगभग स्थिर रहती है। इसके अलावा, परमाणु बलों की संतृप्ति को नाभिक के आयतन की आनुपातिकता से इसे बनाने वाले न्यूक्लियंस की संख्या से भी संकेत मिलता है (सूत्र देखें (66.8))।

आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, मजबूत अंतःक्रिया इस तथ्य के कारण है कि न्यूक्लियॉन वस्तुतः कणों का आदान-प्रदान करते हैं, जिन्हें मेसन कहा जाता है। इस प्रक्रिया के सार को समझने के लिए, आइए पहले विचार करें कि क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के दृष्टिकोण से विद्युत चुम्बकीय संपर्क कैसा दिखता है।

आवेशित कणों के बीच परस्पर क्रिया एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के माध्यम से की जाती है। हम जानते हैं कि इस क्षेत्र को फोटॉन के संग्रह के रूप में दर्शाया जा सकता है।

क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स की अवधारणाओं के अनुसार, दो आवेशित कणों, जैसे कि इलेक्ट्रॉनों के बीच बातचीत की प्रक्रिया में फोटॉन का आदान-प्रदान होता है। प्रत्येक कण लगातार फोटॉन उत्सर्जित और अवशोषित करके अपने चारों ओर एक क्षेत्र बनाता है। दूसरे कण पर क्षेत्र की क्रिया पहले कण द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों में से एक के अवशोषण के परिणामस्वरूप प्रकट होती है। बातचीत का ऐसा विवरण शाब्दिक रूप से नहीं लिया जा सकता है। जिन फोटॉनों के माध्यम से बातचीत की जाती है, वे साधारण वास्तविक फोटॉन नहीं होते हैं, बल्कि आभासी होते हैं। क्वांटम यांत्रिकी में, कणों को आभासी कहा जाता है यदि उनके जीवनकाल के दौरान उनका पता नहीं लगाया जा सकता है। इस अर्थ में आभासी कणों को काल्पनिक कहा जा सकता है।

"आभासी" शब्द के अर्थ को बेहतर ढंग से समझने के लिए, आराम से एक इलेक्ट्रॉन पर विचार करें। आसपास के स्थान में एक क्षेत्र बनाने की प्रक्रिया को समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है

एक फोटान और एक इलेक्ट्रॉन की कुल ऊर्जा आराम में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा से अधिक होती है। नतीजतन, समीकरण (69.1) द्वारा वर्णित परिवर्तन ऊर्जा संरक्षण कानून के उल्लंघन के साथ है। हालांकि, वर्चुअल फोटॉन के लिए यह उल्लंघन स्पष्ट है। क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, एक राज्य की ऊर्जा जो समय मौजूद है, केवल एक सटीकता के साथ निर्धारित होती है जो अनिश्चितता संबंध को संतुष्ट करती है:

(सूत्र देखें (20.3))। यह इस संबंध से निम्नानुसार है कि सिस्टम की ऊर्जा विचलन एई से गुजर सकती है, जिसकी अवधि शर्त (69.2) द्वारा निर्धारित मूल्य से अधिक नहीं होनी चाहिए। इसलिए, यदि एक इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्सर्जित एक आभासी फोटान समय की समाप्ति से पहले उसी या किसी अन्य इलेक्ट्रॉन द्वारा अवशोषित किया जाता है (जहां), तो ऊर्जा संरक्षण वैकॉन के उल्लंघन का पता नहीं लगाया जा सकता है।

जब एक इलेक्ट्रॉन को अतिरिक्त ऊर्जा दी जाती है (ऐसा हो सकता है, उदाहरण के लिए, जब यह किसी अन्य इलेक्ट्रॉन से टकराता है), तो एक आभासी फोटॉन के बजाय एक वास्तविक फोटॉन उत्सर्जित किया जा सकता है, जो अनिश्चित काल तक मौजूद रह सकता है।

स्थिति (69.2) द्वारा निर्धारित समय के लिए, एक आभासी फोटॉन दूरी द्वारा अलग किए गए बिंदुओं के बीच की बातचीत को स्थानांतरित कर सकता है

फोटॉन ऊर्जा मनमाने ढंग से छोटी हो सकती है (आवृत्ति 0 से भिन्न होती है)। इसलिए, इलेक्ट्रोड चुंबकीय बलों की सीमा असीमित है।

यदि परस्पर क्रिया करने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा आदान-प्रदान किए गए कणों का द्रव्यमान शून्य के अलावा अन्य होता है, तो संबंधित बलों की क्रिया की त्रिज्या मान द्वारा सीमित होगी

दिए गए कण का कॉम्पटन तरंगदैर्घ्य कहाँ है (देखें (11.6))। हमने माना कि कण - बातचीत का वाहक - गति c के साथ चलता है।

1934 में, I. E. Tamm ने सुझाव दिया कि न्यूक्लियंस के बीच की बातचीत भी किसी प्रकार के आभासी कणों के माध्यम से प्रसारित होती है। उस समय न्यूक्लिऑन के अलावा केवल फोटॉन, इलेक्ट्रॉन, पॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो ही ज्ञात थे। इन कणों में सबसे भारी, इलेक्ट्रॉन में एक कॉम्पटोनियन तरंग दैर्ध्य (देखें (11.7)) है, जो परमाणु बलों की कार्रवाई की त्रिज्या से अधिक परिमाण के दो क्रम हैं। इसके अलावा, आभासी इलेक्ट्रॉनों के कारण हो सकने वाले बलों का परिमाण, जैसा कि गणनाओं द्वारा दिखाया गया है, बहुत छोटा निकला। इस प्रकार, आभासी कणों के आदान-प्रदान की मदद से परमाणु बलों को समझाने का पहला प्रयास असफल रहा।

