Երկու պրոտոնից և երկու նեյտրոններից բաղկացած մասնիկ: Ատոմների կառուցվածքը `նյութի տարրական մասնիկներ, էլեկտրոններ, պրոտոններ, նեյտրոններ: Պրոտոնի 3D դիմանկարը

Ուսումնասիրելով նյութի կառուցվածքը ՝ ֆիզիկոսները սովորեցին, թե ինչից են կազմված ատոմները, հասան ատոմի միջուկին և այն բաժանեցին պրոտոնների և նեյտրոնների: Այս բոլոր քայլերը տրվեցին բավականին հեշտությամբ. Անհրաժեշտ էր միայն մասնիկները արագացնել դեպի պահանջվող էներգիան, դրանք միմյանց դեմ մղել, իսկ հետո իրենք իրենք քանդվեցին իրենց բաղադրամասերի մեջ:

Բայց պրոտոնների և նեյտրոնների դեպքում այս հնարքը չաշխատեց: Չնայած դրանք բաղկացուցիչ մասնիկներ են, դրանք անգամ ամենահզոր բախման ժամանակ չեն կարող «կտոր -կտոր անել»: Հետևաբար, ֆիզիկոսներից պահանջվեցին տասնամյակներ ՝ պրոտոնի ներսում նայելու, նրա կառուցվածքն ու ձևը տեսնելու տարբեր եղանակներ մշակելու համար: Մեր օրերում պրոտոնի կառուցվածքի ուսումնասիրությունը տարրական մասնիկների ֆիզիկայի ամենաակտիվ ոլորտներից է:

Բնությունը հուշումներ է տալիս

Պրոտոնների և նեյտրոնների կառուցվածքի ուսումնասիրման պատմությունը սկիզբ է առնում 1930 -ական թվականներից: Երբ, բացի պրոտոններից, հայտնաբերվեցին նեյտրոններ (1932), դրանց զանգվածը չափելով, ֆիզիկոսները զարմանքով պարզեցին, որ այն շատ մոտ է պրոտոնի զանգվածին: Ավելին, պարզվեց, որ պրոտոններն ու նեյտրոնները միջուկային փոխազդեցությունը «զգում» են ճիշտ նույն կերպ: Նույնքան, որ միջուկային ուժերի տեսանկյունից պրոտոնը և նեյտրոնը կարելի է համարել նույն մասնիկի երկու դրսևորում ՝ նուկլեոն. Պրոտոնը էլեկտրական լիցքավորված նուկլոն է, իսկ նեյտրոնը ՝ չեզոք: . Փոխանակեք պրոտոնները նեյտրոնների հետ և միջուկային ուժերը (գրեթե) ոչինչ չեն նկատի:

Ֆիզիկոսները բնության այս հատկությունը արտահայտում են որպես համաչափություն. Միջուկային փոխազդեցությունը սիմետրիկ է պրոտոնների նեյտրոններով փոխարինման առումով, ինչպես թիթեռը սիմետրիկ է ձախը աջով փոխարինելու առումով: Այս համաչափությունը, բացի միջուկային ֆիզիկայում կարևոր դեր խաղալուց, իրականում առաջին ակնարկն էր, որ նուկլեոններն ունեն հետաքրքիր ներքին կառուցվածք: Trueիշտ է, ուրեմն, 30 -ականներին ֆիզիկոսները չէին հասկանում այս ակնարկը:

Հասկանալը եկավ ավելի ուշ: Այն սկսվեց այն փաստից, որ 1940-50 -ական թվականներին տարբեր տարրերի միջուկների հետ պրոտոնների բախման արձագանքների ժամանակ գիտնականները զարմանքով հայտնաբերեցին ավելի ու ավելի շատ մասնիկներ: Ոչ պրոտոններ, ոչ նեյտրոններ, որոնք մինչ այդ չեն հայտնաբերվել պի-մեզոններ, որոնք միջուկներում պահում են նուկլոնները, այլ որոշ լրիվ նոր մասնիկներ: Չնայած իրենց բազմազանությանը ՝ այս նոր մասնիկներն ունեին երկու ընդհանրություն. Նախ, նրանք, ինչպես և նուկլեոնները, շատ պատրաստակամորեն մասնակցեցին միջուկային փոխազդեցություններին - այժմ այդպիսի մասնիկները կոչվում են հադրոններ: Եվ երկրորդ ՝ դրանք չափազանց անկայուն էին: Դրանցից ամենաանկայունն այլ մասնիկների է քայքայվել ընդամենը նանովայրկյանի տրիլիոն միլիոնի մեջ ՝ առանց ատոմային միջուկի չափ անգամ թռչելու ժամանակ ունենալու:

Երկար ժամանակ հադրոնի կենդանաբանական այգին լիակատար խառնաշփոթ էր: 1950 -ականների վերջում ֆիզիկոսներն արդեն սովորեցին շատ տարբեր տեսակի հադրոններ, սկսեցին դրանք համեմատել միմյանց հետ և հանկարծ տեսան որոշ ընդհանուր համաչափություն, նույնիսկ դրանց հատկությունների պարբերականությունը: Ենթադրվում էր, որ բոլոր հադրոնների ներսում (ներառյալ նուկլեոնները) կան մի քանի պարզ առարկաներ, որոնք կոչվում են «քվարկներ»: Քվարկները տարբեր եղանակներով համատեղելով ՝ կարող եք ստանալ տարբեր հադրոններ, և դա այս տիպի և նման հատկություններով է, որոնք հայտնաբերվել են փորձի ժամանակ:

Ի՞նչն է պրոտոնը դարձնում պրոտոն:

Այն բանից հետո, երբ ֆիզիկոսները հայտնաբերեցին հադրոնների քվարկային սարքը և իմացան, որ կան մի քանի տարբեր տեսակի քվարկներ, պարզ դարձավ, որ շատ տարբեր մասնիկներ կարող են կառուցվել քվարկներից: Այսպիսով, այլևս զարմանալի չէր, երբ հետագա փորձերը շարունակեցին մեկը մյուսի հետևից գտնել նոր հադրոններ: Բայց բոլոր հադրոնների միջև հայտնաբերվեց մասնիկների մի ամբողջ ընտանիք, որը, ինչպես և պրոտոնը, բաղկացած էր միայն երկուսից u-մեջբերումներ և մեկ դ-քառյակ Պրոտոնի մի տեսակ «եղբայրներ»: Եվ ահա ֆիզիկոսներին անակնկալ էր սպասվում:

Եկեք նախ կատարենք մեկ պարզ դիտարկում. Եթե ​​մենք ունենք միևնույն «աղյուսներից» բաղկացած մի քանի օբյեկտ, ապա ավելի ծանր առարկաները պարունակում են ավելի շատ «աղյուսներ», իսկ ավելի թեթևները ՝ ավելի քիչ: Սա շատ բնական սկզբունք է, որը կարելի է անվանել համադրության սկզբունք կամ վերնաշենքի սկզբունք, և այն լավ է գործում ինչպես առօրյա կյանքում, այնպես էլ ֆիզիկայում: Այն արտահայտվում է նույնիսկ ատոմային միջուկների դասավորության մեջ. Ի վերջո, ավելի ծանր միջուկները պարզապես բաղկացած են ավելի մեծ թվով պրոտոններից և նեյտրոններից:

Այնուամենայնիվ, քվարքերի մակարդակում այս սկզբունքն ընդհանրապես չի գործում, և, պետք է խոստովանեմ, ֆիզիկոսները դեռ լիովին չեն պարզել, թե ինչու: Ստացվում է, որ պրոտոնի ծանր գործընկերները նույնպես բաղկացած են պրոտոնի նույն քվարկներից, չնայած դրանք մեկուկես, կամ նույնիսկ կրկնակի ծանր են պրոտոնից: Նրանք տարբերվում են պրոտոնից (և տարբերվում են միմյանցից) ոչ կազմը,բայց փոխադարձ գտնվելու վայրըքվարկեր, այն վիճակն է, որում այդ քվարկները հարաբերական են միմյանց հետ: Բավական է փոխել քվարկների փոխադարձ դիրքը, և մենք ստանում ենք մեկ այլ, շատ ավելի ծանր մասնիկ պրոտոնից:

Իսկ ի՞նչ կլինի, եթե դեռ երեք քվարկ վերցնեք և միասին հավաքեք: Կլինի՞ նոր ծանր մասնիկ: Surարմանալի է, որ այն չի աշխատի. Քվարկները կբաժանվեն երեքի և կվերածվեն մի քանի ցրված մասնիկների: Չգիտես ինչու, բնությունը «չի սիրում» բազմաթիվ քվարկներ միավորել մեկ ամբողջության մեջ: Շատ վերջերս, բառացիորեն վերջին տարիներին, ակնարկներ սկսեցին հայտնվել, որ որոշ բազմակողմանի մասնիկներ գոյություն ունեն, բայց դա միայն շեշտում է, թե բնությունն ինչքան չի սիրում դրանք:

Այս համադրական տեսությունից հետևում է շատ կարևոր և խորը եզրակացություն. Հադրոնների զանգվածն ամենևին չի ավելացնում քվարկների զանգվածը: Բայց եթե հադրոնի զանգվածը կարող է ավելացվել կամ նվազել ՝ պարզապես բաղադրիչ աղյուսները միացնելով, ապա քվարկներն իրենք ամենևին պատասխանատու չեն հադրոնների զանգվածի համար: Իրոք, հետագա փորձերի ընթացքում հնարավոր եղավ պարզել, որ քվարկների զանգվածն ինքնին պրոտոնի զանգվածի ընդամենը երկու տոկոսն է, իսկ մնացած ծանրության ուժը առաջանում է ուժային դաշտի պատճառով (հատուկ մասնիկները `գլյոնները համապատասխանում են այն), որը կապում է քվարկները միմյանց հետ: Փոխելով քվարկերի փոխադարձ դասավորությունը, օրինակ ՝ դրանք միմյանցից հեռացնելով, դրանով մենք փոխում ենք գլյոնային ամպը, այն դարձնում ավելի զանգվածային, ինչի պատճառով էլ մեծանում է հադրոնի զանգվածը (նկ. 1):

Ի՞նչ է կատարվում արագ շարժվող պրոտոնի ներսում:

Վերը նկարագրված ամեն ինչ վերաբերում է ստացիոնար պրոտոնին ՝ ֆիզիկոսների լեզվով. Սա պրոտոնի սարքն է իր հանգստի համակարգում: Այնուամենայնիվ, փորձի ընթացքում պրոտոնի կառուցվածքը առաջին անգամ հայտնաբերվեց այլ պայմաններում `ներսում արագ թռիչքպրոտոն:

1960-ականների վերջին, արագացուցիչների վրա մասնիկների բախման փորձերի ժամանակ նկատվեց, որ մոտ լույսի արագությամբ թռչող պրոտոններն իրենց պահում էին այնպես, ասես իրենց ներսում էներգիան ոչ թե հավասարաչափ բաշխված էր, այլ կենտրոնացած առանձին կոմպակտ օբյեկտներում: Հայտնի ֆիզիկոս Ռիչարդ Ֆեյնմանը առաջարկեց նյութի այս կույտերն անվանել պրոտոնների ներսում մասեր(անգլերենից մաս -մաս):

Հետագա փորձերի ընթացքում ուսումնասիրվեցին պարտոնների բազմաթիվ հատկություններ, օրինակ ՝ դրանց էլեկտրական լիցքը, դրանց թիվը և պրոտոնի էներգիայի այն մասը, որը կրում է նրանցից յուրաքանչյուրը: Ստացվում է, որ լիցքավորված պարտոնները քվարկեր են, իսկ չեզոք պարոտոնները `գլյուկոններ: Այո, այո, հենց գլյոնները, որոնք պրոտոնի մնացած շրջանակում պարզապես «ծառայում» էին քվարկներին ՝ դրանք գրավելով միմյանց, այժմ անկախ մասեր են և քվարկների հետ միասին կրում են «նյութ» և արագ էներգիա: թռչող պրոտոն: Փորձերը ցույց են տվել, որ էներգիայի մոտ կեսը պահվում է քվարկներում, իսկ կեսը ՝ գլյոններում:

Պորտոններն առավել հարմար ուսումնասիրվում են էլեկտրոնների հետ պրոտոնների բախման ժամանակ: Փաստն այն է, որ, ի տարբերություն պրոտոնի, էլեկտրոնը չի մասնակցում ուժեղ միջուկային փոխազդեցություններին, և դրա բախումը պրոտոնի հետ շատ պարզ է թվում. Էլեկտրոնը շատ կարճ ժամանակ արտանետում է վիրտուալ ֆոտոն, որը բախվում է լիցքավորված մասի հետ և մեծ թվով մասնիկներ (նկ. 2): Կարող ենք ասել, որ էլեկտրոնը հիանալի սկալպել է պրոտոնը «բացելու» և այն առանձին մասերի բաժանելու համար, թեև միայն շատ կարճ ժամանակով: Իմանալով, թե որքան հաճախ են նման պրոցեսները տեղի ունենում արագացուցիչի մոտ, հնարավոր է չափել պրոտոնի ներսում գտնվող մասերի քանակը և դրանց լիցքերը:

Ովքե՞ր են իրականում մասնակիցները:

Եվ ահա մենք գալիս ենք մեկ այլ ցնցող հայտնագործության, որն արել են ֆիզիկոսները ՝ ուսումնասիրելով տարրական մասնիկների բախումները բարձր էներգիայով:

Սովորական պայմաններում հարցը, թե ինչից է բաղկացած օբյեկտը, ունիվերսալ պատասխան է բոլոր հղումների շրջանակների համար: Օրինակ, ջրի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ջրածնի ատոմից և մեկ թթվածնի ատոմից, և կարևոր չէ `մենք նայում ենք անշարժ, թե շարժվող մոլեկուլին: Այնուամենայնիվ, այս կանոնը կարծես այնքան բնական է: - խախտվում է, երբ խոսքը վերաբերում է լույսի արագությանը մոտ արագությամբ շարժվող տարրական մասնիկներին: Հղումների մեկ շրջանակում բարդ մասնիկը կարող է բաղկացած լինել ենթամասնիկների մի շարքից, իսկ մեկ այլ հղման շրջանակից ՝ մյուսից: Պարզվում է, որ կազմը հարաբերական հասկացություն է!