1935 में, जापानी भौतिक विज्ञानी एच। युकावा ने एक साहसिक परिकल्पना व्यक्त की कि प्रकृति में अभी भी एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 200-300 गुना अधिक द्रव्यमान वाले अनदेखे कण हैं, और ये कण परमाणु संपर्क के वाहक के रूप में कार्य करते हैं, जैसे फोटॉन विद्युत चुम्बकीय संपर्क के वाहक हैं। युकावा ने इन काल्पनिक कणों को भारी फोटॉन कहा। इस तथ्य के कारण कि द्रव्यमान के संदर्भ में ये कण इलेक्ट्रॉनों और न्यूक्लियॉन के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं, उन्हें बाद में मेसन कहा जाता था (ग्रीक "मेसोस" का अर्थ है माध्यम),

1936 में, एंडरसन और नेडरमेयर ने कॉस्मिक किरणों के कणों की खोज की, जिनका द्रव्यमान बराबर है। प्रारंभ में, यह माना जाता था कि ये कण, जिन्हें मेसन या म्यूऑन कहा जाता है, युकावा द्वारा भविष्यवाणी की गई बातचीत के वाहक हैं। हालांकि, बाद में यह पता चला कि म्यूऑन न्यूक्लियंस के साथ बहुत कमजोर रूप से बातचीत करते हैं, ताकि वे परमाणु बातचीत के लिए जिम्मेदार न हो सकें। केवल 1947 में ओक्चिअलिनी और पॉवेल ने ब्रह्मांडीय विकिरण में एक अन्य प्रकार के मेसन की खोज की - तथाकथित -मेसन, या पियोन, जो परमाणु बलों के वाहक बन गए, जिनकी भविष्यवाणी युकावा ने 12 साल पहले की थी।

सकारात्मक नकारात्मक और तटस्थ मेसन हैं। यू-मेसन का आवेश प्रारंभिक आवेश के बराबर होता है। आवेशित पियोन का द्रव्यमान समान और बराबर होता है, -मेसन का द्रव्यमान बराबर होता है।

आवेशित और उदासीन -मेसन दोनों का चक्रण शून्य के बराबर होता है। तीनों कण अस्थिर होते हैं। और -मेसन का जीवनकाल है , -मेसन - .

अधिकांश आवेशित मेसन योजना के अनुसार क्षय होते हैं

(- सकारात्मक और नकारात्मक म्यूऑन, वी - न्यूट्रिनो, - एंटीन्यूट्रिनो)। औसतन, एक लाख में से 2.5 क्षय अन्य योजनाओं के अनुसार आगे बढ़ते हैं (उदाहरण के लिए, आदि, और मामले में, यानी, एक पॉज़िट्रॉन बनता है, और मामले में, यानी, एक इलेक्ट्रॉन बनता है)।

औसतन, -मेसन दो-क्वांटा में क्षय हो जाते हैं:

शेष क्षय योजनाओं के अनुसार किए जाते हैं:

-मेसन या म्यूऑन नामक कण लेप्टान के वर्ग से संबंधित हैं (देखें 74) और मेसन के नहीं। अत: इन्हें हम आगे किस क्रम में मुन कहेंगे। म्यूऑन का धनात्मक या ऋणात्मक आवेश प्रारंभिक आवेश के बराबर होता है (कोई तटस्थ म्यूऑन नहीं है)। म्यूऑन का द्रव्यमान है , स्पिन - आधा . Muoys, जैसे -मेसन, अस्थिर हैं, वे योजना के अनुसार क्षय करते हैं:

दोनों मुओं का जीवनकाल समान और समान होता है।

आइए हम नाभिकों के बीच विनिमय अंतःक्रिया पर विचार करें। आभासी प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप

नाभिक आभासी-मेसन के एक बादल से घिरा हुआ निकला है, जो परमाणु बलों के क्षेत्र का निर्माण करता है। एक अन्य न्यूक्लियॉन द्वारा इन मेसॉन के अवशोषण से न्यूक्लियंस के बीच एक मजबूत बातचीत होती है, जो निम्नलिखित योजनाओं में से एक के अनुसार की जाती है:

लक्ष्य में व्यावहारिक रूप से आराम करने वाले न्यूट्रॉन की संगत संख्या पाई जाती है। यह बिल्कुल अविश्वसनीय है कि इतनी बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन ललाट प्रभावों के परिणामस्वरूप अपनी गति को पहले से आराम करने वाले प्रोटॉन में पूरी तरह से स्थानांतरित कर देंगे। इसलिए, किसी को यह स्वीकार करना होगा कि प्रोटॉन के पास उड़ने वाले न्यूट्रॉन का एक हिस्सा आभासी मेसॉन में से एक को पकड़ लेता है। नतीजतन, न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन में बदल जाता है, और प्रोटॉन जो अपना चार्ज खो चुका है, न्यूट्रॉन में बदल जाता है (चित्र। 69.2)।

यदि न्यूक्लियॉन को -मेसन के द्रव्यमान के बराबर ऊर्जा दी जाती है, तो आभासी -मेसन वास्तविक हो सकता है। पर्याप्त रूप से त्वरित न्यूक्लियंस (या नाभिक) के टकराने या किसी न्यूक्लियॉन द्वारा क्वांटम के अवशोषण द्वारा आवश्यक ऊर्जा प्रदान की जा सकती है। टकराने वाले पौधों की बहुत अधिक ऊर्जा पर, कई वास्तविक

1. परमाणु बल हैं आकर्षण की कम दूरी की ताकतें . वे केवल 10-15 मीटर के क्रम के नाभिक में बहुत कम दूरी पर दिखाई देते हैं। लंबाई (1.5-2.2) 10-15 मीटर कहलाती है परमाणु बलों की सीमावे नाभिकों के बीच बढ़ती दूरी के साथ तेजी से घटते हैं। (2-3) मीटर की दूरी पर, परमाणु संपर्क व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है।

3. परमाणु बलों की एक विशेषता यह भी है कि उनका चार्ज स्वतंत्रता , अर्थात। वे नाभिक के आवेश पर निर्भर नहीं होते हैं, इसलिए प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच परमाणु बातचीत समान होती है। परमाणु बलों की आवेश स्वतंत्रता को बाध्यकारी ऊर्जाओं की तुलना से देखा जा सकता है दर्पण नाभिक.नाभिक किसे कहते हैं?, जिसमें कुल नाभिकों की संख्या समान होती है, रात में एक में प्रोटॉन की संख्या दूसरे में न्यूट्रॉन की संख्या के बराबर होती है. उदाहरण के लिए, हीलियम नाभिक और भारी हाइड्रोजन - ट्रिटियम की बंधन ऊर्जा क्रमशः 7.72 . है एमईवीऔर 8.49 एमईवीइन नाभिकों की बाध्यकारी ऊर्जाओं के बीच का अंतर, 0.77 MeV के बराबर, नाभिक में दो प्रोटॉन के कूलम्ब प्रतिकर्षण की ऊर्जा से मेल खाता है। इस वृद्धि को समान मानते हुए, यह पाया जा सकता है कि औसत दूरी आरनाभिक में प्रोटॉनों के बीच 1.9·10 -15 मीटर है, जो परमाणु बलों की क्रिया की त्रिज्या के मान के अनुरूप है।

4. परमाणु बल केंद्रीय नहीं हैं और परस्पर क्रिया करने वाले नाभिकों के चक्रों के पारस्परिक अभिविन्यास पर निर्भर करते हैं। इसकी पुष्टि ऑर्थो- और पैरा-हाइड्रोजन अणुओं द्वारा न्यूट्रॉन के प्रकीर्णन के विभिन्न लक्षणों से होती है। ऑर्थोहाइड्रोजन अणु में, दोनों प्रोटॉन के स्पिन एक दूसरे के समानांतर होते हैं, जबकि पैराहाइड्रोजन अणु में वे समानांतर होते हैं। प्रयोगों से पता चला है कि पैराहाइड्रोजन द्वारा न्यूट्रॉन का प्रकीर्णन ऑर्थोहाइड्रोजन द्वारा प्रकीर्णन की तुलना में 30 गुना अधिक है।

परमाणु बलों की जटिल प्रकृति परमाणु बातचीत के एक सुसंगत सिद्धांत के विकास की अनुमति नहीं देती है, हालांकि कई अलग-अलग दृष्टिकोण प्रस्तावित किए गए हैं। जापानी भौतिक विज्ञानी एच। युकावा (1907-1981) की परिकल्पना के अनुसार, जिसे उन्होंने 1935 में प्रस्तावित किया था, परमाणु बल विनिमय के कारण होते हैं - मेसन, अर्थात। प्राथमिक कण, जिनका द्रव्यमान नाभिकों के द्रव्यमान से लगभग 7 गुना कम होता है। इस मॉडल के अनुसार, समय के साथ एक न्यूक्लियॉन एम- मेसन का द्रव्यमान) एक मेसन का उत्सर्जन करता है, जो प्रकाश की गति के करीब गति से आगे बढ़ता है, एक दूरी तय करता है, जिसके बाद यह दूसरे न्यूक्लियॉन द्वारा अवशोषित हो जाता है। बदले में, दूसरा न्यूक्लियॉन भी एक मेसन का उत्सर्जन करता है, जिसे पहले द्वारा अवशोषित किया जाता है। एच। युकावा के मॉडल में, इसलिए, जिस दूरी पर न्यूक्लियंस परस्पर क्रिया करते हैं, वह मेसन मुक्त पथ द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो लगभग की दूरी से मेल खाती है एमऔर परमाणु बलों की कार्रवाई की त्रिज्या के साथ परिमाण के क्रम में मेल खाता है।

प्रश्न 26. विखंडन प्रतिक्रियाएं. 1938 में, जर्मन वैज्ञानिकों ओ. हैन (1879-1968) और एफ. स्ट्रैसमैन (1902-1980) ने पाया कि जब यूरेनियम पर न्यूट्रॉन की बमबारी की जाती है, तो कभी-कभी नाभिक दिखाई देते हैं जो मूल यूरेनियम नाभिक के लगभग आधे आकार के होते हैं। इस घटना को कहा गया है परमाणु विखंडन.

परमाणु विखंडन की प्रक्रिया बहुत तेजी से (~ 10 -12 सेकंड के समय के भीतर) आगे बढ़ती है। (7.14) जैसी प्रतिक्रिया के दौरान जारी ऊर्जा यूरेनियम-235 नाभिक के विखंडन के प्रति कार्य लगभग 200 MeV है।

न्यूट्रॉन (7.15)

नाभिक के हाइड्रोडायनामिक मॉडल के ढांचे के भीतर विखंडन प्रतिक्रिया के तंत्र को समझाया जा सकता है। इस मॉडल के अनुसार, जब कोई न्यूट्रॉन यूरेनियम के नाभिक द्वारा अवशोषित होता है, तो वह उत्तेजित अवस्था में चला जाता है (चित्र 7.2)।

विखंडन का महत्वपूर्ण चरण और, -क्वांटम उत्सर्जित करने के बाद, मुख्य पर लौटता है

स्थिति।

परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया की एक महत्वपूर्ण विशेषता इसके आधार पर एक आत्मनिर्भर परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया को लागू करने की क्षमता है . यह इस तथ्य के कारण है कि प्रत्येक विखंडन घटना के दौरान औसतन एक से अधिक न्यूट्रॉन निकलते हैं। टुकड़ों का द्रव्यमान, आवेश और गतिज ऊर्जा एक्सतथा यू,(7.15) प्रकार की एक विखंडन प्रतिक्रिया के दौरान गठित अलग हैं। इन टुकड़ों को माध्यम से जल्दी से कम कर दिया जाता है, जिससे इसकी संरचना में आयनीकरण, हीटिंग और विघटन होता है। माध्यम के गर्म होने के कारण विखंडन के टुकड़ों की गतिज ऊर्जा का उपयोग परमाणु ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में बदलने का आधार है। परमाणु विखंडन के टुकड़े प्रतिक्रिया के बाद उत्तेजित अवस्था में होते हैं और उत्सर्जन द्वारा जमीनी अवस्था में चले जाते हैं β - कण और -क्वांटा।

नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रियामें निष्पादित किया परमाणु रिऐक्टर और ऊर्जा की रिहाई के साथ। पहला परमाणु रिएक्टर 1942 में संयुक्त राज्य अमेरिका (शिकागो) में भौतिक विज्ञानी ई। फर्मी (1901 - 1954) के मार्गदर्शन में बनाया गया था। यूएसएसआर में, पहला परमाणु रिएक्टर 1946 में IV Kurchatov के नेतृत्व में बनाया गया था। फिर, परमाणु प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करने में अनुभव प्राप्त करने के बाद, उन्होंने परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण शुरू किया।

प्रश्न 27. परमाणु संलयन प्रोटॉन और न्यूट्रॉन या व्यक्तिगत प्रकाश नाभिक की संलयन प्रतिक्रिया कहा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक भारी नाभिक बनता है। सबसे सरल परमाणु संलयन प्रतिक्रियाएं हैं:

, Q = 17.59 MeV; (7.17)

गणना से पता चलता है कि प्रति इकाई द्रव्यमान परमाणु संलयन प्रतिक्रियाओं की प्रक्रिया में जारी ऊर्जा परमाणु विखंडन प्रतिक्रियाओं में जारी ऊर्जा से काफी अधिक है। यूरेनियम-235 नाभिक की विखंडन प्रतिक्रिया के दौरान, लगभग 200 MeV निकलता है, अर्थात। 200:235 = 0.85 MeV प्रति न्यूक्लियॉन, और संलयन प्रतिक्रिया (7.17) के दौरान लगभग 17.5 MeV की ऊर्जा निकलती है, यानी 3.5 MeV प्रति न्यूक्लियॉन (17.5: 5 = 3.5 MeV)। इस तरह, संलयन प्रक्रिया यूरेनियम विखंडन प्रक्रिया की तुलना में लगभग 4 गुना अधिक कुशल है (विखंडन प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले नाभिक के प्रति एक न्यूक्लियॉन की गणना)।

इन प्रतिक्रियाओं की उच्च दर और अपेक्षाकृत उच्च ऊर्जा रिलीज समस्या को हल करने के लिए ड्यूटेरियम और ट्रिटियम के बराबर-घटक मिश्रण को सबसे आशाजनक बनाती है। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन। अपनी ऊर्जा समस्याओं को हल करने के लिए मानव जाति की आशाएं नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन से जुड़ी हैं। स्थिति यह है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए कच्चे माल के रूप में यूरेनियम के भंडार पृथ्वी पर सीमित हैं। लेकिन महासागरों के पानी में निहित ड्यूटेरियम सस्ते परमाणु ईंधन का लगभग अटूट स्रोत है। ट्रिटियम के साथ स्थिति कुछ अधिक जटिल है। ट्रिटियम रेडियोधर्मी है (इसका आधा जीवन 12.5 वर्ष है, क्षय प्रतिक्रिया इस तरह दिखती है :), प्रकृति में नहीं होती है। इसलिए, कार्य सुनिश्चित करने के लिए संल्लयन संयंत्रजो परमाणु ईंधन के रूप में ट्रिटियम का उपयोग करता है, उसके प्रजनन की संभावना प्रदान की जानी चाहिए।

इस प्रयोजन के लिए, रिएक्टर का कार्य क्षेत्र प्रकाश लिथियम आइसोटोप की एक परत से घिरा होना चाहिए, जिसमें प्रतिक्रिया होगी

इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन आइसोटोप ट्रिटियम () बनता है।

भविष्य में, ड्यूटेरियम और हीलियम आइसोटोप के मिश्रण के आधार पर कम रेडियोधर्मी थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने की संभावना पर विचार किया जा रहा है, संलयन प्रतिक्रिया का रूप है:

मेव.(7.20)

इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, संलयन उत्पादों में न्यूट्रॉन की अनुपस्थिति के कारण, रिएक्टर के जैविक खतरे को परमाणु विखंडन रिएक्टरों की तुलना में और ड्यूटेरियम पर काम करने वाले थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टरों की तुलना में परिमाण के चार से पांच क्रमों तक कम किया जा सकता है। ट्रिटियम ईंधन, औद्योगिक प्रसंस्करण रेडियोधर्मी सामग्री और उनके परिवहन की कोई आवश्यकता नहीं है, गुणात्मक रूप से रेडियोधर्मी कचरे के निपटान को सरल करता है। हालांकि, भविष्य में एक हीलियम आइसोटोप () के साथ ड्यूटेरियम () के मिश्रण पर आधारित एक पर्यावरण के अनुकूल थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर बनाने की संभावनाएं कच्चे माल की समस्या से जटिल हैं: पृथ्वी पर हीलियम आइसोटोप के प्राकृतिक भंडार नगण्य हैं। पर्यावरण के अनुकूल थर्मोन्यूक्लियर के भविष्य में ओम ड्यूटेरियम का प्रभाव