Ինչպե՞ս կարող է սա լինել: Այստեղ բանալին մեկ կարևոր հատկություն է. Մեր աշխարհում մասնիկների թիվը հաստատուն չէ. Մասնիկները կարող են ծնվել և անհետանալ: Օրինակ, եթե բավականաչափ բարձր էներգիայի հետ երկու էլեկտրոն բախեք, ապա այս երկու էլեկտրոններից բացի կարող են ծնվել կամ ֆոտոն, կամ էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգ, կամ որոշ այլ մասնիկներ: Այս ամենը թույլատրված է քվանտային օրենքներով, և դա հենց այն է, ինչ տեղի է ունենում իրական փորձերի ժամանակ:

Բայց մասնիկների այս «չպահպանման օրենքը» գործում է բախումների ժամանակմասնիկներ: Բայց ինչպե՞ս է, որ տարբեր տեսանկյուններից միևնույն պրոտոնը կարծես տարբեր մասնիկներից բաղկացած լինի: Բանն այն է, որ պրոտոնը ոչ միայն երեք քվարկ է, որոնք միավորված են: Քվարկների միջև կա գլյոնային ուժի դաշտ: Ընդհանրապես, ուժի դաշտը (օրինակ ՝ գրավիտացիոն կամ էլեկտրական դաշտը) մի տեսակ նյութական «էություն» է, որը ներթափանցում է տարածություն և թույլ է տալիս մասնիկներին միմյանց վրա ուժ գործադրել: Քվանտային տեսության մեջ դաշտը բաղկացած է նաև մասնիկներից, թեև հատուկներից ՝ վիրտուալներից: Այս մասնիկների թիվը ֆիքսված չէ, դրանք անընդհատ «պտտվում» են քվարկներից և ներծծվում այլ քվարկներով:

Հանգստանում էպրոտոնը իսկապես կարելի է համարել երեք քվարկ, որոնց միջև գլյոնները ցատկում են: Բայց եթե մենք նայենք միևնույն պրոտոնին տարբեր հղումների շրջանակից, ասես կողքով անցնող «հարաբերական գնացքի» պատուհանից, մենք կտեսնենք բոլորովին այլ պատկեր: Այն վիրտուալ գլյոնները, որոնք սոսնձեցին քվարկները իրար, ավելի քիչ վիրտուալ, «ավելի իրական» մասնիկներ կթվան: Նրանք, իհարկե, դեռ ծնվում և կլանում են քվարկները, բայց միևնույն ժամանակ նրանք որոշ ժամանակ ինքնուրույն են ապրում, թռչում են քվարկների կողքին, ինչպես իսկական մասնիկները: Այն, ինչ կարծես մի ուժի դաշտ է, հղման մեկ շրջանակում վերածվում է մասնիկների հոսքի ՝ մեկ այլ շրջանակում: Նկատի ունեցեք, որ մենք չենք դիպչում պրոտոնին, այլ միայն նայում ենք մեկ այլ հղման շրջանակից:

Ավելին ՝ ավելին: Որքան մոտ է մեր «հարաբերական գնացքի» արագությունը լույսի արագությանը, այնքան ավելի զարմանալի պատկեր կտեսնենք պրոտոնի ներսում: Երբ մոտենում ենք լույսի արագությանը, կնկատենք, որ պրոտոնի ներսում ավելի ու ավելի շատ գլյուկոններ կան: Ավելին, նրանք երբեմն բաժանվում են քվարկ-անտիկվար զույգերի, որոնք նույնպես թռչում են մոտակայքում և նույնպես համարվում են պարտոններ: Արդյունքում, ուլտրառելատիվիստական ​​պրոտոնը, այսինքն ՝ մեզ համեմատ շարժվող պրոտոնը լույսի արագությանը շատ մոտ արագությամբ, հայտնվում է որպես քվարկների, հնաոճ քարկոների և գլյուոնների միահյուսվող ամպեր, որոնք թռչում են միասին և կարծես աջակցում են միմյանց (նկ. 3):

Հարաբերականության տեսությանը ծանոթ ընթերցողը կարող է անհանգստանալ: Ամբողջ ֆիզիկան հիմնված է այն սկզբունքի վրա, որ ցանկացած գործընթաց նույն կերպ է ընթանում բոլոր իներցիոն հղումների շրջանակներում: Եվ հետո պարզվում է, որ պրոտոնի բաղադրությունը կախված է այն հղման շրջանակից, որից մենք այն դիտում ենք:

Այո, հենց այդպես է, բայց դա ոչ մի կերպ չի խախտում հարաբերականության սկզբունքը: Ֆիզիկական գործընթացների արդյունքները, օրինակ ՝ բախման արդյունքում որ մասնիկները և քանիսն են առաջանում, անփոփոխ են, չնայած պրոտոնի բաղադրությունը կախված է հղման շրջանակից:

Այս իրավիճակը, որն առաջին հայացքից անսովոր է, բայց բավարարում է ֆիզիկայի բոլոր օրենքները, սխեմատիկորեն պատկերված է Նկար 4-ում: Այն ցույց է տալիս, թե ինչպես է երկու բարձր էներգիայի պրոտոնների բախումը տարբեր հղումների շրջանակներում. Մեկ պրոտոնի մնացած շրջանակում, զանգվածի շրջանակի կենտրոն, մեկ այլ պրոտոնի մնացած շրջանակում ... Պրոտոնների միջև փոխազդեցությունն իրականացվում է պառակտող գլյոնների կասկադի միջոցով, բայց միայն մի դեպքում այս կասկադը համարվում է մի պրոտոնի «ներքին», մյուս դեպքում `մեկ այլ պրոտոնի մաս, իսկ երրորդում` այն դա ընդամենը մի առարկա է, որը փոխանակվում է երկու պրոտոնների միջև: Այս կասկադը գոյություն ունի, այն իրական է, բայց գործընթացի որ հատվածին այն պետք է վերագրվի ՝ կախված է հղման շրջանակից:

Պրոտոնի 3D դիմանկարը

Բոլոր այն արդյունքները, որոնք մենք պարզապես նկարագրեցինք, հիմնված էին բավականին վաղուց կատարված փորձերի վրա `անցյալ դարի 60-70 -ականներին: Թվում է, թե այդ ժամանակից ի վեր ամեն ինչ պետք է ուսումնասիրվի, և բոլոր հարցերը պետք է գտնեն իրենց պատասխանները: Բայց ոչ. Պրոտոնի կառուցվածքը դեռևս մասնիկների ֆիզիկայի ամենահետաքրքիր թեմաներից է: Ավելին, վերջին տարիներին դրա նկատմամբ հետաքրքրությունը կրկին աճեց, քանի որ ֆիզիկոսները պարզեցին, թե ինչպես ստանալ արագ շարժվող պրոտոնի «եռաչափ» դիմանկարը, որը պարզվեց, որ ավելի բարդ է, քան ստացիոնար պրոտոնի դիմանկարը:

Պրոտոնների բախման դասական փորձերը պատմում են միայն պարտոնների քանակի և դրանց էներգիայի բաշխման մասին: Նման փորձերի ժամանակ պարտոնները մասնակցում են որպես անկախ օբյեկտներ, ինչը նշանակում է, որ նրանցից անհնար է սովորել, թե ինչպես են տեղակայված մասերը միմյանց նկատմամբ, և թե որքանով են դրանք ճշգրիտ գումարվում պրոտոնին: Կարող ենք ասել, որ երկար ժամանակ ֆիզիկոսներին հասանելի էր միայն արագ թռչող պրոտոնի «միաչափ» դիմանկարը:

Պրոտոնի իրական, եռաչափ դիմանկարը կառուցելու և տարածության մեջ մասերի բաշխվածությունը պարզելու համար շատ ավելի նուրբ փորձեր են պահանջվում, քան նրանք, որոնք հնարավոր էին 40 տարի առաջ: Ֆիզիկոսները սովորել են նման փորձեր կազմակերպել բոլորովին վերջերս ՝ բառացիորեն վերջին տասնամյակում: Նրանք հասկացան, որ հսկայական թվով տարբեր ռեակցիաներից, որոնք տեղի են ունենում, երբ էլեկտրոնը բախվում է պրոտոնի հետ, կա մեկ հատուկ ռեակցիա. խորը վիրտուալ Compton ցրումը, - որը կկարողանա պատմել պրոտոնի եռաչափ կառուցվածքի մասին:

Ընդհանուր առմամբ, ֆոտոնի առաձգական բախումը մասնիկի հետ, օրինակ ՝ պրոտոնի, կոչվում է Compton ցրում, կամ Compton ազդեցություն: Ֆոտոնը գալիս է, ներծծվում է պրոտոնի կողմից, որը կարճ ժամանակով անցնում է գրգռված վիճակի, իսկ հետո վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին ՝ ինչ -որ ուղղությամբ թողնելով ֆոտոն:

Սովորական լուսային ֆոտոնների կոմպոնային ցրումը հետաքրքիր բանի չի հանգեցնում. Դա պրոտոնից լույսի պարզ արտացոլումն է: Պրոտոնի ներքին կառուցվածքը «խաղալու» և քվարկների բաշխվածությունը «զգալու» համար անհրաժեշտ է օգտագործել շատ բարձր էներգիայի ֆոտոններ `միլիարդ անգամ ավելի, քան սովորական լույսի ներքո: Եվ հենց այդպիսի ֆոտոնները `իսկական, վիրտուալ, հեշտությամբ առաջացնում են միջադեպի էլեկտրոն: Եթե ​​մենք հիմա մեկը մյուսի հետ ենք համատեղում, ապա ստանում ենք խոր վիրտուալ կոմպտոնի ցրվածություն (նկ. 5):

Այս արձագանքի հիմնական առանձնահատկությունն այն է, որ այն չի քայքայում պրոտոնը: Միջադեպի ֆոտոնը ոչ միայն հարվածում է պրոտոնին, այլ կարծես ուշադիր զննում է այն, իսկ հետո թռչում: Ուղղությունը, որով այն թռչում է, և էներգիայի ինչ մասն է վերցնում պրոտոնը դրանից, կախված է պրոտոնի կառուցվածքից, դրա ներսում գտնվող մասերի հարաբերական դիրքից: Այդ իսկ պատճառով, ուսումնասիրելով այս գործընթացը, հնարավոր է վերականգնել պրոտոնի եռաչափ տեսքը, կարծես «քանդակել նրա քանդակը»:

Trueիշտ է, փորձարար ֆիզիկոսի համար շատ դժվար է դա անել: Պահանջվող գործընթացը հազվադեպ է և դժվար է գրանցվել: Այս ռեակցիայի վերաբերյալ առաջին փորձնական տվյալները ստացվել են միայն 2001 թվականին Համբուրգում DESY գերմանական արագացուցիչ համալիրի HERA արագացուցչում; նոր տվյալների շարքը այժմ մշակվում է փորձարարների կողմից: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ այսօր, առաջին տվյալների հիման վրա, տեսաբանները գծում են պրոտոնի մեջ քվարկների և գլուոնների եռաչափ բաշխումներ: Ֆիզիկական մեծությունը, որի մասին ֆիզիկոսները նախկինում միայն ենթադրություններ էին անում, վերջապես սկսեց «դուրս գալ» փորձից:

Կա՞ն անսպասելի հայտնագործություններ այս ոլորտում: Ամենայն հավանականությամբ, պատասխանը այո է: Որպես օրինակ ՝ ասենք, որ 2008 -ի նոյեմբերին հայտնվեց մի հետաքրքիր տեսական հոդված, որում պնդվում էր, որ արագ թռչող պրոտոնը չպետք է ունենա հարթ սկավառակի տեսք, այլ երկկողմանի ոսպնյակ: Դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ պրոտոնի կենտրոնական շրջանում նստած մասերը ավելի ուժեղ են սեղմված երկայնական ուղղությամբ, քան եզրերին նստած մասերը: Շատ հետաքրքիր կլիներ փորձարկել այս տեսական կանխատեսումները:

Ինչու՞ է այս ամենը հետաքրքիր ֆիզիկոսներին:

Ինչու՞ ֆիզիկոսները նույնիսկ պետք է հստակ իմանան, թե ինչպես է նյութը բաշխվում պրոտոնների և նեյտրոնների ներսում:

Նախ, ֆիզիկայի զարգացման հենց տրամաբանությունը դա է պահանջում: Աշխարհում կան շատ զարմանալիորեն բարդ համակարգեր, որոնց ժամանակակից տեսական ֆիզիկան դեռ չի կարող լիովին հաղթահարել: Հադրոնները նման համակարգերից են: Hadբաղվելով հադրոնների կառուցվածքով ՝ մենք կատարելագործում ենք տեսական ֆիզիկայի կարողությունները, որոնք կարող են համընդհանուր լինել և, թերևս, բոլորովին այլ բանում կօգնեն, օրինակ ՝ գերհաղորդիչների կամ անսովոր հատկություններով այլ նյութեր ուսումնասիրելիս:

Երկրորդ ՝ միջուկային ֆիզիկայից անմիջական օգուտներ կան: Չնայած ատոմային միջուկների ուսումնասիրության գրեթե մեկդարյա պատմությանը, տեսաբանները դեռ չգիտեն պրոտոնների և նեյտրոնների փոխազդեցության ճշգրիտ օրենքը:

Նրանք պետք է կռահեն այս օրենքը մասամբ փորձնական տվյալների հիման վրա, մասամբ ՝ կառուցելու նուկլեոնների կառուցվածքի մասին գիտելիքների հիման վրա: Հենց այստեղ կօգնեն նուկլեոնների եռաչափ կառուցվածքի վերաբերյալ նոր տվյալները:

Երրորդ, մի քանի տարի առաջ ֆիզիկոսներին հաջողվեց ստանալ ոչ պակաս, քան նյութի նոր համախառն վիճակ `քվարկ -գլյոնային պլազմա: Այս վիճակում քվարկները չեն նստում առանձին պրոտոնների և նեյտրոնների ներսում, այլ ազատորեն շրջում են միջուկային նյութերի ամբողջ փունջով: Դրան կարելի է հասնել, օրինակ, հետևյալ կերպ. Ծանր միջուկներն արագացուցիչով արագանում են մինչև լույսի արագությանը շատ մոտ արագություն, այնուհետև բախվում ճակատ-դիմաց: Այս բախման ժամանակ շատ կարճ ժամանակ առաջանում է տրիլիոնավոր աստիճանների ջերմաստիճան, որը միջուկները հալեցնում է քվարկ-գլյոնային պլազմայի մեջ: Այսպիսով, պարզվում է, որ այս միջուկային հալման տեսական հաշվարկները պահանջում են միջուկների եռաչափ կառուցվածքի լավ իմացություն:

Ի վերջո, այս տվյալները շատ անհրաժեշտ են աստղաֆիզիկայի համար: Երբ ծանր աստղերը պայթում են իրենց կյանքի վերջում, նրանք հաճախ իրենց հետևից թողնում են չափազանց կոմպակտ առարկաներ `նեյտրոնային և, հնարավոր է, քվարկային աստղեր: Այս աստղերի միջուկը ամբողջությամբ բաղկացած է նեյտրոններից, և գուցե նույնիսկ սառը քվարկ-գլյոն պլազմայից: Նման աստղերը վաղուց են հայտնաբերվել, սակայն այն, ինչ կատարվում է նրանց ներսում, ինչ -որ մեկի ենթադրությունն է: Այսպիսով, քվարկի բաշխման լավ ընկալումը կարող է հանգեցնել աստղաֆիզիկայի առաջընթացի:

Առաջին հերթին, դուք պետք է հասկանաք, որ ազատված էներգիայի չորս առանձին տեսակ կա.

1) քիմիական էներգիա, որը սնուցում է մեր մեքենաները, ինչպես նաև ժամանակակից քաղաքակրթության սարքերի մեծ մասը.

2) միջուկային տրոհման էներգիա, որն օգտագործվում է մեր սպառած էլեկտրաէներգիայի մոտ 15% -ի արտադրման համար.

3) տաք միջուկային միաձուլման էներգիան, որը կերակրում է արևը և աստղերի մեծ մասը.