स्थलीय परिस्थितियों में संलयन प्रतिक्रियाओं के कार्यान्वयन के रास्ते में, प्रकाश नाभिक के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की समस्या तब उत्पन्न होती है जब वे दूरी पर पहुंचते हैं जिस पर परमाणु आकर्षण बल कार्य करना शुरू करते हैं, अर्थात। लगभग 10-15 मीटर, जिसके बाद इनके विलय की प्रक्रिया होती है सुरंग प्रभाव. संभावित अवरोध को दूर करने के लिए, टकराने वाले प्रकाश नाभिक को ≈10 . की ऊर्जा दी जानी चाहिए कीवजो तापमान से मेल खाती है टी ≈10 8 कऔर उच्चा। इसलिए, प्राकृतिक परिस्थितियों में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं केवल तारों के अंदरूनी हिस्सों में होती हैं। स्थलीय परिस्थितियों में उनके कार्यान्वयन के लिए, पदार्थ का एक मजबूत ताप या तो एक परमाणु विस्फोट द्वारा, या एक शक्तिशाली गैस निर्वहन द्वारा, या लेजर विकिरण की एक विशाल नाड़ी द्वारा, या एक तीव्र कण बीम के साथ बमबारी द्वारा आवश्यक होता है। थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं अब तक केवल थर्मोन्यूक्लियर (हाइड्रोजन) बमों के परीक्षण विस्फोटों में की गई हैं।

एक थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर को नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन के लिए एक उपकरण के रूप में जिन मुख्य आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए, वे इस प्रकार हैं।

सबसे पहले, विश्वसनीय गर्म प्लाज्मा कारावास (≈10 8 .) क)प्रतिक्रिया क्षेत्र में। मूल विचार, जिसने कई वर्षों तक इस समस्या को हल करने का तरीका निर्धारित किया था, 20 वीं शताब्दी के मध्य में यूएसएसआर, यूएसए और ग्रेट ब्रिटेन में लगभग एक साथ व्यक्त किया गया था। यह विचार है चुंबकीय क्षेत्र का उपयोगउच्च तापमान प्लाज्मा की रोकथाम और थर्मल इन्सुलेशन के लिए।

दूसरे, ट्रिटियम युक्त ईंधन (जो उच्च रेडियोधर्मिता के साथ हाइड्रोजन का एक आइसोटोप है) पर काम करते समय, संलयन रिएक्टर कक्ष की दीवारों को विकिरण क्षति होगी। विशेषज्ञों के अनुसार, कक्ष की पहली दीवार का यांत्रिक प्रतिरोध 5-6 साल से अधिक होने की संभावना नहीं है। इसका मतलब है कि असाधारण रूप से उच्च अवशिष्ट रेडियोधर्मिता के कारण दूरस्थ रूप से संचालित रोबोट की मदद से स्थापना और उसके बाद के पुन: संयोजन के आवधिक पूर्ण विघटन की आवश्यकता है।

तीसरा, थर्मोन्यूक्लियर फ्यूजन को जिस मुख्य आवश्यकता को पूरा करना चाहिए, वह यह है कि थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप ऊर्जा की रिहाई बाहरी स्रोतों से खर्च की गई ऊर्जा के लिए प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए क्षतिपूर्ति से अधिक होगी। बहुत रुचि "शुद्ध" थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं हैं,

जो न्यूट्रॉन का उत्पादन नहीं करते (देखें (7.20) और नीचे प्रतिक्रिया:

प्रश्न 28 α−, β−, γ− विकिरण।

अंतर्गत रेडियोधर्मिता रेडियोधर्मी विकिरण के उत्सर्जन के साथ कुछ अस्थिर परमाणु नाभिकों की स्वचालित रूप से अन्य परमाणु नाभिक में बदलने की क्षमता को समझ सकेंगे।

प्राकृतिक रेडियोधर्मिताप्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अस्थिर समस्थानिकों में देखी गई रेडियोधर्मिता कहलाती है।

कृत्रिम रेडियोधर्मितात्वरक और परमाणु रिएक्टरों पर किए गए परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप प्राप्त आइसोटोप की रेडियोधर्मिता कहा जाता है।

रेडियोधर्मी परिवर्तन परमाणुओं के नाभिक की संरचना, संरचना और ऊर्जा की स्थिति में परिवर्तन के साथ होते हैं, और इसके साथ आवेशित या तटस्थ कणों का उत्सर्जन या कब्जा होता है, और एक विद्युत चुम्बकीय प्रकृति (गामा विकिरण क्वांटा) के लघु-तरंग विकिरण की रिहाई होती है। ) इन उत्सर्जित कणों और क्वांटा को सामूहिक रूप से कहा जाता है रेडियोधर्मी (या आयनीकृत ) विकिरण, और ऐसे तत्व जिनके नाभिक एक कारण या किसी अन्य (प्राकृतिक या कृत्रिम) के लिए अनायास क्षय हो सकते हैं, रेडियोधर्मी कहलाते हैं या रेडिओन्युक्लिआइड . रेडियोधर्मी क्षय के कारण परमाणु (छोटी दूरी) आकर्षक बलों और सकारात्मक चार्ज प्रोटॉन के विद्युत चुम्बकीय (लंबी दूरी) प्रतिकारक बलों के बीच असंतुलन हैं।

आयनित विकिरण– आवेशित या तटस्थ कणों का प्रवाह और विद्युत चुम्बकीय विकिरण का क्वांटा, जिसके किसी पदार्थ के माध्यम से गुजरने से माध्यम के परमाणुओं या अणुओं का आयनीकरण और उत्तेजना होती है। इसकी प्रकृति से, इसे फोटॉन (गामा विकिरण, ब्रेम्सस्ट्रालंग, एक्स-रे विकिरण) और कॉर्पस्क्यूलर (अल्फा विकिरण, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, मेसन) में विभाजित किया गया है।

वर्तमान में ज्ञात 2500 न्यूक्लाइड में से केवल 271 स्थिर हैं। शेष (90%!) अस्थिर हैं; रेडियोधर्मी; एक या अधिक क्रमिक क्षय के साथ, कणों या -क्वांटा के उत्सर्जन के साथ, वे स्थिर न्यूक्लाइड में बदल जाते हैं।

रेडियोधर्मी विकिरण की संरचना के अध्ययन ने इसे तीन अलग-अलग घटकों में विभाजित करना संभव बना दिया: α-विकिरण धनावेशित कणों की एक धारा है - हीलियम नाभिक (), β विकिरण इलेक्ट्रॉनों या पॉज़िट्रॉन का प्रवाह है, विकिरण - लघु-तरंग विद्युत चुम्बकीय विकिरण का प्रवाह।

आमतौर पर, सभी प्रकार की रेडियोधर्मिता गामा किरणों के उत्सर्जन के साथ होती है - कठोर, लघु-तरंग विद्युत चुम्बकीय विकिरण। गामा किरणें रेडियोधर्मी परिवर्तनों के उत्तेजित उत्पादों की ऊर्जा को कम करने का मुख्य रूप हैं। रेडियोधर्मी क्षय से गुजरने वाले नाभिक को कहा जाता है मम मेरे; उभरते बच्चा नाभिक, एक नियम के रूप में, उत्तेजित हो जाता है, और जमीनी अवस्था में इसका संक्रमण एक क्वांटम के उत्सर्जन के साथ होता है।

संरक्षण कानून।रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, निम्नलिखित पैरामीटर संरक्षित हैं:

1. चार्ज . इलेक्ट्रिक चार्ज बनाया या नष्ट नहीं किया जा सकता है। प्रतिक्रिया से पहले और बाद में कुल चार्ज को संरक्षित किया जाना चाहिए, हालांकि इसे अलग-अलग नाभिक और कणों के बीच अलग-अलग वितरित किया जा सकता है।

2. जन अंक या प्रतिक्रिया के बाद न्यूक्लियंस की संख्या प्रतिक्रिया से पहले न्यूक्लियंस की संख्या के बराबर होनी चाहिए।

3. कुल ऊर्जा . कूलम्ब ऊर्जा और समतुल्य द्रव्यमान की ऊर्जा को सभी प्रतिक्रियाओं और क्षय में संरक्षित किया जाना चाहिए।

4.संवेग और कोणीय संवेग . रेखीय संवेग का संरक्षण नाभिक, कणों और/या विद्युत चुम्बकीय विकिरण के बीच कूलम्ब ऊर्जा के वितरण के लिए जिम्मेदार है। कोणीय गति कणों के स्पिन को संदर्भित करती है।

α क्षयएक परमाणु नाभिक से उत्सर्जन कहा जाता है α− कण। पर α− क्षय, हमेशा की तरह, ऊर्जा के संरक्षण के नियम को पूरा किया जाना चाहिए। उसी समय, सिस्टम की ऊर्जा में कोई भी परिवर्तन उसके द्रव्यमान में आनुपातिक परिवर्तनों के अनुरूप होता है। इसलिए, रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, मूल नाभिक का द्रव्यमान क्षय उत्पादों के द्रव्यमान से क्षय के बाद प्रणाली की गतिज ऊर्जा के अनुरूप राशि से अधिक होना चाहिए (यदि मूल नाभिक क्षय से पहले आराम पर था)। इस प्रकार, मामले में α− क्षय को शर्त को पूरा करना चाहिए

द्रव्यमान संख्या के साथ मूल नाभिक का द्रव्यमान कहाँ है एऔर सीरियल नंबर Z, बेटी के नाभिक का द्रव्यमान है और द्रव्यमान है α− कण। इनमें से प्रत्येक द्रव्यमान, बदले में, द्रव्यमान संख्या और द्रव्यमान दोष के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है:

जनता के लिए इन व्यंजकों को असमानता (8.2) में प्रतिस्थापित करने पर, हम निम्नलिखित शर्त प्राप्त करते हैं: α− क्षय:, (8.3)

वे। माता-पिता और बेटी के नाभिक के द्रव्यमान दोषों में अंतर द्रव्यमान दोष से अधिक होना चाहिए α− कण। इस प्रकार, अत α− क्षय, माता-पिता और बेटी के नाभिक की द्रव्यमान संख्या एक दूसरे से चार से भिन्न होनी चाहिए। यदि द्रव्यमान संख्या में अंतर चार के बराबर है, तो प्राकृतिक समस्थानिकों के द्रव्यमान दोष हमेशा बढ़ने के साथ घटते हैं ए. इस प्रकार, असमानता (8.3) के लिए, संतुष्ट नहीं है, क्योंकि भारी नाभिक का द्रव्यमान दोष, जो कि मातृ नाभिक होना चाहिए, हल्के नाभिक के द्रव्यमान दोष से छोटा होता है। इसलिए, जब α− परमाणु विखंडन नहीं होता है। अधिकांश कृत्रिम समस्थानिकों पर भी यही बात लागू होती है। अपवाद कई हल्के कृत्रिम समस्थानिक हैं, जिनके लिए बाध्यकारी ऊर्जा में कूदता है, और इसलिए बड़े पैमाने पर दोषों में, पड़ोसी समस्थानिकों की तुलना में विशेष रूप से बड़े होते हैं (उदाहरण के लिए, बेरिलियम का समस्थानिक, जो दो में क्षय हो जाता है) α− कण)।

ऊर्जा α− नाभिक के क्षय के दौरान उत्पन्न होने वाले कण 2 से 11 MeV की अपेक्षाकृत संकीर्ण सीमा में होते हैं। इस मामले में, बढ़ती ऊर्जा के साथ अर्ध-आयु घटने की प्रवृत्ति होती है α− कण। यह प्रवृत्ति विशेष रूप से एक ही रेडियोधर्मी परिवार (गीजर-नट्टल कानून) के भीतर लगातार रेडियोधर्मी परिवर्तनों में प्रकट होती है। उदाहरण के लिए, ऊर्जा α− यूरेनियम के क्षय के दौरान कण (टी \u003d 7.1. 10 8 वर्षों) 4.58 . है एमईवी, प्रोटैक्टीनियम के क्षय के साथ (टी \u003d 3.4. 10 4 वर्षों) - 5.04 पोलोनियम के क्षय के दौरान मेवी (टी \u003d 1.83. 10 -3 साथ)- 7,36एमईवी.