4) սառը միջուկային միաձուլման էներգիան, որը դիտվում է որոշ փորձարարների կողմից լաբորատոր հետազոտություններում, և որոնց գոյությունը մերժվում է գիտնականների մեծ մասի կողմից:

Բոլոր երեք տեսակի միջուկային էներգիայի (ջերմություն / ֆունտ վառելիք) թողարկված քանակը 10 միլիոն անգամ գերազանցում է քիմիական էներգիան: Ինչպե՞ս են էներգիայի այս տեսակները տարբերվում: Այս հարցը հասկանալու համար ձեզ անհրաժեշտ են որոշակի գիտելիքներ քիմիայի և ֆիզիկայի բնագավառում:

Օգտվելով տան համար ապրանք վաճառող այս առցանց խանութի առաջարկներից, կարող եք հեշտությամբ գնել ցանկացած ապրանք ողջամիտ գներով:

Բնությունը մեզ տվել է երկու տեսակ կայուն լիցքավորված մասնիկներ ՝ պրոտոններ և էլեկտրոններ: Պրոտոնը ծանր, սովորաբար շատ փոքր, դրական լիցքավորված մասնիկ է: Սովորաբար էլեկտրոնը թեթև է, մեծ, մշուշոտ սահմաններով և ունի բացասական լիցք: Դրական և բացասական լիցքերը գրավում են միմյանց, ինչպես, օրինակ, մագնիսի հյուսիսային բևեռը գրավում է հարավը: Եթե ​​հյուսիսային բևեռով մագնիսը բերվի մեկ այլ մագնիսի հարավային բևեռ, դրանք կբախվեն: Բախումը կթողնի փոքր քանակությամբ էներգիա ջերմության տեսքով, սակայն այն չափազանց փոքր է հեշտությամբ չափելու համար: Մագնիսներն անջատելու համար ստիպված կլինեք աշխատանք կատարել, այսինքն ՝ էներգիա ծախսել: Սա մոտավորապես նույնն է, ինչ ժայռը հետ բարձրացնել բլուրից:

Երբ քարը գլորվում է բլուրից, փոքր քանակությամբ ջերմություն է առաջանում, սակայն քարը հետ բարձրացնելը էներգիա է պահանջում:

Նույն կերպ, պրոտոնի դրական լիցքը բախվում է էլեկտրոնի բացասական լիցքին, դրանք «կպչում են» ՝ ազատելով էներգիա: Արդյունքը ջրածնի ատոմ է, նշանակված H. hydրածնի ատոմը ոչ այլ ինչ է, քան անորոշ էլեկտրոն, որը պատում է փոքր պրոտոն: Եթե ​​ջրածնի ատոմից էլեկտրոն դուրս գցեք, կստանաք դրական լիցքավորված H + իոն, որը ոչ այլ ինչ է, քան սկզբնական պրոտոնը: «Իոն» անուն է, որը կիրառվում է ատոմի կամ մոլեկուլի վրա, որը կորցրել կամ ձեռք է բերել մեկ կամ մի քանի էլեկտրոն և, հետևաբար, այլևս չեզոք չէ:

Ինչպես գիտեք, բնության մեջ կան մեկից ավելի ատոմներ: Մենք ունենք թթվածնի, ազոտի, երկաթի, հելիումի ատոմներ և այլն: Ինչպե՞ս են նրանք բոլորը տարբերվում: Նրանք բոլորն ունեն տարբեր տեսակի միջուկներ, և բոլոր միջուկները պարունակում են տարբեր քանակությամբ պրոտոններ, ինչը նշանակում է, որ դրանք ունեն այլ դրական լիցք: Հելիումի միջուկը պարունակում է 2 պրոտոն, ինչը նշանակում է, որ այն ունի գումարած 2 գումարած, իսկ լիցքը չեզոքացնելու համար անհրաժեշտ է 2 էլեկտրոն: Երբ 2 էլեկտրոն «կպչում» են դրան, առաջանում է հելիումի ատոմ: Թթվածնի միջուկը պարունակում է 8 պրոտոն եւ ունի 8 լիցք, երբ 8 էլեկտրոն «կպչում» են դրան, առաջանում է թթվածնի ատոմ: Ազոտի ատոմն ունի 7 էլեկտրոն, երկաթի ատոմը `մոտ 26. Այնուամենայնիվ, բոլոր ատոմների կառուցվածքը մոտավորապես նույնն է. Փոքր, դրական լիցքավորված միջուկ, որը գտնվում է անորոշ էլեկտրոնների ամպի մեջ: Միջուկի և էլեկտրոնների չափերի տարբերությունը հսկայական է:

Արեգակի տրամագիծը ընդամենը 100 անգամ գերազանցում է երկրի տրամագծին: Էլեկտրոնների ամպի տրամագիծը ատոմում 100000 անգամ գերազանցում է միջուկի տրամագիծը: Volավալների տարբերությունը ստանալու համար անհրաժեշտ է այս թվերը կառուցել խորանարդի մեջ:

Այժմ մենք պատրաստ ենք հասկանալ, թե ինչ է քիմիական էներգիան: Ատոմները, լինելով էլեկտրական չեզոք, իրականում կարող են միաձուլվել միմյանց հետ ՝ ազատելով ավելի շատ էներգիա: Այլ կերպ ասած, դրանք կարող են համակցվել ավելի կայուն կազմաձևերի: Էլեկտրոններն արդեն ատոմում են և փորձում են բաշխվել այնպես, որ հնարավորինս մոտենան միջուկին, սակայն իրենց ցրված բնույթի պատճառով դրանք որոշակի տարածք են պահանջում: Այնուամենայնիվ, երբ զուգակցվում են մեկ այլ ատոմի էլեկտրոնների հետ, դրանք սովորաբար կազմում են ավելի ամուր կոնֆիգուրացիա, ինչը թույլ է տալիս նրանց ավելի մոտենալ միջուկներին: Օրինակ, ջրածնի 2 ատոմ կարող է միավորվել ավելի կոմպակտ կազմաձևի, եթե ջրածնի յուրաքանչյուր ատոմ իր էլեկտրոնը նվիրի 2 էլեկտրոնների ամպին, որը բաժանված է երկու պրոտոնների միջև:

Այսպիսով, նրանք կազմում են մի խումբ, որը բաղկացած է երկու էլեկտրոնից մեկ ամպի մեջ և երկու պրոտոններից, որոնք միմյանցից բաժանված են տարածությամբ, բայց, այնուամենայնիվ, գտնվում են էլեկտրոնային ամպի ներսում: Արդյունքում տեղի է ունենում քիմիական ռեակցիա ՝ շարունակելով ջերմության արտազատումը ՝ H + H => H G («=>» նշանը նշանակում է «մտնում է» կամ «դառնում»): H 2 կոնֆիգուրացիան ջրածնի մոլեկուլ է. երբ դուք գնում եք ջրածնի գլան, դուք ոչինչ չեք ստանում, քան H- ի մոլեկուլ: Ավելին, միացնելով O ատոմի երկու էլեկտրոն H 2 և 8 էլեկտրոնները կարող են կազմել նույնիսկ ավելի կոմպակտ կազմաձևում `ջրի մոլեկուլ HO և ջերմություն: Իրականում ջրի մոլեկուլը էլեկտրոնների մեկ ամպ է, որի ներսում կան երեք կետային միջուկներ: Նման մոլեկուլը նվազագույն էներգիայի կոնֆիգուրացիա է:

Այսպիսով, երբ մենք այրում ենք նավթը կամ ածուխը, մենք վերաբաշխում ենք էլեկտրոնները: Սա հանգեցնում է էլեկտրոնների ամպերի ներսում կետային միջուկների ավելի կայուն կազմաձևերի ձևավորմանը և ուղեկցվում է ջերմության արտանետմամբ: Սա քիմիական էներգիայի բնույթն է:

Նախորդ քննարկման ժամանակ մենք մեկ կետ բաց թողեցինք: Ինչու՞ են բնության միջուկները սկզբում պարունակում երկու կամ ավելի պրոտոն: Յուրաքանչյուր պրոտոն ունի դրական լիցք, և երբ դրական լիցքերի միջև հեռավորությունը այնքան փոքր է, որ համարժեք է միջուկը շրջապատող տարածությանը, նրանք միմյանց ուժեղ վանում են: Նմանատիպ լիցքերի վանելը նման է այն վանմանը, որը տեղի է ունենում երկու մագնիսների հյուսիսային բևեռների միջև, երբ նրանք փորձում են դրանք սխալ կապել: Պետք է լինի ինչ -որ բան, որը կհաղթահարի այս վանումը, այլապես գոյություն կունենային միայն ջրածնի ատոմներ: Բարեբախտաբար, մենք տեսնում ենք, որ դա այդպես չէ:

Կա մեկ այլ տեսակի ուժ, որը գործում է պրոտոնի վրա: Սա միջուկային էներգիա է: Շնորհիվ այն բանի, որ այն շատ մեծ է, մասնիկները գործնականում ամուր պահվում են միմյանց վրա: Բացի այդ, կա երկրորդ տեսակի ծանր մասնիկներ, որոնք պրոտոնից տարբերվում են միայն նրանով, որ դրանք չունեն ոչ դրական, ոչ բացասական լիցք: Նրանք չեն վանում պրոտոնի դրական լիցքը: Այս մասնիկները կոչվում են «նեյտրոններ», քանի որ դրանք էլեկտրական չեզոք են: Առանձնահատկությունն այն է, որ մասնիկների անփոփոխ վիճակը հնարավոր է միայն միջուկի ներսում: Երբ մասնիկը գտնվում է միջուկից դուրս, մոտ 10 րոպեի ընթացքում այն ​​վերածվում է պրոտոնի, էլեկտրոնի և շատ թեթև հակաէտրինոյի: Այնուամենայնիվ, միջուկի ներսում այն ​​կարող է անփոփոխ մնալ անորոշ ժամանակով: Ինչ էլ որ լինի, նեյտրոնն ու պրոտոնը շատ ուժեղ են ձգվում միմյանց: Երբ նրանք բավական մոտ են մոտենում, դրանք միավորվում են և ստեղծում շատ ուժեղ զույգ, այսպես կոչված, դեյտերոն, որը նշանակվում է D +: Մեկ դեյտերոնը միավորվում է մեկ էլեկտրոնի հետ ՝ առաջացնելով ծանր ջրածին կամ դեյտերիում ատոմ, որը նշվում է Դ -ով:

Երկրորդ միջուկային ռեակցիան տեղի է ունենում երկու դեյտերոնների փոխազդեցության ժամանակ: Երբ երկու դեյտերոնները ստիպված են լինում փոխազդել, դրանք միանում են ՝ կազմելով կրկնակի լիցք ունեցող մասնիկ: Երկու պրոտոնից և երկու նեյտրոններից բաղկացած մի փունջ նույնիսկ ավելի կայուն է, քան պրոտոն-նեյտրոնային փունջը դեյտերոնի մեջ: 2 մասնիկով չեզոքացված նոր մասնիկը դառնում է հելիումի ատոմի միջուկ, որը նշանակված է He: Բնության մեջ կան նաև մեծ խմբավորումներ, որոնք հանդիսանում են ածխածնի, ազոտի, թթվածնի, երկաթի և այլ ատոմների միջուկներ: Այս բոլոր խմբավորումների գոյությունը հնարավոր է միջուկային ուժի շնորհիվ, որն առաջանում է մասնիկների միջև, երբ նրանք փոխազդում են միմյանց հետ կամ կիսում միջուկի չափին հավասար տարածության ընդհանուր ծավալը:

Այժմ մենք կարող ենք հասկանալ սովորական միջուկային էներգիայի բնույթը, որն իրականում միջուկային տրոհման էներգիա է: Տիեզերքի վաղ պատմության ընթացքում ձևավորվեցին զանգվածային աստղեր: Նման զանգվածային աստղերի պայթյունի ժամանակ բազմաթիվ տիպի միջուկներ են ձևավորվել և նորից պայթել արտաքին տարածության մեջ: Այս զանգվածից գոյացել են մոլորակներ և աստղեր, ներառյալ Արևը:

Հնարավոր է, որ պայթյունի ընթացքում ի հայտ են եկել պրոտոնների և նեյտրոնների բոլոր հնարավոր կայուն կազմաձևերը, ինչպես նաև գործնականում այնպիսի կայուն խմբավորումներ, ինչպիսին է ուրանի միջուկը: Իրականում կան ուրանի ատոմների երեք տեսակի միջուկներ ՝ ուրանի -234, ուրանի -235-ի և ուրանի -238-ի: Այս «իզոտոպները» տարբերվում են նեյտրոնների քանակով, այնուամենայնիվ, դրանք բոլորը պարունակում են 92 պրոտոն: Ranանկացած տիպի ուրանի ատոմների միջուկները կարող են վերածվել ավելի քիչ էներգետիկ կազմաձևերի ՝ հելիումի միջուկների արտանետմամբ, սակայն այս գործընթացը այնքան հազվադեպ է տեղի ունենում, որ ցամաքային ուրանը պահպանում է իր հատկությունները մոտ 4 միլիարդ տարի:

Այնուամենայնիվ, կա ուրանի միջուկի կոնֆիգուրացիան խախտելու ևս մեկ տարբերակ: Ընդհանուր առմամբ, պրոտոն և նեյտրոնային խմբավորումները առավել կայուն են, երբ դրանք պարունակում են մոտ 60 պրոտոն-նեյտրոնային զույգ: Ուրանի միջուկում պարունակվող նման զույգերի թիվը երեք անգամ գերազանցում է այս ցուցանիշը: Արդյունքում, այն հակված է երկու մասի բաժանվելու ՝ միաժամանակ թողնելով մեծ քանակությամբ ջերմություն: Սակայն բնությունը թույլ չի տալիս նրան բաժանվել: Դա անելու համար նա նախ պետք է անցնի ավելի բարձր էներգիայի կոնֆիգուրացիայի: Այնուամենայնիվ, ուրանի տեսակներից մեկը `ուրանի -235 -ը, որը նշանակված է 235 U - ստանում է անհրաժեշտ էներգիա ՝ նեյտրոնը գրավելով: Ստանալով այդպիսով անհրաժեշտ էներգիան ՝ միջուկը քայքայվում է ՝ արձակելով ահռելի քանակությամբ էներգիա և միևնույն ժամանակ թողնելով լրացուցիչ նեյտրոններ: Այս լրացուցիչ նեյտրոնները, իր հերթին, կարող են ճեղքել ուրանի -235 միջուկները, ինչը հանգեցնում է շղթայական ռեակցիայի:

Հենց այս գործընթացն է տեղի ունենում ատոմակայաններում, որտեղ ջերմությունը, որը միջուկային տրոհման վերջնական արդյունքն է, օգտագործվում է ջուրը եռացնելու, գոլորշի ստեղծելու և էլեկտրական գեներատորը պտտելու համար: (Այս մեթոդի անբավարարությունը ռադիոակտիվ թափոնների արտանետումն է, որը պետք է հուսալի կերպով հեռացվի):

Այժմ մենք պատրաստ ենք հասկանալ տաք միաձուլման էությունը: Ինչպես ասվեց 5 -րդ դասում, պրոտոնների և նեյտրոնների խմբավորումները առավել կայուն են, երբ պրոտոնների և նեյտրոնների թիվը մոտավորապես համապատասխանում է նրանց թվին երկաթե ատոմի միջուկում: Ուրանի պես, որը սովորաբար պարունակում է չափազանց շատ նեյտրոններ-պրոտոններ, թեթև տարրերը, ինչպիսիք են ջրածինը, հելիումը, ածխածինը, ազոտը և թթվածինը, պարունակում են չափազանց քիչ այդպիսի գոլորշիներ:

Եթե ​​այդ միջուկների փոխազդեցության համար ստեղծվեն անհրաժեշտ պայմաններ, ապա դրանք ջերմության արտանետմամբ կհամախմբվեն ավելի կայուն խմբավորումների: Սա սինթեզի գործընթաց է: Այն բնականաբար հանդիպում է այնպիսի աստղերի մեջ, ինչպիսին է արևը: Բնության մեջ սեղմված ջրածինը ուժեղ տաքանում է, և որոշ ժամանակ անց տեղի է ունենում միաձուլման ռեակցիա: Եթե ​​սկզբում գործընթացը տեղի ունենար դեյտերոնների հետ, որոնք արդեն պարունակում են կրկնապատկված պրոտոն և նեյտրոն, աստղերի ռեակցիաները համեմատաբար հեշտությամբ կընթանային: Similarանկացած տեսակի ատոմի շարժման արագությունը նմանատիպ ատոմների ամպի ներսում ուղղակիորեն կախված է ջերմաստիճանից: Որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան մեծ է արագությունը, և որքան մոտ են ատոմները միմյանց, ինչը միանգամից բախում է կատարում:

Աստղերում ջերմաստիճանը բավական բարձր է, որպեսզի էլեկտրոնները հեռանան իրենց միջուկներից: Այսպիսով, մենք կարող ենք ասել, որ իրականում մենք գործ ունենք էլեկտրոնների և միջուկների խառը ամպի հետ: Շատ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում միջուկները բախման պահին այնքան մոտ են միմյանց, որ միջուկային ուժ է միացվում ՝ դրանք ձգելով դեպի մեկը մյուսը: Արդյունքում, միջուկները կարող են «իրար կպչել» և վերածվել պրոտոնների և նեյտրոնների ավելի ցածր էներգիայի խմբի ՝ արձակելով ջերմություն: Միջուկային տաք միաձուլումը փորձ է այս գործընթացը լաբորատոր պայմաններում իրականացնել դեյտերիումի և երրորդ ջրածնի միջոցով (որի միջուկը պարունակում է 1 պրոտոն և 2 նեյտրոն) գազի տեսքով: Տաք միաձուլման համար պահանջվում է պահպանել հարյուր միլիոնավոր աստիճանի գազի ջերմաստիճան, որին կարելի է հասնել մագնիսական դաշտի օգնությամբ, բայց միայն 1-2 վայրկյան: Հույս կա, որ հնարավոր կլինի գազի ջերմաստիճանը պահպանել ավելի երկար ժամանակ: Քանի դեռ ջերմաստիճանը բավական բարձր է, միջուկների բախման պահին տեղի է ունենում միջուկային ռեակցիա:

Հիմնական ձևը, որով էներգիան ազատվում է, բարձր էներգիայի նեյտրոնների և պրոտոնների արտազատումն է: Պրոտոնները շատ արագ վերածվում են ջերմության: Նեյտրոնների էներգիան կարող է նաև վերածվել ջերմության, սակայն դրանից հետո սարքավորումը դառնում է ռադիոակտիվ: Սարքավորումների աղտոտումը շատ դժվար է, ուստի տաք միաձուլումը հարմար չէ որպես առևտրային էներգիայի արտադրության մեթոդ: Ամեն դեպքում, տաք միաձուլման էներգիան երազ է, որը գոյություն ունի առնվազն 50 տարի: Այնուամենայնիվ, գիտնականների մեծ մասը դիտում է տաք միաձուլումը որպես միաձուլման էներգիա առաջացնելու միակ միջոցը: Տաք միաձուլման գործընթացում ավելի քիչ ճառագայթում է առաջանում, քան տրոհման ժամանակ, դա էկոլոգիապես մաքուր և գործնականում անսահմանափակ վառելիքի աղբյուր է Երկրի վրա (էներգիայի ժամանակակից սպառման համեմատ, դա բավարար կլիներ միլիոնավոր տարիներ):

Վերջապես, մենք գալիս ենք սառը միաձուլման բացատրությանը: Սառը միաձուլումը կարող է լինել միաձուլման էներգիան ազատելու պարզ և ոչ ռադիոակտիվ միջոց: Սառը միաձուլման գործընթացում մի միջուկի պրոտոններն ու նեյտրոնները բոլորովին այլ կերպ են փոխազդում մյուսի պրոտոնների և նեյտրոնների հետ:

Միևնույն ժամանակ, միջուկային ուժը նպաստում է այն բանին, որ դրանք կազմում են ավելի կայուն կազմաձևում: Nuclearանկացած միջուկային ռեակցիայի համար անհրաժեշտ է, որ արձագանքող միջուկներն ունենան տարածքի ընդհանուր ծավալ: Այս պահանջը կոչվում է մասնիկների հավասարեցում: Տաք միաձուլման ժամանակ մասնիկները միանում են կարճ ժամանակով, երբ հաղթահարվում է երկու դրական լիցքի վանող ուժը, և միջուկները բախվում են: Սառը միաձուլման ժամանակ մասնիկների հավասարեցման պայմանը ձեռք է բերվում դեյտերիումի միջուկներին ստիպելով վարվել ոչ հստակ կետային մասնիկների, ինչպես պղտոր մասնիկների, ինչպես էլեկտրոնների նման: Երբ ծանր մետաղին ավելացվում է թեթև կամ ծանր ջրածին, ջրածնի յուրաքանչյուր «ատոմ» վերցնում է այն դիրքը, որտեղ այն բոլոր կողմերից շրջապատված է ծանր մետաղի ատոմներով:

Rogenրածնի այս ձեւը կոչվում է միջանկյալ: Rogenրածնի ատոմների էլեկտրոնները, միջանկյալ ջրածնի հետ միասին, դառնում են մետաղի էլեկտրոնային զանգվածի մաս: Hydրածնի յուրաքանչյուր միջուկ ճոճանակի նման տատանվում է ՝ անցնելով մետաղական էլեկտրոնների բացասական լիցքավորված ամպի միջով: Այս թրթռումը տեղի է ունենում նույնիսկ շատ ցածր ջերմաստիճաններում ՝ համաձայն քվանտային մեխանիկայի դրույթների: Այս շարժումը կոչվում է զրոյական կետի շարժում: Այս դեպքում միջուկները դառնում են պղտորված առարկաներ, ինչպես ատոմի էլեկտրոնները: Այնուամենայնիվ, այս մշուշոտությունը բավարար չէ ջրածնի մի միջուկի փոխազդեցության համար մյուսի հետ:

Եվս մեկ պայման է անհրաժեշտ, որպեսզի երկու կամ ավելի ջրածնի միջուկներ ունենան նույն ընդհանուր տարածությունը: Էլեկտրոնները, որոնք էլեկտրոնները կրում են մետաղի մեջ, վարվում են որպես թրթռացող նյութի ալիք, և ոչ թե որպես կետային մասնիկներ: Եթե ​​էլեկտրոնները չպահեին պինդ մասերի ալիքների նման, այսօր տրանզիստորներ կամ ժամանակակից համակարգիչներ չէին լինի: Ալիքի տեսքով էլեկտրոնը կոչվում է Bloch գործառույթի էլեկտրոն: Սառը միաձուլման գաղտնիքը Բլոխի ֆունկցիայի դեյտերոն ստանալու անհրաժեշտության մեջ է: Որպեսզի երկու կամ ավելի դեյտերոն ունենան տարածության ընդհանուր ծավալ, անհրաժեշտ է ստանալ պինդ մարմնի ներսում կամ մակերեսի վրա ալիքային դեյտերոններ: Բլոկի ֆունկցիայի դեյտերոններ ստեղծվելուն պես միջուկային ուժը սկսում է գործել, և դեյտերոնը կազմող պրոտոններն ու նեյտրոնները վերակազմավորվում են բլոկի ֆունկցիայի հելիումի ավելի կայուն կազմաձևման, որն ուղեկցվում է ջերմություն:

Սառը միաձուլումն ուսումնասիրելու համար փորձարարին անհրաժեշտ է այնպես անել, որ երկկողմանի ալիքը անցնի ալիքի վիճակի և պահի դրանք այդ վիճակում: Սառը միաձուլման փորձերը, որոնք ցույց են տալիս ավելորդ ջերմության արտանետումը, ապացուցում են, որ դա հնարավոր է: Այնուամենայնիվ, մինչ այժմ ոչ ոք չգիտի, թե ինչպես իրականացնել նման գործընթացն ամենահուսալի եղանակով: Սառը միաձուլման օգտագործումը խոստանում է ձեռք բերել էներգետիկ ռեսուրս, որը կտևի միլիոնավոր տարիներ, մինչդեռ գլոբալ տաքացման կամ ռադիոակտիվության խնդիրներ չեն լինի, այդ իսկ պատճառով պետք է լուրջ ջանքեր գործադրել այս երևույթի ուսումնասիրման համար:

Ակտոբե, 2014

Հադրոն:Ուժեղ փոխազդեցություններին մասնակցող տարրական մասնիկների դաս: Հադրոնները կազմված են քվարկներից և բաժանվում են երկու խմբի ՝ բարիոնների (երեք քվարկներից) և մեզոնների (քվարկի և հնաովարկի): Մեր դիտարկած նյութի մեծ մասը բաղկացած է բարիոններից `պրոտոններից և նուկլեոններից, որոնք կազմում են ատոմների միջուկները:

Iationառագայթման աղբյուրի գործունեությունը- ռադիոակտիվ աղբյուրում ռադիոակտիվ միջուկների քայքայման ընդհանուր թվի հարաբերակցությունը քայքայման ժամանակին:

Ալֆա ճառագայթում- իոնացնող ճառագայթման տեսակ `ռադիոակտիվ քայքայման և միջուկային ռեակցիաների ընթացքում արտանետվող դրական լիցքավորված մասնիկների (ալֆա մասնիկներ) հոսք: Ալֆա ճառագայթման ներթափանցող հզորությունը ցածր է (այն հետաձգվում է թղթի թերթիկով): Չափազանց վտանգավոր է ալֆա աղբյուրների ներթափանցումը սննդի, օդի կամ մաշկի վնասման միջոցով:

Ալֆայի քայքայումը(կամ α- քայքայումը) - ալֆա մասնիկների ինքնաբուխ արտանետում (հելիումի ատոմի միջուկներ) ատոմային միջուկներով

Ալֆա մասնիկ- մասնիկ, որը բաղկացած է երկու պրոտոնից և երկու նեյտրոններից: Նույնական հելիումի ատոմի միջուկին:

Բնաջնջում- տարրական մասնիկի և հակամասնիկի փոխազդեցությունը, որի արդյունքում դրանք անհետանում են, և նրանց էներգիան վերածվում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման:

Ոչնչացումը մասնիկի և հակամասնիկի փոխակերպման ռեակցիա է այլ մասնիկների բախվելիս:

Հակամասնիկը այն մասնիկն է, որն ունի զանգվածի, պտույտի, լիցքի և այլ ֆիզիկական հատկությունների նույն արժեքները, ինչ իր «երկվորյակ» մասնիկը, բայց նրանից տարբերվում է որոշ փոխազդեցության բնութագրերով (օրինակ ՝ էլեկտրականության նշանով) գանձում):

Հակամասնիկները սովորական տարրական մասնիկների երկվորյակ են, որոնք վերջինից տարբերվում են էլեկտրական լիցքի նշանով և որոշ այլ բնութագրիչների նշաններով: Մասնիկը և հակամասնիկը ունեն նույն զանգվածները, պտույտները և կյանքի տևողությունը:

AS- ատոմակայան - էլեկտրական կամ ջերմային էներգիայի արտադրության արդյունաբերական ձեռնարկություն `օգտագործելով մեկ կամ մի քանի միջուկային էներգիայի ռեակտորներ և անհրաժեշտ համակարգերով, սարքավորումներով, սարքավորումներով և կառույցներով` անհրաժեշտ անձնակազմով,

Ատոմ- քիմիական տարրի ամենափոքր մասնիկը, որը պահպանում է իր հատկությունները: Բաղկացած է միջուկից, որի միջուկը պտտվում է պրոտոններով և նեյտրոններով և էլեկտրոններով: Էլեկտրոնների թիվը ատոմում հավասար է միջուկի պրոտոնների թվին:

Ատոմային զանգվածքիմիական տարրի ատոմի զանգվածն է ՝ արտահայտված ատոմային զանգվածի միավորներով (ամու): 1 ամու համար 12. Ատոմային զանգվածով ածխածնի իզոտոպի զանգվածի 1/12 մասը վերցված է 1 ամու = 1.6605655 · 10-27 կգ: Ատոմային զանգվածը տվյալ ատոմի բոլոր պրոտոնների և նեյտրոնների զանգվածների գումարն է:

Ատոմային միջուկ- ատոմի դրական լիցքավորված կենտրոնական մասը, որի շուրջը պտտվում են էլեկտրոնները և որոնցում կենտրոնացված է ատոմի գրեթե ամբողջ զանգվածը: Բաղկացած է պրոտոններից և նեյտրոններից: Միջուկի լիցքը որոշվում է միջուկի պրոտոնների ընդհանուր լիցքով և համապատասխանում է տարրերի պարբերական համակարգի քիմիական տարրի ատոմային թվին:

Բարիոններ- երեք քվարկներից բաղկացած մասնիկներ, որոնք որոշում են դրանց քվանտային թվերը: Բոլոր բարիոնները, բացառությամբ պրոտոնի, անկայուն են:

Պահեստային լողավազան- ատոմակայանի ռեակտորի տեղում տեղադրված տեղադրում `ջրի շերտի տակ ծախսված միջուկային վառելիքի ժամանակավոր պահպանման համար` ռադիոակտիվությունն ու մնացորդային ջերմության արտանետումը նվազեցնելու համար:

Բեկերել(Bq) ռադիոակտիվ նյութի գործունեության SI միավորն է: 1 Bq- ը հավասար է այնպիսի ռադիոակտիվ նյութի ակտիվությանը, որի դեպքում 1 վայրկյանում տեղի է ունենում մեկ քայքայում:
β γ ճառագայթներ- արագ էլեկտրոնների հոսքը:
α-ճառագայթներ- հելիումի միջուկների հոսք:
γ ճառագայթներ- շատ կարճ ալիքի երկարությամբ էլեկտրամագնիսական ալիքներ (L ~ 10 -10 մ):

Բետա ճառագայթում- իոնացնող ճառագայթման տեսակ `միջուկային ռեակցիաների կամ ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ արտանետվող էլեկտրոնների կամ պոզիտրոնների հոսք: Բետա ճառագայթումը կարող է ներթափանցել մարմնի հյուսվածքներ մինչև 1 սմ խորություն: Դա վտանգավոր է մարդկանց համար ինչպես արտաքին, այնպես էլ ներքին ճառագայթման տեսանկյունից:

Բետա մասնիկներ- ատոմների միջուկների կողմից արտանետվող էլեկտրոններ և պոզիտրոններ, ինչպես նաև ազատ նեյտրոն ՝ բետա քայքայման ժամանակ: Ատոմային միջուկի էլեկտրոնային բետա -քայքայման ժամանակ էլեկտրոն է e - (ինչպես նաև հակաէտրինո) է արտանետվում, միջուկների պոզիտրոնային քայքայման դեպքում ՝ պոզիտրոն e + (և նեյտրինո ν): Երբ ազատ նեյտրոնը (n) քայքայվում է, ձևավորվում է պրոտոնային (p) էլեկտրոն և հակաէտրինո ՝ n → p + e - +:
Էլեկտրոն և պոզիտրոն- կայուն մասնիկներ J = 1/2 սպինով (ներքին մեխանիկական անկյունային թափ), որոնք պատկանում են լեպտոնների դասին: Պոզիտրոնը էլեկտրոնի նկատմամբ հակամասնիկն է:

Կենսաբանական պաշտպանություն- ռեակտորի միջուկի և դրա սառեցման համակարգի շուրջ ստեղծված ճառագայթային պատնեշ `կանխելու նեյտրոնային և գամմա ճառագայթման վնասակար հետևանքները անձնակազմի, բնակչության և շրջակա միջավայրի վրա: Ատոմակայանում բետոնը կենսաբանական պաշտպանության հիմնական նյութն է: Բարձր հզորության ռեակտորների դեպքում բետոնե պաշտպանիչ վահանի հաստությունը հասնում է մի քանի մետրի:

Բոսոններ(հնդիկ ֆիզիկոս Ս. Բոզեի անունից) - տարրական մասնիկներ, ատոմային միջուկներ, զրո կամ ամբողջ պտույտ ունեցող ատոմներ (0ћ, 1ћ, 2ћ,…):

Արագ նեյտրոններ- նեյտրոններ, որոնց կինետիկ էներգիան ավելի բարձր է, քան որոշակի որոշակի արժեք: Այս արժեքը կարող է տատանվել լայն շրջանակի մեջ և կախված է կիրառությունից (ռեակտորների ֆիզիկա, պաշտպանություն կամ դոզիմետրիա): Ռեակտորների ֆիզիկայում այս արժեքը առավել հաճախ ընտրվում է հավասար 0,1 ՄէՎ:

Վիլսոնի պալատ- տարրական լիցքավորված մասնիկների հետքի դետեկտոր, որի դեպքում մասնիկի հետքը (հետքը) ձևավորվում է հեղուկի փոքր կաթիլների շղթայից `իր շարժման հետագծի երկայնքով:

Գամմա ճառագայթում- իոնացնող ճառագայթման տեսակ - ռադիոակտիվ քայքայման և միջուկային ռեակցիաների ընթացքում արտանետվող էլեկտրամագնիսական ճառագայթում, որը տարածվում է լույսի արագությամբ և ունի բարձր էներգիա և ներթափանցող ուժ: Արդյունավետորեն թուլանում է ծանր տարրերի, ինչպիսիք են կապարը: Ատոմակայանների միջուկային ռեակտորներում գամմա ճառագայթումը թուլացնելու համար օգտագործվում է բետոնից պատրաստված հաստ պատերով պաշտպանական էկրան:

Ռադիոակտիվ քայքայման օրենքը-օրենքը, որով հայտնաբերվում է չքայքայված ատոմների քանակը ՝ N = N 0 2 -t / T.