सामान्यतया, एक ही समस्थानिक के नाभिक उत्सर्जित कर सकते हैं α− कई कड़ाई से परिभाषित ऊर्जा मूल्यों वाले कण (पिछले उदाहरण में, उच्चतम ऊर्जा का संकेत दिया गया है)। दूसरे शब्दों में, α− कणों में एक असतत ऊर्जा स्पेक्ट्रम होता है। इसे इस प्रकार समझाया गया है। परिणामी क्षय नाभिक, क्वांटम यांत्रिकी के नियमों के अनुसार, कई अलग-अलग अवस्थाओं में हो सकता है, जिनमें से प्रत्येक में इसकी एक निश्चित ऊर्जा होती है। न्यूनतम संभव ऊर्जा वाला राज्य स्थिर होता है और कहलाता है मुख्य . शेष राज्यों को कहा जाता है जोश में . नाभिक उनमें बहुत कम समय (10 -8 - 10 -12 सेकंड) के लिए रह सकता है, और फिर उत्सर्जन के साथ कम ऊर्जा (जरूरी नहीं कि तुरंत मुख्य में) के साथ एक राज्य में चला जाता है γ− क्वांटम।

चालू α− क्षय के दो चरण हैं: गठन α− नाभिक और उत्सर्जन के नाभिक से कण α− कोर कण।

बीटा क्षय (विकिरण)।क्षय की अवधारणा तीन प्रकार के सहज इंट्रान्यूक्लियर परिवर्तनों को जोड़ती है: इलेक्ट्रॉनिक - क्षय, पॉज़िट्रॉन - क्षय और इलेक्ट्रॉन कैप्चर ( इ- कब्जा)।

अल्फा-सक्रिय लोगों की तुलना में बहुत अधिक बीटा-रेडियोधर्मी समस्थानिक हैं। वे नाभिक की द्रव्यमान संख्या (हल्के नाभिक से लेकर सबसे भारी तक) में भिन्नता के पूरे क्षेत्र में मौजूद हैं।

परमाणु नाभिक का बीटा क्षय किसके कारण होता है कमजोर बातचीत प्राथमिक कण और क्षय की तरह कुछ नियमों का पालन करते हैं। क्षय के दौरान, एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित करते हुए, नाभिक के न्यूट्रॉन में से एक प्रोटॉन में बदल जाता है। यह प्रक्रिया योजना के अनुसार होती है: . (8.8)

क्षय के दौरान, नाभिक के एक प्रोटॉन को एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ न्यूट्रॉन में परिवर्तित किया जाता है:

एक मुक्त न्यूट्रॉन जो नाभिक का हिस्सा नहीं है, प्रतिक्रिया (8.8) के अनुसार लगभग 12 मिनट के आधे जीवन के साथ अनायास क्षय हो जाता है। यह संभव है क्योंकि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान a.m.u. प्रोटॉन द्रव्यमान से अधिक a.m.u. a.m.u. मान से, जो इलेक्ट्रान के विश्राम द्रव्यमान a.m.u से अधिक है। (न्यूट्रिनो का शेष द्रव्यमान शून्य है)। एक मुक्त प्रोटॉन का क्षय ऊर्जा के संरक्षण के कानून द्वारा निषिद्ध है, क्योंकि परिणामी कणों के बाकी द्रव्यमानों का योग - न्यूट्रॉन और पॉज़िट्रॉन - प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है। इसलिए, प्रोटॉन का क्षय (8.9) केवल नाभिक में संभव है, यदि बेटी नाभिक का द्रव्यमान मूल नाभिक के द्रव्यमान से पॉज़िट्रॉन के शेष द्रव्यमान (बाकी द्रव्यमान के शेष द्रव्यमान से अधिक है) से कम है। पॉज़िट्रॉन और इलेक्ट्रॉन बराबर हैं)। दूसरी ओर, इसी तरह की स्थिति को एक न्यूट्रॉन के क्षय के मामले में भी संतुष्ट होना चाहिए जो कि नाभिक का हिस्सा है।

प्रतिक्रिया (8.9) के अनुसार होने वाली प्रक्रिया के अलावा, एक प्रोटॉन का न्यूट्रॉन में परिवर्तन एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो के एक साथ उत्सर्जन के साथ एक प्रोटॉन द्वारा एक इलेक्ट्रॉन को कैप्चर करके भी हो सकता है।

प्रक्रिया (8.9) की तरह, प्रक्रिया (8.10) एक मुक्त प्रोटॉन के साथ नहीं होती है। हालांकि, यदि प्रोटॉन नाभिक के अंदर है, तो यह अपने परमाणु के कक्षीय इलेक्ट्रॉनों में से एक को पकड़ सकता है, बशर्ते कि मूल नाभिक और इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का योग बेटी नाभिक के द्रव्यमान से अधिक हो। एक परमाणु के कक्षीय इलेक्ट्रॉनों के साथ नाभिक के अंदर प्रोटॉन के मिलने की संभावना इस तथ्य के कारण है कि, क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की गति कड़ाई से परिभाषित कक्षाओं के साथ नहीं होती है, जैसा कि बोहर में स्वीकार किया जाता है। सिद्धांत, लेकिन परमाणु के अंदर अंतरिक्ष के किसी भी क्षेत्र में, विशेष रूप से, और नाभिक के कब्जे वाले क्षेत्र में एक इलेक्ट्रॉन के मिलने की कुछ संभावना है।

एक कक्षीय इलेक्ट्रॉन के कब्जा करने के कारण होने वाले नाभिक के परिवर्तन को कहा जाता है इ- कब्जा। सबसे अधिक बार, नाभिक (K-कैप्चर) के निकटतम K-शेल से संबंधित इलेक्ट्रॉन का कब्जा होता है। एक इलेक्ट्रॉन का कब्जा जो अगले एल-शेल (एल-कैप्चर) का हिस्सा है, लगभग 100 गुना कम बार होता है।

गामा विकिरण। गामा विकिरण लघु-तरंग दैर्ध्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण है, जिसमें एक अत्यंत कम तरंग दैर्ध्य होता है और परिणामस्वरूप, स्पष्ट कोरपसकुलर गुण होते हैं, अर्थात। ऊर्जा के साथ क्वांटा का प्रवाह है ( ν − विकिरण आवृत्ति), गति और स्पिन जे(इकाइयों में ħ ).