Դեյտերիում- ջրածնի «ծանր» իզոտոպ ՝ 2 ատոմային զանգվածով:

Իոնացնող ճառագայթման դետեկտոր- չափիչ գործիքի զգայուն տարր, որը նախատեսված է իոնացնող ճառագայթման գրանցման համար: Նրա գործողությունը հիմնված է այն երևույթների վրա, որոնք առաջանում են, երբ ճառագայթումն անցնում է նյութի միջով:

Radառագայթման դոզան- ճառագայթային անվտանգության մեջ `իոնացնող ճառագայթման ազդեցության չափում կենսաբանական օբյեկտի, մասնավորապես` անձի վրա: Տարբերակել ազդեցության, ներծծվող և համարժեք դոզանների միջև:

Ավելորդ զանգված(կամ զանգվածային արատ) Արդյո՞ք տարբերությունը չեզոք ատոմի զանգվածի և նուկլեոնների քանակի արտադրանքի միջև (պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թիվը) այս ատոմի միջուկում մեկ ատոմային զանգվածի միավորի վրա ՝ արտահայտված էներգիայի միավորներով

Իզոտոպներ-նուկլիդներ, որոնք ունեն նույն ատոմային թիվը, բայց տարբեր ատոմային զանգվածներ (օրինակ ՝ ուրանի -235 և ուրանի -238):

Իզոտոպներ- ատոմային միջուկներ, որոնք ունեն նույն թվով Z պրոտոններ, տարբեր թվով N նեյտրոններ և, հետևաբար, այլ զանգվածային թիվ A = Z + N. Օրինակ ՝ կալցիումի իզոտոպներ Ca (Z = 20) - 38 Ca, 39 Ca, 40 Ca , 41 Ca, 42 Ca.

Ռադիոակտիվ իզոտոպները իզոտոպիկ միջուկներ են, որոնք ենթարկվում են ռադիոակտիվ քայքայման: Հայտնի իզոտոպների մեծ մասը ռադիոակտիվ են (00 3500):

Վիլսոնի պալատ- բարձր արագությամբ շարժվող միկրոմասնիկների (էլեկտրոններ, պրոտոններ, ա-մասնիկներ և այլն) հետքերը դիտելու սարք: Ստեղծվել է 1912 թվականին անգլիացի ֆիզիկոս Վիլսոնի կողմից:

Քվարկը տարրական լիցքավորված մասնիկ է, որը մասնակցում է ուժեղ փոխազդեցության: Պրոտոններն ու նեյտրոնները յուրաքանչյուրը բաղկացած է երեք քվարկից:

Տիեզերական ճառագայթում- ֆոնային իոնացնող ճառագայթում, որը բաղկացած է տիեզերքից եկող առաջնային ճառագայթումից և մթնոլորտի հետ առաջնային ճառագայթման փոխազդեցությունից բխող երկրորդային ճառագայթումից:

Տիեզերական ճառագայթներ - բարձր էներգիայի լիցքավորված տարրական մասնիկների հոսքեր (հիմնականում ՝ պրոտոններ, ալֆա մասնիկներ և էլեկտրոններ), որոնք տարածվում են միջմոլորակային և միջաստղային տարածությունում և շարունակաբար «ռմբակոծում» են Երկիրը:

Վերարտադրության գործոնը- տրոհման շղթայական ռեակցիայի ամենակարևոր բնութագիրը, որը ցույց է տալիս տվյալ սերնդի նեյտրոնների թվի հարաբերակցությունը նախորդ սերնդի նեյտրոնների քանակին անսահման միջավայրում: Հաճախ օգտագործվում է բազմապատկման գործոնի մեկ այլ սահմանում `նեյտրոնների առաջացման և ներծծման արագությունների հարաբերակցությունը:

Կրիտիկական զանգված- վառելիքի ամենափոքր զանգվածը, որի մեջ կարող է տեղի ունենալ միջուկային տրոհման ինքնապաշտպանական շղթայական ռեակցիա ՝ միջուկի որոշակի ձևով և կազմով (կախված է բազմաթիվ գործոններից, օրինակ ՝ վառելիքի բաղադրությունը, միջնորդը, միջուկի ձևը) և այլն):

Կյուրի (Կի)գործունեության ոչ համակարգային միավոր է, սկզբում ռադիում-226 իզոտոպի 1 գ ակտիվությունը: 1Ci = 3,7 1010 Bq

Կրիտիկական զանգված(մ կ) - միջուկային վառելիքի ամենափոքր զանգվածը (ուրան, պլուտոնիում), որի դեպքում տեղի է ունենում միջուկային շղթայական ռեակցիա:

Կյուրի(Ki) - ռադիոակտիվ նյութի գործունեության համակարգից դուրս միավոր: 1 Ci = 3.7 10 10 Bq

Լեպտոններ(հունարենից leptos - թեթև, փոքր) - 1 / 2ћ պտույտ ունեցող կետային մասնիկների խումբ, որը չի մասնակցում ուժեղ փոխազդեցության: Լեպտոնի չափը (եթե այն գոյություն ունի)<10 -17 см. Лептоны считаются точечными бесструктурными частицами. Существует три пары лептонов:

• էլեկտրոն (e -) և էլեկտրոնային նեյտրինո (ν e),
• մյուոն (μ -) և միոն նեյտրինո (ν μ),
• tau lepton (τ -) և tau neutrino (ν τ),

Կախարդական միջուկները ատոմային միջուկներ են, որոնք պարունակում են այսպես կոչված պրոտոնների կամ նեյտրոնների կախարդական թվեր:

Զ
Ն

Այս միջուկներն ունեն ավելի մեծ կապող էներգիա, քան հարևան միջուկները: Նրանք ունեն նուկլեոնների բաժանման բարձր էներգիա և բնության ավելացած առատություն:

Massանգվածային համար(A) ատոմային միջուկում նուկլոնների (պրոտոններ և նեյտրոններ) ընդհանուր թիվն է. ատոմային միջուկի հիմնական բնութագրիչներից մեկը:

Դոզայի տոկոսադրույքը- ճառագայթման դոզայի ավելացման հարաբերակցությունը ժամանակի ընդմիջումից այս ընդմիջմանը (օրինակ ՝ rem / s, Sv / s, mrem / h, mSv / h, μrem / h, μSv / h):

Նեյտրոն- չեզոք տարրական հաճախականություն `պրոտոնի զանգվածին մոտ զանգվածով: Պրոտոնների հետ միասին նեյտրոնները կազմում են ատոմային միջուկ: Ազատ վիճակում այն ​​անկայուն է և քայքայվում է պրոտոնի և էլեկտրոնի:

Նուկլիդ- միջուկում որոշակի քանակությամբ պրոտոններ և նեյտրոններ ունեցող ատոմի տեսակ, որը բնութագրվում է ատոմային զանգվածով և ատոմային (հերթական) թվով:

Հարստացում (իզոտոպ).

2. Այն գործընթացը, որով որոշակի իզոտոպի պարունակությունը իզոտոպների խառնուրդում մեծանում է:

Ուրանի հանքաքարի հարստացում- հանքային ուրանի պարունակող հումքի առաջնային մշակման գործընթացների մի շարք, որոնք ուղղված են ուրանի առանձնացումը հանքաքարը կազմող այլ հանքանյութերից: Այս դեպքում հանքանյութերի կազմի մեջ փոփոխություն չկա, այլ միայն դրանց մեխանիկական տարանջատում `հանքաքարի խտանյութ ստանալու համար:

Հարստացված միջուկային վառելիք- միջուկային վառելիք, որի դեպքում տրոհվող նուկլիդների պարունակությունն ավելի բարձր է, քան սկզբնական բնական հումքում:

Հարստացված ուրան- ուրանի, որի մեջ ուրանի 235 իզոտոպի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան բնական ուրանի մեջ:

Կես կյանք(T) այն ժամանակային ընդմիջումն է, որի ընթացքում քայքայվում է միջուկների սկզբնական թվի կեսը:

Կես կյանք- այն ժամանակը, որի ընթացքում ռադիոակտիվ միջուկների կեսը քայքայվում է: Այս արժեքը, որը նշվում է T 1/2, հաստատուն է տվյալ ռադիոակտիվ միջուկի (իզոտոպի) համար: T 1/2- ի արժեքը հստակորեն բնութագրում է ռադիոակտիվ միջուկների քայքայման արագությունը և համարժեք է այս արագությունը բնութագրող երկու այլ հաստատունների. Ռադիոակտիվ միջուկի միջին տևողությունը և ռադիոակտիվ միջուկի քայքայման հավանականությունը λ միավորի ժամանակ:

Կլանված ճառագայթման դոզան- իոնացնող ճառագայթման ներծծվող էներգիայի հարաբերակցությունը ճառագայթվող նյութի զանգվածին:

Բորի պոստուլատները- հիմնական ենթադրությունները, որոնք ներկայացվել են առանց ապացույցների Ն. Բորի կողմից, որոնք կազմում են ատոմի քվանտային տեսության հիմքը:

Օֆսեթ կանոն. a-decay- ի ժամանակ միջուկը կորցնում է իր դրական լիցքը 2e, և դրա զանգվածը նվազում է մոտ 4 amu- ով; b- քայքայման դեպքում միջուկի լիցքը մեծանում է 1e- ով, սակայն զանգվածը չի փոխվում:

Ռադիոնուկլիդի կես կյանքը- այն ժամանակը, որի ընթացքում ինքնաբուխ քայքայման արդյունքում տվյալ ռադիոնուկլիդի միջուկների թիվը կիսով չափ կնվազի:

Պոզիտրոն- էլեկտրոնի մասնիկ `էլեկտրոնի զանգվածին հավասար զանգվածով, բայց դրական էլեկտրական լիցքով:

Պրոտոն-կայուն դրական լիցքավորված տարրական մասնիկ ՝ 1.61 · 10-19 C լիցքով և 1.66 · 10-27 կգ զանգվածով: Պրոտոնը կազմում է ջրածնի ատոմի (պրոտիումի) «թեթեւ» իզոտոպի միջուկը: Elementանկացած տարրի միջուկի պրոտոնների քանակը որոշում է միջուկի լիցքը եւ այդ տարրի ատոմային թիվը:

Ռադիոակտիվություն- անկայուն նուկլիդի ինքնաբուխ փոխակերպում (ռադիոակտիվ քայքայում) այլ նուկլիդի մեջ `ուղեկցվող իոնացնող ճառագայթման արտանետմամբ:

Ռադիոակտիվություն- որոշ ատոմային միջուկների ինքնաբերաբար այլ միջուկների վերածվելու ունակությունը ՝ միաժամանակ արտանետելով տարբեր մասնիկներ:

Ռադիոակտիվ քայքայումը- ինքնաբուխ միջուկային փոխակերպում:

Սելեկցիոներների ռեակտոր- արագ ռեակտոր, որում փոխակերպման գործակիցը գերազանցում է 1 -ը, և իրականացվում է միջուկային վառելիքի ընդլայնված բուծում:

Գայգերի հաշվիչ(կամ Գայգեր-Մյուլլերի հաշվիչ) լիցքավորված տարրական մասնիկների գազով լցված հաշվիչ է, որից էլեկտրական ազդանշանը ուժեղանում է հաշվիչի գազի ծավալի երկրորդային իոնացման պատճառով և կախված չէ դրա մասնիկի թողած էներգիայից ծավալը:

Վառելիքի ձող- վառելիքի տարր: Տարբեր ռեակտորի միջուկի հիմնական կառուցվածքային տարրը, որի տեսքով վառելիք է բեռնված դրա մեջ: U-235, Pu-239 կամ U-233 ծանր միջուկների տրոհումը տեղի է ունենում վառելիքի տարրերում ՝ ուղեկցվելով էներգիայի արտազատմամբ, և դրանցից ջերմային էներգիայի փոխանցում է հովացուցիչ նյութին: Վառելիքի ձողերը բաղկացած են վառելիքի միջուկից, երեսպատումից և վերջնական կտորներից: Վառելիքի տարրի տեսակը որոշվում է ըստ ռեակտորի տեսակի և նպատակի, հովացուցիչի պարամետրերի: Վառելիքի տարրը պետք է ապահովի վառելիքից ջերմության հուսալի հեռացում հովացուցիչ նյութին:

Աշխատանքային մարմին- միջավայրը (ջերմության կրիչը), որն օգտագործվում է ջերմային էներգիան մեխանիկական էներգիայի վերածելու համար:

Մութ նյութ-անտեսանելի (ոչ ճառագայթող և ոչ ներծծող) նյութ: Նրա գոյության մասին հաստատապես վկայում են գրավիտացիոն ազդեցությունները: Դիտորդական տվյալները նաև ցույց են տալիս, որ այս մութ նյութ-էներգիան բաժանված է երկու մասի.

• առաջինը այսպես կոչված խտությամբ խիտ նյութն է
  W dm = 0.20-0.25, - անհայտ, թույլ փոխազդող զանգվածային մասնիկներ (ոչ բարիոններ): Դրանք կարող են լինել, օրինակ, կայուն չեզոք մասնիկներ ՝ 10 GeV / s2– ից մինչև 10 TeV / s2 զանգվածներով, որոնք կանխատեսվում են գերսիմետրիկ մոդելներով, ներառյալ հիպոթետիկ ծանր նեյտրինոները.

երկրորդը, այսպես կոչված, խտությամբ մութ էներգիան է
W Λ = 0.70-0.75), որը մեկնաբանվում է որպես վակուում: Սա վերաբերում է նյութի հատուկ ձևին `ֆիզիկական վակուում, այսինքն. տիեզերք թափանցող ֆիզիկական դաշտերի ամենացածր էներգետիկ վիճակը:

Rmերմամիջուկային ռեակցիաներ- թեթև միջուկների միաձուլման (սինթեզ) ռեակցիաներ, որոնք տեղի են ունենում բարձր ջերմաստիճաններում: Այս ռեակցիաները սովորաբար ընթանում են էներգիայի արտազատմամբ, քանի որ միաձուլման արդյունքում ձևավորված ավելի ծանր միջուկում նուկլեոններն ավելի ամուր են կապված, այսինքն ՝ ունեն միջինում ավելի մեծ կապող էներգիա, քան սկզբնական միաձուլման միջուկներում: Այս դեպքում, նուկլոնների ընդհանուր ավելցուկային պարտադիր էներգիան ազատվում է ռեակցիայի արտադրանքի կինետիկ էներգիայի տեսքով: «Onերմամիջուկային ռեակցիաներ» անվանումը արտացոլում է այն փաստը, որ այդ ռեակցիաները տեղի են ունենում բարձր ջերմաստիճաններում ( > 10 7 –10 8 Կ), քանի որ միաձուլման համար թեթև միջուկները պետք է մոտենան միջուկային գրավիտացիոն ուժերի գործողության շառավիղին հավասար հեռավորություններին, այսինքն ՝ ces10 -13 սմ հեռավորության վրա:

Տրանսուրանային տարրեր- քիմիական տարրեր, որոնց բեռը (պրոտոնների քանակը) ավելի մեծ է, քան ուրանը, այսինքն. Z> 92:

Fեղքման շղթայական ռեակցիա- ծանր միջուկների ինքնապաշտպանական տրոհման ռեակցիա, որի ընթացքում նեյտրոնները շարունակաբար վերարտադրվում են ՝ բաժանելով ավելի ու ավելի միջուկներ:

Fեղքման շղթայական ռեակցիա- ծանր ատոմների միջուկների ճեղքման ռեակցիայի հաջորդականությունը, երբ նրանք փոխազդում են նեյտրոնների կամ այլ տարրական մասնիկների հետ, որի արդյունքում ձևավորվում են ավելի թեթև միջուկներ, նոր նեյտրոններ կամ այլ տարրական մասնիկներ և ազատվում միջուկային էներգիան:

Միջուկային շղթայական ռեակցիա- միջուկային ռեակցիաների հաջորդականությունը ՝ գրգռված մասնիկներով (օրինակ ՝ նեյտրոններով), որոնք ծնվում են յուրաքանչյուր ռեակցիայի ընթացքում: Կախված նախորդից հաջորդող արձագանքների միջին թվից `մեկից փոքր, հավասար կամ գերազանցող, արձագանքը կոչվում է քայքայվող, ինքնապաշտպանական կամ աճող:

Միջուկային շղթայական ռեակցիաներ- ինքնապաշտպանական միջուկային ռեակցիաներ, որոնցում հաջորդաբար ներգրավված է միջուկների շղթա: Դա տեղի է ունենում, երբ միջուկային ռեակցիայի արտադրանքներից մեկը արձագանքում է մեկ այլ միջուկի հետ, երկրորդ ռեակցիայի արտադրանքը հաջորդ միջուկի հետ և այլն: Առաջանում է մեկը մյուսին հաջորդող միջուկային ռեակցիաների շղթա: Նման ռեակցիայի ամենահայտնի օրինակը նեյտրոնով առաջացած միջուկային տրոհման ռեակցիան է

Էկզոթերմիկ ռեակցիաներ- միջուկային ռեակցիաներ էներգիայի արտազատմամբ:

Տարրական մասնիկներ- ֆիզիկական նյութի ամենափոքր մասնիկները: Տարրական մասնիկների հայեցակարգը արտացոլում է նյութի կառուցվածքի իմացության այդ քայլը, որին հասել է ժամանակակից գիտությունը: Հակամասնիկների հետ միասին հայտնաբերվել է մոտ 300 տարրական մասնիկ: «Տարրական մասնիկներ» տերմինը կամայական է, քանի որ շատ տարրական մասնիկներ ունեն բարդ ներքին կառուցվածք:

Տարրական մասնիկներ- նյութական առարկաներ, որոնք հնարավոր չէ բաժանել բաղադրամասերի: Այս սահմանման համաձայն, մոլեկուլները, ատոմները և ատոմային միջուկները, որոնք կարելի է բաժանել բաղադրամասերի, չեն կարող դասակարգվել որպես տարրական մասնիկներ. Ատոմը բաժանված է միջուկի և ուղեծրային էլեկտրոնների, միջուկը ՝ միջուկների:

Միջուկային ռեակցիայի էներգիայի եկամտաբերությունը- միջուկների և մասնիկների մնացած էներգիաների միջև տարբերությունը արձագանքից առաջ և հետո:

Էնդոթերմիկ ռեակցիաներ- միջուկային ռեակցիաներ էներգիայի կլանման հետ:

Ատոմային միջուկի կապող էներգիա(E bv) - բնութագրում է միջուկում նուկլեոնների փոխազդեցության ինտենսիվությունը և հավասար է առավելագույն էներգիային, որը պետք է ծախսվի, որպեսզի միջուկը բաժանվի առանձին ոչ փոխազդող միջուկների ՝ առանց նրանց կինետիկ էներգիա հաղորդելու:

Մոսբի էֆեկտ միա - ատոմային միջուկների կողմից գամմա քվանտների ռեզոնանսային կլանման երևույթ ՝ առանց էներգիայի կորստի զարկերակի վերադարձի համար:

Ատոմի միջուկային (մոլորակային) մոդելը- կենտրոնում տեղակայված է դրական լիցքավորված միջուկ (տրամագիծը `մոտ 10 -15 մ); միջուկի շուրջը, ինչպես Արեգակնային համակարգի մոլորակները, էլեկտրոնները շարժվում են շրջանաձև ուղեծրերով:

Միջուկային մոդելներ- ատոմային միջուկների պարզեցված տեսական նկարագրություններ, որոնք հիմնված են միջուկի ՝ որպես նախկինում հայտնի բնութագրական հատկություններ ունեցող օբյեկտի ներկայացման վրա:

Միջուկային տրոհման ռեակցիա- ծանր տարրերի ատոմային միջուկների տրոհման արձագանքը նեյտրոնների ազդեցության ներքո:

Միջուկային ռեակցիա- ատոմային միջուկների փոխակերպման արձագանքը միմյանց կամ ցանկացած տարրական մասնիկների հետ փոխազդեցության արդյունքում:

Միջուկային էներգիաԱրդյո՞ք էներգիան ազատվում է ատոմային միջուկների ներքին վերակազմավորման արդյունքում: Միջուկային էներգիան կարելի է ստանալ միջուկային ռեակցիաների կամ միջուկների ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ: Միջուկային էներգիայի հիմնական աղբյուրներն են ծանր միջուկների տրոհման ռեակցիաները և թեթև միջուկների միաձուլումը (բաղադրությունը): Վերջին գործընթացը կոչվում է նաև ջերմամիջուկային ռեակցիաներ:

Միջուկային ուժեր- ատոմային միջուկների միջուկների միջև գործող և միջուկների կառուցվածքն ու հատկությունները որոշող ուժեր: Նրանք կարճատև են, դրանց հեռավորությունը 10-15 մ է:

Միջուկային ռեակտոր- սարք, որում իրականացվում է միջուկային տրոհման վերահսկվող շղթայական ռեակցիա:

Տրոհման ինքնապաշտպանական շղթայական ռեակցիան շղթայական ռեակցիա է միջավայրում, որի համար բազմապատկման գործակիցը k> = 1 է:

Միջուկային վթար- միջուկային վթարը ռեակտորում շղթայական ռեակցիայի վերահսկողության կորուստ է կամ վառելիքի տարրերի լիցքավորման, փոխադրման և պահպանման ժամանակ կրիտիկական զանգվածի ձևավորում: Միջուկային վթարի արդյունքում, արձակված և հեռացված ջերմության անհավասարակշռության պատճառով, վառելիքի տարրերը վնասվում են դրսից ռադիոակտիվ տրոհման արտադրանքի արտանետմամբ: Այս դեպքում դառնում է պոտենցիալ հնարավոր մարդկանց վտանգավոր բացահայտում և շրջակա տարածքի աղտոտում: .

Միջուկային անվտանգություն- ընդհանուր տերմին, որը բնութագրում է միջուկային կայանի հատկությունները բնականոն գործունեության ընթացքում և դժբախտ պատահարի դեպքում `անձնակազմի, հասարակության և շրջակա միջավայրի ճառագայթման ազդեցությունը թույլատրելի սահմաններում:

Միջուկային տրոհում- գործընթաց, որն ուղեկցվում է ծանր ատոմի միջուկի պառակտումով ՝ նեյտրոնի կամ այլ տարրական մասնիկի հետ փոխազդելիս, որի արդյունքում ձևավորվում են ավելի թեթև միջուկներ, նոր նեյտրոններ կամ այլ տարրական մասնիկներ, և էներգիա է արձակվում:

Միջուկային նյութ- ցանկացած սկզբնական նյութ, հատուկ միջուկային նյութ և երբեմն հանքաքարեր և հանքաքարի թափոններ:

Միջուկային փոխակերպում- մեկ նուկլիդի փոխակերպումը մյուսի:

Միջուկային ռեակտոր- սարք, որում իրականացվում է վերահսկվող միջուկային շղթայական ռեակցիա: Միջուկային ռեակտորները դասակարգվում են ըստ նպատակի, նեյտրոնային էներգիայի, հովացուցիչ նյութի և մեղմացուցիչի տեսակի, հիմնական կառուցվածքի, դիզայնի և այլ բնորոշ հատկանիշների:

Միջուկային ռեակցիա- ատոմային միջուկների փոխակերպում, որն առաջանում է տարրական մասնիկների հետ փոխազդեցությունից կամ միմյանց հետ և ուղեկցվում է միջուկների զանգվածի, լիցքի կամ էներգիայի վիճակի փոփոխությամբ:

Միջուկային վառելիք- տրոհվող նուկլիդներ պարունակող նյութ, որը միջուկային ռեակտորում տեղադրվելիս թույլ է տալիս միջուկային շղթայական ռեակցիա առաջանալ: Այն ունի էներգիայի շատ բարձր սպառում (1 կգ U-235- ի ամբողջական տրոհմամբ, ազատվում է J- ին հավասար էներգիա, մինչդեռ 1 կգ հանածո վառելիքի այրման ժամանակ էներգիան ազատվում է (3-5) կարգի վրա J, կախված վառելիքի տեսակից):

Միջուկային վառելիքի ցիկլ- միջուկային ռեակտորների գործունեությունն ապահովող միջոցառումների շարք, որոնք իրականացվում են միջուկային նյութի հոսքով փոխկապակցված ձեռնարկությունների համակարգում և ներառյալ ուրանի հանքեր, ուրանի հանքաքարի մշակման կայաններ, ուրանի փոխակերպում, վառելիքի հարստացում և արտադրություն, միջուկային ռեակտորներ , ծախսված վառելիքի պահեստարաններ, ծախսված կայանների վառելիքի վերամշակման և հարակից միջանկյալ պահեստարաններ և ռադիոակտիվ թափոնների հեռացման պահեստարաններ

Միջուկային տեղադրում- ցանկացած օբյեկտ, որտեղ ռադիոակտիվ կամ տրոհվող նյութեր են արտադրվում, մշակվում կամ շրջանառվում այնպիսի քանակությամբ, որոնց համար պետք է հաշվի առնել միջուկային անվտանգության խնդիրները:

Միջուկային էներգիա- ատոմային միջուկների ներքին էներգիան, որն արձակվում է միջուկային տրոհման կամ միջուկային ռեակցիաների ժամանակ:

Միջուկային էներգիայի ռեակտոր- միջուկային ռեակտոր, որի հիմնական նպատակը էներգիա արտադրելն է:

Միջուկային ռեակտոր- միջուկային ռեակտորը սարք է, որը նախատեսված է վերահսկվող ինքնապաշտպանական տրոհման շղթայական ռեակցիայի կազմակերպման համար `միջուկային տրոհման ռեակցիաների հաջորդականություն, որում ազատվում են ազատ նեյտրոններ, որոնք անհրաժեշտ են նոր միջուկների տրոհման համար:

Fast Breeder միջուկային ռեակտոր- ռեակտորները զգալիորեն տարբերվում են նեյտրոնների սպեկտրում `էներգիայի մեջ նեյտրոնների բաշխվածությամբ և, հետևաբար, ներծծվող (միջուկների ճեղքում առաջացնող) նեյտրոնների սպեկտրում: Եթե ​​միջուկը չի պարունակում թեթև միջուկներ, որոնք հատուկ նախագծված են առաձգական ցրման արդյունքում դանդաղեցնելու համար, ապա գործնականում ամբողջ դանդաղեցումը պայմանավորված է ծանր և միջին զանգվածի միջուկներով նեյտրոնների ոչ էլաստիկ ցրվածությամբ: Այս դեպքում տրոհումների մեծ մասն առաջանում են տասնյակ և հարյուրավոր կԵՎ կարգի էներգիաներով նեյտրոնների պատճառով: Նման ռեակտորները կոչվում են արագ ռեակտորներ:

Nuclearերմային միջուկային ռեակտոր- ռեակտոր, որի միջուկը պարունակում է այնպիսի քանակությամբ չափավորիչ `նյութ, որը նախատեսված է նվազեցնելու նեյտրոնների էներգիան ՝ առանց նկատելի կլանման, որ տրոհումների մեծ մասն առաջանում է 1 eV- ից պակաս էներգիա ունեցող նեյտրոններով:

Միջուկային ուժեր- այն ուժերը, որոնք միջուկում պահում են նուկլոններ (պրոտոններ և նեյտրոններ):

Միջուկային ուժերն են կարճ հեռավորության վրա ... Դրանք դրսևորվում են միայն նուկլոնների միջև շատ փոքր հեռավորությունների վրա `10 -15 մ կարգի միջուկում: Երկարությունը (1.5 -2.2) 10 -15 կոչվում է միջուկային ուժերի շրջանակը .

Միջուկային ուժերը հայտնաբերում են գանձել անկախություն , այսինքն ՝ երկու նուկլեոնների միջև գրավչությունը նույնն է ՝ անկախ նուկլոնների լիցքի վիճակից ՝ պրոտոն կամ նեյտրոն:

Միջուկային ուժերը տիրապետում են հագեցվածության հատկություն , որն արտահայտվում է նրանով, որ միջուկում նուկլեոնը փոխազդում է միայն մոտակա հարակից նուկլեոնների սահմանափակ թվով: Α- մասնիկի մեջ ձեռք է բերվում միջուկային ուժերի գրեթե ամբողջական հագեցվածություն, որը շատ կայուն կազմավորում է:

Միջուկային ուժեր կախված են փոխազդող միջուկների պտույտների կողմնորոշումից ... Սա հաստատվում է նեյտրոնների ցրման տարբեր բնույթով օրթո- և ջրածնի գոլորշու մոլեկուլներով:

Միջուկային ուժեր կենտրոնական ուժեր չեն .

• Թարգմանություն

Յուրաքանչյուր ատոմի կենտրոնում գտնվում է միջուկը ՝ մասնիկների մի փոքրիկ հավաքածու, որոնք կոչվում են պրոտոններ և նեյտրոններ: Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք պրոտոնների և նեյտրոնների բնույթը, որոնք կազմված են նույնիսկ ավելի փոքր մասնիկներից ՝ քվարկներից, գլյուոններից և հնաոքրիկներից: (Գլուոնները, ինչպես և ֆոտոնները, իրենց համար հակամասնիկներ են): Քվարկներն ու գլյոնները, որքանով որ մենք գիտենք, կարող են իսկապես տարրական լինել (անբաժանելի և կազմված չեն փոքր չափերից): Բայց նրանց ավելի ուշ:

Protարմանալի է, որ պրոտոններն ու նեյտրոնները ունեն գրեթե նույն զանգվածը ՝ մինչև մեկ տոկոսի սահմաններում.