गामा विकिरण नाभिक के क्षय के साथ होता है, कणों और एंटीपार्टिकल्स के विनाश के दौरान होता है, माध्यम में तेजी से चार्ज कणों के मंदी के दौरान, मेसॉन के क्षय के दौरान, ब्रह्मांडीय विकिरण में मौजूद होता है, परमाणु प्रतिक्रियाओं आदि में। मध्यवर्ती, कम उत्तेजित राज्यों। इसलिए, एक ही रेडियोधर्मी समस्थानिक के विकिरण में कई प्रकार के क्वांटा हो सकते हैं, जो ऊर्जा मूल्यों में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। नाभिक की उत्तेजित अवस्थाओं का जीवनकाल आमतौर पर तेजी से बढ़ता है क्योंकि उनकी ऊर्जा कम हो जाती है और जैसे-जैसे प्रारंभिक और अंतिम अवस्था में नाभिक के घूर्णन के बीच का अंतर बढ़ता है।

एक क्वांटम का उत्सर्जन ऊर्जा के साथ उत्तेजित अवस्था से परमाणु नाभिक के विकिरण संक्रमण के दौरान भी होता है ई मैंजमीन में या ऊर्जा के साथ कम उत्तेजित अवस्था में ई को (ईआई>एक) ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार (नाभिक की पुनरावृत्ति ऊर्जा तक), क्वांटम ऊर्जा का निर्धारण अभिव्यक्ति द्वारा किया जाता है: . (8.11)

विकिरण के दौरान, संवेग संरक्षण और कोणीय संवेग के नियम भी संतुष्ट होते हैं।

नाभिक के ऊर्जा स्तरों की विसंगति के कारण, विकिरण में ऊर्जा और आवृत्तियों का एक रेखा स्पेक्ट्रम होता है। वास्तव में, नाभिक के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को असतत और निरंतर क्षेत्रों में विभाजित किया गया है। असतत स्पेक्ट्रम के क्षेत्र में, नाभिक के ऊर्जा स्तरों के बीच की दूरी ऊर्जा की चौड़ाई से बहुत अधिक होती है जीइस अवस्था में नाभिक के जीवनकाल द्वारा निर्धारित स्तर:

समय एक उत्तेजित नाभिक की क्षय दर निर्धारित करता है:

प्रारंभिक समय में कोर की संख्या कहाँ है (); एक समय में अधूरे नाभिकों की संख्या टी.

प्रश्न 29. विस्थापन के नियम।एक कण उत्सर्जित करते समय, नाभिक दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन खो देता है। इसलिए, परिणामी (बेटी) नाभिक में, मूल (मूल) नाभिक की तुलना में, द्रव्यमान संख्या चार कम होती है, और क्रम संख्या दो कम होती है।

इस प्रकार, क्षय के दौरान, एक तत्व प्राप्त होता है, जो आवर्त सारणी में मूल एक की तुलना में दो कोशिकाओं को बाईं ओर रखता है: (8.14)

क्षय के दौरान, नाभिक के न्यूट्रॉन में से एक एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो (-क्षय) के उत्सर्जन के साथ एक प्रोटॉन में बदल जाता है। क्षय के परिणामस्वरूप, नाभिक में नाभिकों की संख्या अपरिवर्तित रहती है। इसलिए, द्रव्यमान संख्या नहीं बदलती है, दूसरे शब्दों में, एक आइसोबार का दूसरे में परिवर्तन होता है। हालाँकि, बेटी नाभिक का आवेश और इसकी क्रम संख्या बदल जाती है। क्षय के दौरान, जब एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन में बदल जाता है, तो क्रम संख्या एक से बढ़ जाती है, अर्थात। इस मामले में, एक तत्व प्रकट होता है जो आवर्त सारणी में मूल एक से एक सेल की तुलना में दाईं ओर स्थानांतरित हो जाता है:

क्षय के दौरान, जब एक प्रोटॉन न्यूट्रॉन में बदल जाता है, तो क्रम संख्या एक से कम हो जाती है, और नए प्राप्त तत्व को आवर्त सारणी में एक सेल द्वारा बाईं ओर स्थानांतरित कर दिया जाता है:

भावों में (8.14) - (8.16) एक्स- मातृ केन्द्रक का प्रतीक, यूबेटी नाभिक का प्रतीक है हीलियम नाभिक है; ए= 0 और जेड= -1, और एक पॉज़िट्रॉन, जिसके लिए ए= 0 और जेड=+1.

स्वाभाविक रूप से रेडियोधर्मी नाभिक रूप तीन रेडियोधर्मी परिवार बुलाया यूरेनियम परिवार (), थोरियम परिवार ()तथा एक्टिनिया का परिवार ()। उन्हें लंबे समय तक रहने वाले आइसोटोप के लिए उनके नाम सबसे लंबे आधे जीवन के साथ मिले। α- और β-क्षय की श्रृंखला के बाद सभी परिवार लीड आइसोटोप के स्थिर नाभिक पर समाप्त होते हैं - और। नेपच्यूनियम का परिवार, ट्रांसयूरेनियम तत्व नेप्च्यूनियम से शुरू होकर, कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जाता है और बिस्मथ आइसोटोप के साथ समाप्त होता है।