• 0.93827 GeV / c 2 պրոտոնի համար,
• 0,93957 GeV / c 2 նեյտրոնի համար:

Սա նրանց բնույթի բանալին է. Նրանք իրականում շատ նման են: Այո, նրանց միջև կա մեկ ակնհայտ տարբերություն. Պրոտոնը դրական էլեկտրական լիցք ունի, մինչդեռ նեյտրոնը չունի լիցք (այն չեզոք է, ուստի և նրա անունը): Ըստ այդմ, էլեկտրական ուժերը գործում են առաջինի վրա, բայց ոչ երկրորդի վրա: Առաջին հայացքից այս տարբերությունը շատ կարևոր է թվում: Բայց իրականում դա չէ: Մնացած բոլոր առումներով պրոտոնը և նեյտրոնը գրեթե երկվորյակներ են: Նրանք ունեն նույնական ոչ միայն զանգվածներ, այլև ներքին կառուցվածք:

Քանի որ դրանք շատ նման են, և քանի որ այդ մասնիկները կազմում են միջուկներ, պրոտոններն ու նեյտրոնները հաճախ կոչվում են նուկլեոններ:

Պրոտոնները հայտնաբերվեցին և նկարագրվեցին մոտ 1920 -ին (չնայած դրանք ավելի վաղ էին հայտնաբերվել. Ջրածնի ատոմի միջուկը ընդամենը մեկ պրոտոն է), իսկ նեյտրոնները հայտնաբերվել էին 1933 -ին: Այն փաստը, որ պրոտոններն ու նեյտրոնները այնքան նման են միմյանց, հասկացվեց գրեթե անմիջապես: Բայց այն, որ դրանք ունեն չափելի չափ, որը համեմատելի է միջուկի չափի հետ (մոտ 100,000 անգամ փոքր է շառավղով ատոմից), հայտնի չէր մինչև 1954 թ .: Այն, որ դրանք կազմված են քվարկներից, հնագույն քառակուսիներից և գլյոններից, աստիճանաբար հասկացվեց 1960-ականների կեսերից մինչև 1970-ականների կեսերը: 70 -ականների վերջին և 80 -ականների սկզբին պրոտոնների, նեյտրոնների և դրանցից կազմվածի մասին մեր պատկերացումները հիմնականում կարգավորվեցին և այդ ժամանակից ի վեր անփոփոխ մնացին:

Նուկլեոնները շատ ավելի դժվար է նկարագրել, քան ատոմները կամ միջուկները: Չասել, որ ատոմները սկզբունքորեն պարզ են, բայց գոնե կարելի է առանց վարանելու ասել, որ հելիումի ատոմը բաղկացած է երկու էլեկտրոններից, որոնք գտնվում են փոքր հելիումի միջուկի շուրջը պտտվող ուղեծրում. իսկ հելիումի միջուկը բավականին պարզ խումբ է ՝ երկու նեյտրոնից և երկու պրոտոնից: Բայց նուկլեոնների դեպքում ամեն ինչ այդքան էլ պարզ չէ: Ես արդեն գրել էի «Ի՞նչ է պրոտոնը և ի՞նչ ունի այն ներսում» հոդվածում, որ ատոմը նման է էլեգանտ մինուետի, իսկ նուկլեոնը ՝ վայրի խնջույքի:

Պրոտոնի և նեյտրոնի բարդությունները կարծես իրական են և չեն բխում թերի ֆիզիկական գիտելիքներից: Մենք ունենք հավասարումներ, որոնք օգտագործվում են քվարկերը, հնագույն քառակուսիները և գլյոնները նկարագրելու և դրանց միջև տեղի ունեցող ուժեղ միջուկային փոխազդեցությունները: Այս հավասարումները կոչվում են QCD ՝ քվանտային քրոմոդինամիկայից: Հավասարումների ճշգրտությունը կարելի է ստուգել տարբեր եղանակներով, այդ թվում ՝ չափել մեծ Հադրոնային բախիչում հայտնվող մասնիկների թիվը: QCD- ի հավասարումները համակարգչով փոխարինելով և պրոտոնների և նեյտրոնների և այլ նմանատիպ մասնիկների (հավաքականորեն կոչվող հադրոններ) հատկությունների հաշվարկների արդյունքում մենք ստանում ենք այս մասնիկների հատկությունների կանխատեսումներ, որոնք մոտենում են իրական աշխարհում կատարված դիտարկումներին: Հետևաբար, մենք հիմքեր ունենք ենթադրելու, որ QCD- ի հավասարումները չեն ստում, և որ պրոտոնի և նեյտրոնի մասին մեր գիտելիքները հիմնված են ճիշտ հավասարումների վրա: Բայց միայն ճիշտ հավասարումներ ունենալը բավարար չէ, քանի որ.

• Պարզ հավասարումները կարող են ունենալ շատ բարդ լուծումներ,
• Երբեմն անհնար է պարզ լուծումներ տալ բարդ լուծումներին:

Ինչքանով որ կարող ենք ասել, սա հենց նուկլեոնների դեպքում է. Դրանք QCD պարզ հավասարումների բարդ լուծումներ են, և դրանք հնարավոր չէ նկարագրել մի քանի բառով կամ նկարով:

Նուկլեոնների ներքին բարդության պատճառով դուք ՝ ընթերցողդ, ստիպված կլինեք ընտրություն կատարել. Որքանո՞վ եք ցանկանում իմանալ նկարագրված բարդության մասին: Անկախ նրանից, թե որքան հեռու եք գնում, դա, ամենայն հավանականությամբ, ձեզ գոհունակություն չի պատճառի. Որքան ավելի շատ սովորեք, այնքան թեման ձեզ համար ավելի պարզ կդառնա, բայց վերջնական պատասխանը կմնա նույնը. Պրոտոնը և նեյտրոնը շատ բարդ են: Ես կարող եմ ձեզ առաջարկել ըմբռնման երեք մակարդակ ՝ մանրամասների ավելացումով. կարող եք կանգ առնել ցանկացած մակարդակից հետո և անցնել այլ թեմաների, կամ կարող եք սուզվել մինչև վերջինը: Յուրաքանչյուր մակարդակի համար ծագում են հարցեր, որոնց պատասխանները մասամբ կարող եմ տալ հաջորդում, բայց նոր պատասխանները նոր հարցեր են առաջացնում: Վերջում, ինչպես անում եմ գործընկերների և առաջադեմ ուսանողների հետ մասնագիտական ​​քննարկումներում, ես կարող եմ ձեզ հղել միայն իրական փորձերի արդյունքում ստացված տվյալներին, տարբեր ազդեցիկ տեսական փաստարկներին և համակարգչային մոդելավորումներին:

Փոխըմբռնման առաջին մակարդակը

Ինչից են կազմված պրոտոններն ու նեյտրոնները:

Բրինձ 1. Պրոտոնների չափազանց պարզեցված տարբերակ, որը բաղկացած է ընդամենը երկու վերևից և մեկից ներքև, և նեյտրոններից `բաղկացած ընդամենը երկու ներքևի քվարկներից և մեկը վերևից

Գործերը պարզեցնելու համար շատ գրքեր, հոդվածներ և կայքեր նշում են, որ պրոտոնները բաղկացած են երեք քվարկից (երկուսը վերևից և մեկը ներքևից) և նկարում են Նկարի պես մի բան: 1. Նեյտրոնը նույնն է, որը բաղկացած է միայն մեկ վեր և երկու ներքևի քվարկներից: Այս պարզ պատկերը ցույց է տալիս այն, ինչին հավատում էին որոշ գիտնականներ, հիմնականում 1960 -ականներին: Բայց շուտով պարզ դարձավ, որ այս տեսակետը չափազանց պարզեցված էր այնքանով, որ այն այլևս ճիշտ չէր:

Տեղեկատվության ավելի բարդ աղբյուրներից դուք կիմանաք, որ պրոտոնները բաղկացած են երեք քվարկներից (երկուսը վերևից և մեկը ներքևից), որոնք միասին պահվում են գլյուկոնների կողմից, և նկ. 2, որտեղ գլուոնները գծվում են աղբյուրների կամ թելերի տեսքով ՝ քվարկներ պահող: Նեյտրոնները նույնն են ՝ ունեն միայն մեկ վերին քվարկ և երկու ներքևի քվարկ:

Բրինձ 2: բարելավող նկ. 1 ՝ պայմանավորված միջուկային ուժեղ փոխազդեցության կարևոր դերի շեշտադրմամբ, որը թակարդում է պրոտոնի մեջ քվարկները

Նուկլեոնները նկարագրելու այնքան էլ վատ միջոց չէ, քանի որ այն շեշտում է ուժեղ միջուկային փոխազդեցության կարևոր դերը, որը գլյոնների պատճառով պրոտոնի մեջ քվարքեր է թակարդում (ինչպես ֆոտոնը կապված է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հետ, լույսը կազմող մասնիկի հետ): Բայց սա նաև շփոթեցնող է, քանի որ այն իրականում չի բացատրում, թե ինչ են գլյուկոնները և ինչ են նրանք անում:

Կան պատճառներ ՝ առաջ շարժվելու և նկարագրելու բաները այնպես, ինչպես ես եմ արել. Պրոտոնը բաղկացած է երեք քվարկից (երկուսը վերև և մեկը ներքև), մի փունջ գլյուկոններից և քվարկ-անտարկային զույգերի լեռից (հիմնականում վեր և վար քվարկներ): , բայց կան նաև մի քանի տարօրինակներ) ... Նրանք բոլորը թռչում են այս ու այն կողմ շատ մեծ արագությամբ (մոտենում են լույսի արագությանը); այս ամբողջ փաթեթը միասին պահում են հզոր միջուկային ուժերը: Ես դա ցույց եմ տվել Նկ. 3. Նեյտրոնները կրկին նույնն են, բայց մեկ վեր և երկու ներքև քվարկներով. քվարքը, որը փոխեց իր պատկանելությունը, նշվում է սլաքով:

Բրինձ 3: պրոտոնների և նեյտրոնների ավելի իրատեսական, թեև դեռ անկատար պատկերում

Այս քվարկերը, հնագույն քառակուսիները և գլյոնները ոչ միայն վայրենիորեն առաջ ու առաջ են վազում, այլև բախվում են միմյանց և վերածվում են միմյանց այնպիսի գործընթացների միջոցով, ինչպիսիք են մասնիկների ոչնչացումը (որի դեպքում նույն տիպի քվարկը և հնագույն քառակուսին վերածվում են երկու գլյոնի հակառակը) կամ գլյուկոնի կլանումը և արտանետումը (որի դեպքում քվարկը և գլյուկոնը կարող են բախվել և առաջացնել քվարկ և երկու գլյոն, կամ հակառակը):

Այս երեք նկարագրություններն ընդհանրություններ ունեն.

• Երկու վերևի քվարքը և ներքևի քվարկը (գումարած մեկ այլ բան) պրոտոնի վրա:
• Մեկ վեր քվարկ և երկու ներքև քվարկ (գումարած մեկ այլ բան) նեյտրոնի համար:
• Նեյտրոնների համար «ինչ -որ այլ բան» համընկնում է պրոտոնների համար «այլ բանի» հետ: Այսինքն, նուկլեոններն ունեն «մեկ այլ բան» նույնը:
• Պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածի աննշան տարբերությունը հայտնվում է ներքևի և վերևի քվարկի զանգվածների տարբերության պատճառով:

Եվ քանի որ.

• վերին քվարկներն ունեն էլեկտրական լիցք, որը հավասար է 2/3 e- ին (որտեղ e- ը պրոտոնի լիցքն է, -e- ը էլեկտրոնային լիցքն է),
• ստորին քվարկերը ունեն լիցք -1 / 3e,
• գլյոններն ունեն 0 լիցք,
• ցանկացած քվարկ և դրա համապատասխան հնագույն քառակուսին ունեն 0-ի հավասար լիցք (օրինակ ՝ հակա-ստորին քվարկը ունի + 1 / 3e լիցք, այնպես որ ստորին քվարկը և ստորին հակաքվարկը կունենան –1 /): 3 ե +1/3 ե = 0),

Յուրաքանչյուր գործիչ նշանակում է պրոտոնի էլեկտրական լիցքը երկու վերին և մեկ ներքևի քվարկերին, իսկ «ինչ -որ այլ բան» ավելացնում է լիցքը 0. Նույն կերպ, նեյտրոնը զրոյական լիցք ունի մեկ վերևի և երկու ներքևի քվարկերի պատճառով.

• պրոտոնի ընդհանուր էլեկտրական լիցքը 2/3 e + 2/3 e - 1/3 e = e,
• նեյտրոնի ընդհանուր էլեկտրական լիցքը 2/3 e - 1/3 e - 1/3 e = 0 է:

Այս նկարագրությունները տարբերվում են հետևյալում.

• որքան «այլ բան» կա նուկլեոնի ներսում,
• ինչ է անում այնտեղ,
• որտեղից են զանգվածի զանգվածը և էներգիան (E = mc 2, էներգիան, որն առկա է այնտեղ, նույնիսկ երբ մասնիկը գտնվում է հանգստի վիճակում):

Քանի որ ատոմի զանգվածի մեծ մասը և, հետևաբար, բոլոր սովորական նյութերը պարունակվում են պրոտոններում և նեյտրոններում, վերջին կետը չափազանց կարևոր է մեր բնության ճիշտ ընկալման համար:

Բրինձ 1 -ը ենթադրում է, որ քվարկներն իրականում ներկայացնում են նուկլեոնի մեկ երրորդը, ինչպես պրոտոնը կամ նեյտրոնը ներկայացնում են հելիումի միջուկի քառորդ մասը կամ ածխածնի միջուկի 1/12 մասը: Եթե ​​այս ցուցանիշը ճշմարիտ լիներ, նուկլեոնի քվարկները կշարժվեին համեմատաբար դանդաղ (լույսի արագությունից շատ ավելի ցածր արագությամբ) ՝ համեմատաբար թույլ փոխազդեցություններով նրանց միջև (թեև ինչ -որ հզոր ուժով դրանք տեղում պահելով): Քվարկի զանգվածը ՝ վեր ու վար, այնուհետև կլինի 0.3 GeV / c 2 կարգի ՝ պրոտոնի զանգվածի մոտ մեկ երրորդը: Բայց այս պարզ պատկերը և այն գաղափարները, որոնք նա պարտադրում է նրան, պարզապես սխալ են:

Բրինձ 3. տալիս է բոլորովին այլ պատկերացում պրոտոնի մասին, որպես մասնիկների կաթսա, որոնք պտտվում են դրա մեջ լույսին մոտ արագությամբ: Այս մասնիկները բախվում են միմյանց, և այդ բախումների ժամանակ դրանցից մի քանիսը ոչնչանում են, իսկ մյուսները ստեղծվում են իրենց տեղում: Գլյուոնները զանգված չունեն, վերին քվարկերի զանգվածները 0,004 ԳէՎ / վ 2 կարգի են, իսկ ստորինների զանգվածները ՝ 0,008 ԳէՎ / վ 2 կարգի ՝ հարյուրավոր անգամ պակաս պրոտոնից: Որտեղի՞ց է գալիս պրոտոնի զանգվածի էներգիան, հարցը բարդ է. Դրա մի մասը գալիս է քվարկների և հնագույն քառակուսիների զանգվածի էներգիայից, մի մասը ՝ քվարկների, հնաոճուկների և գլյուոնների շարժման էներգիայից, և մի մասը (հնարավոր է ՝ դրական, հնարավոր է ՝ բացասական) էներգիայի միջուկային փոխազդեցության մեջ պահվող էներգիայից ՝ քվարկները, հնագույն քառակուսիները և գլյոնները միասին պահելով:

Ինչ -որ առումով, նկ. 2 -ը փորձում է վերացնել նկ. 1 և նկ. 3. Այն պարզեցնում է բրինձը: 3, հեռացնելով բազմաթիվ քվարկ-անտիկվար զույգեր, որոնք, սկզբունքորեն, կարելի է անվանել անցողիկ, քանի որ դրանք անընդհատ առաջանում և անհետանում են, և անհրաժեշտ չեն: Բայց տպավորություն է ստեղծվում, որ նուկլեոնների գլյոնները պրոտոնները պահող հզոր միջուկային ուժի անմիջական մասն են: Եվ դա չի բացատրում, թե որտեղից է գալիս պրոտոնի զանգվածը:

Նկ. 1 -ն ունի մեկ այլ թերություն, բացի պրոտոնի և նեյտրոնի նեղ շրջանակներից: Այն չի բացատրում այլ հադրոնների որոշ հատկություններ, օրինակ ՝ պիոնը և ռո-մեսոնը: Ռայսը նույն խնդիրներն ունի: 2

Այս սահմանափակումները հանգեցրին նրան, որ իմ ուսանողները և իմ կայքում ես նկար եմ տալիս նկ. 3. Բայց ես ուզում եմ նախազգուշացնել ձեզ, որ այն ունի նաև բազմաթիվ սահմանափակումներ, որոնք հետագայում կքննարկեմ:

Հարկ է նշել, որ կառուցվածքի ծայրահեղ բարդությունը, որը ենթադրում է նկ. 3, կարելի էր ակնկալել այնպիսի առարկայից, որը միավորում է այնպիսի հզոր ուժ, ինչպիսին է ուժեղ միջուկային ուժը: Եվ ևս մեկ բան. Երեք քվարկ (երկուսը վերին և մեկը ներքև `պրոտոնի մեջ), որոնք քվարկ-հնաոքր քույգերի զույգի մաս չեն կազմում, հաճախ կոչվում են« վալենտային քվարկներ », իսկ զույգ քվարկներ-հնա-քվարկներ` «ծով կվարկային զույգերից »: Նման լեզուն շատ դեպքերում տեխնիկապես հարմար է: Բայց դա կեղծ տպավորություն է թողնում, որ եթե կարողանաք նայել պրոտոնի ներսում և նայել որոշակի քվարկին, ապա անմիջապես կիմանաք ՝ դա ծովի՞ց է, թե՞ վալենտության: Դա հնարավոր չէ անել, պարզապես չկա այդպիսի ճանապարհ:

Պրոտոնի զանգված և նեյտրոնային զանգված

Քանի որ պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածներն այնքան նման են, և քանի որ պրոտոնն ու նեյտրոնը տարբերվում են միայն վերին քվարկը ներքևի քվարկով փոխարինելու մեջ, հավանական է, որ դրանց զանգվածները տրամադրվեն նույն ձևով, որոնք գալիս են նույն աղբյուրից , և նրանց տարբերությունը մի փոքր տարբերություն է վեր և վար քվարկների միջև: ... Բայց ցուցադրված երեք թվերը վկայում են պրոտոնային զանգվածի ծագման վերաբերյալ երեք տարբեր տեսակետների առկայության մասին:

Բրինձ 1 -ը ենթադրում է, որ վեր և վար քվարկները պարզապես պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածի 1 /3 -ն են ՝ մոտ 0.313 ԳէՎ / վ 2, կամ պրոտոնի մեջ քվարկներ պահելու համար անհրաժեշտ էներգիայի պատճառով: Եվ քանի որ պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածների միջև տարբերությունը տոկոսային մասն է, վեր և վար քվարկի զանգվածների միջև տարբերությունը նույնպես պետք է կազմի տոկոս:

Բրինձ 2 -ը ավելի քիչ պարզ է: Պրոտոնի զանգվածը որքանո՞վ է պայմանավորված գլյոններով: Բայց, սկզբունքորեն, թվից հետևում է, որ պրոտոնի զանգվածի մեծ մասը դեռ գալիս է քվարկի զանգվածից, ինչպես Նկ. 1.

Բրինձ 3 -ը արտացոլում է ավելի նուրբ մոտեցում այն ​​մասին, թե ինչպես է իրականում հայտնվում պրոտոնի զանգվածը (քանի որ մենք կարող ենք ուղղակիորեն ստուգել պրոտոնի համակարգչային հաշվարկների միջոցով և անուղղակի օգտագործելով այլ մաթեմատիկական մեթոդներ): Այն շատ տարբերվում է նկ. 1 և 2, և պարզվում է, որ այդքան էլ հեշտ չէ:

Հասկանալու համար, թե ինչպես է դա աշխատում, պետք է մտածել ոչ թե պրոտոնի m զանգվածի, այլ նրա զանգվածային էներգիայի E = mc 2, զանգվածի հետ կապված էներգիայի առումով: Հայեցակարգային ճիշտ հարցը ոչ թե «որտեղից է եկել պրոտոնի զանգվածը m», որից հետո կարող եք հաշվարկել E- ն ՝ բազմապատկելով m- ը c 2 -ով, այլ ընդհակառակը. «Որտեղից է գալիս պրոտոնի զանգվածի էներգիան E», որից հետո դուք կարող է հաշվարկել m զանգվածը `E- ը բաժանելով c 2 ...

Օգտակար է պրոտոնի զանգվածի էներգիայի ներդրումները դասակարգել երեք խմբի.

Ա) դրանում պարունակվող քվարկների և անտիկվարկների զանգվածային էներգիան (հանգստի էներգիա) (գլյուկոններ, առանց զանգվածի մասնիկներ, որևէ ներդրում չեն կատարում):
Բ) Քվարկների, հնաոճուկների և գլյոնների շարժման էներգիա (կինետիկ էներգիա):
Գ) փոխազդեցության էներգիա (կապող էներգիա կամ պոտենցիալ էներգիա), որը պահվում է ուժեղ միջուկային փոխազդեցություններում (ավելի ճիշտ ՝ գլյոնային դաշտերում), որոնք պահում են պրոտոնը:

Բրինձ 3 -ը ենթադրում է, որ պրոտոնի ներսում գտնվող մասնիկները շարժվում են մեծ արագությամբ, և որ այն լի է առանց զանգվածի գլյուկոններով, ուստի B) - ի ներդրումը ավելի մեծ է, քան A): Սովորաբար, ֆիզիկական համակարգերի մեծ մասում B) և C) համեմատելի են, մինչդեռ C) հաճախ բացասական են: Այսպիսով, պրոտոնի (և նեյտրոնի) զանգվածային էներգիան հիմնականում ստացվում է B) և C) համակցություններից, և A) նպաստում է փոքր մասնաբաժնի: Հետևաբար, պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածները հիմնականում հայտնվում են ոչ թե դրանցում պարունակվող մասնիկների զանգվածների պատճառով, այլ այդ մասնիկների շարժման էներգիայի և պրոտոնին պահող ուժեր առաջացնող գլյոնային դաշտերի հետ նրանց փոխազդեցության էներգիայի պատճառով: Մեզ ծանոթ այլ համակարգերի մեծ մասում էներգիայի հաշվեկշիռը տարբեր կերպ է բաշխված: Օրինակ ՝ ատոմներում և արեգակնային համակարգում A) գերիշխում է, իսկ B) և C) շատ ավելի փոքր են և համեմատելի են չափերով:

Ամփոփելով ՝ մենք նշում ենք, որ.

• Բրինձ 1 -ը ենթադրում է, որ պրոտոնի զանգվածի էներգիան գալիս է ներդրումից A):
• Բրինձ 2 -ը ենթադրում է, որ և՛ ներդրումները ՝ Ա) և՛ Գ) կարևոր են, և Բ) իր մասնաբաժինը քիչ է տալիս:
• Բրինձ 3 ենթադրում է, որ Բ) և Գ) կարևոր են, և Ա) -ի ներդրումը պարզվում է, որ աննշան է:

Մենք գիտենք, որ Նկ. 3. Այն փորձարկելու համար մենք կարող ենք համակարգչային մոդելավորումներ կատարել, և որ ամենակարևորն է `տեսական տարբեր համոզիչ փաստարկների շնորհիվ մենք գիտենք, որ եթե վեր և վար քվարկների զանգվածները զրոյական լինեին (և մնացած ամեն ինչ մնաց այնպես, ինչպես կա), ապա զանգվածը պրոտոնի գործնականում չի փոխվի: Այսպիսով, ըստ երևույթին, քվարկների զանգվածները չեն կարող կարևոր ներդրում ունենալ պրոտոնի զանգվածի վրա:

Եթե ​​նկ. 3 -ը չի ստում, քվարկի և անտարկի զանգվածները շատ փոքր են: Իրականում ինչպիսի՞ն են նրանք: Վերևի քվարկի զանգվածը (ինչպես հնագույն քառակուսին) չի գերազանցում 0,005 GeV / c 2, ինչը շատ ավելի փոքր է, քան 0,313 GeV / c 2, ինչը հետևում է Նկ. 1. (Վերևի քվարկի զանգվածը դժվար է չափել, և այդ արժեքը փոխվում է նուրբ ազդեցությունների պատճառով, ուստի այն կարող է շատ ավելի փոքր լինել, քան 0.005 GeV / c 2): Ներքևի քվարկի զանգվածը մոտ 0,004 GeV / վ 2 մեծ է վերին քվարկի զանգվածից: Սա նշանակում է, որ ցանկացած քվարկի կամ անտարկի զանգվածը չի գերազանցում պրոտոնի զանգվածի մեկ տոկոսը:

Նկատի ունեցեք, որ սա նշանակում է (հակասում է նկ. 1 -ին), որ ներքևի քվարկի զանգվածի և վերին քվարկի հարաբերակցությունը մոտ չէ միասնությանը: Ներքևի քվարկի զանգվածը առնվազն երկու անգամ բարձր վերին քվարկի զանգվածն է: Պատճառն այն է, որ նեյտրոնի և պրոտոնի զանգվածներն այնքան նման են ոչ թե այն, որ վեր և վար քվարկների զանգվածները նման են, այլ այն պատճառով, որ վեր և վար քվարկների զանգվածները շատ փոքր են, և նրանց միջև եղած տարբերությունը փոքր է, պրոտոնի և նեյտրոնի զանգվածների նկատմամբ: Հիշեք, որ պրոտոնը նեյտրոնի վերածելու համար պարզապես անհրաժեշտ է դրա վերևի քվարկներից մեկը փոխարինել ներքևով (նկ. 3): Այս փոփոխությունը բավական է, որպեսզի նեյտրոնը փոքր -ինչ ծանր լինի պրոտոնից, և դրա լիցքը + e- ից փոխի 0 -ի:

Ի դեպ, այն փաստը, որ պրոտոնի ներսում տարբեր մասնիկներ բախվում են միմյանց և անընդհատ հայտնվում և անհետանում, չի ազդում մեր քննարկած բաների վրա. Էներգիան պահպանվում է ցանկացած բախման ժամանակ: Uarանգվածի էներգիան և քվարկների և գլյուոնների շարժման էներգիան կարող են փոխվել, ինչպես նաև դրանց փոխազդեցության էներգիան, բայց պրոտոնի ընդհանուր էներգիան չի փոխվում, չնայած որ դրա ներսում ամեն ինչ անընդհատ փոխվում է: Այսպիսով, պրոտոնի զանգվածը մնում է հաստատուն ՝ չնայած իր ներքին հորձանուտին:

Այս պահին դուք կարող եք դադարեցնել և կլանել ստացված տեղեկատվությունը: Amazարմանալի! Սովորական նյութում պարունակվող գրեթե ամբողջ զանգվածը գալիս է ատոմների նուկլեոնների զանգվածից: Եվ այս զանգվածի մեծ մասը գալիս է պրոտոնի և նեյտրոնի բնածին քաոսից `նուկլեոններում քվարկների, գլյոնների և հնա -քվարկների շարժման էներգիայից, և միջուկային ուժեղ փոխազդեցությունների էներգիայից, որոնք պահում են նուկլեոնը ամբողջ վիճակում: Այո. Մեր մոլորակը, մեր մարմինները, մեր շնչառությունը նման հանդարտ, և, մինչև վերջերս, աներևակայելի համավարակի արդյունք են:

Բնության բոլոր ֆիզիկական մարմինները կառուցված են մի տեսակ նյութից, որը կոչվում է նյութ: Նյութերը բաժանվում են երկու հիմնական խմբի ՝ պարզ և բարդ նյութերի:

Բարդ նյութերն այն նյութերն են, որոնք քիմիական ռեակցիաների միջոցով կարող են քայքայվել այլ ՝ ավելի պարզ նյութերի: Ի տարբերություն բարդի, պարզ նյութերն այն նյութերն են, որոնք քիմիապես չեն կարող քայքայվել նույնիսկ ավելի պարզ նյութերի:

Բարդ նյութի օրինակ է ջուրը, որը քիմիական ռեակցիայի միջոցով կարող է քայքայվել երկու այլ, ավելի պարզ նյութերի `ջրածնի և թթվածնի: Ինչ վերաբերում է վերջին երկուսին, ապա դրանք քիմիապես այլևս չեն կարող քայքայվել ավելի պարզ նյութերի, ուստի դրանք պարզ նյութեր են, կամ, այլ կերպ ասած, քիմիական տարրեր:

XIX դարի առաջին կեսին գիտության մեջ կար ենթադրություն, որ քիմիական տարրերն անփոփոխ նյութեր են, որոնք չունեն ընդհանուր կապ միմյանց հետ: Այնուամենայնիվ, ռուս գիտնական Դ.Ի.Մենդելեևը (1834 - 1907) առաջին անգամ 1869 թվականին բացահայտեց քիմիական տարրերի կապը ՝ ցույց տալով, որ դրանցից յուրաքանչյուրի որակական բնութագիրը կախված է նրա քանակական բնութագրից ՝ ատոմային քաշից:

Ուսումնասիրելով քիմիական տարրերի հատկությունները ՝ DI Մենդելեևը նկատեց, որ դրանց հատկությունները պարբերաբար կրկնվում են ՝ կախված դրանց ատոմային քաշից: Նա այս պարբերականությունը ցուցադրեց սեղանի տեսքով, որը գիտության մեջ մտավ «Մենդելեևի տարրերի պարբերական աղյուսակ» անվան տակ:

Ստորև ներկայացված է Մենդելեևի քիմիական տարրերի ժամանակակից պարբերական աղյուսակը:

Ատոմներ

Գիտության ժամանակակից հասկացությունների համաձայն ՝ յուրաքանչյուր քիմիական տարր բաղկացած է ատոմներ կոչվող ամենափոքր նյութական (նյութական) մասնիկների ագրեգատից:

Ատոմը քիմիական տարրի ամենափոքր մասն է, որն այլևս չի կարող քիմիապես քայքայվել այլ, ավելի փոքր և պարզ նյութական մասնիկների:

Տարբեր բնույթի քիմիական տարրերի ատոմները միմյանցից տարբերվում են իրենց ֆիզիկաքիմիական հատկություններով, կառուցվածքով, չափով, զանգվածով, ատոմային քաշով, ինքնաէներգիայով և որոշ այլ հատկություններով: Օրինակ ՝ ջրածնի ատոմը իր հատկություններով և կառուցվածքով կտրուկ տարբերվում է թթվածնի ատոմից, իսկ վերջինս ՝ ուրանի ատոմից և այլն:

Պարզվել է, որ քիմիական տարրերի ատոմները չափսերով չափազանց փոքր են: Եթե ​​մենք պայմանականորեն ենթադրենք, որ ատոմներն ունեն գնդաձև ձև, ապա դրանց տրամագիծը պետք է հավասար լինի սանտիմետրի հարյուր միլիոներորդ կոտորակին: Օրինակ, ջրածնի ատոմի տրամագիծը ՝ բնության ամենափոքր ատոմը, հավասար է սանտիմետրի հարյուր միլիոներորդին (10 -8 սմ), իսկ ամենամեծ ատոմների տրամագիծը, ինչպիսին է ուրանի ատոմը, չի գերազանցում երեքը: հարյուր միլիոներորդ սանտիմետր (3 · 10 -8 սմ): Հետեւաբար, ջրածնի ատոմը նույնքան անգամ փոքր է մեկ սանտիմետր շառավղով գնդակից, որքան վերջինս փոքր է երկրագնդից:

Ատոմների շատ փոքր չափերի պատճառով դրանց զանգվածը նույնպես շատ փոքր է: Օրինակ, ջրածնի ատոմի զանգվածը m = 1.67 · 10 -24 գ է: Սա նշանակում է, որ ջրածնի մեկ գրամը պարունակում է մոտ 6 · 10 23 ատոմ:

Քիմիական տարրերի ատոմային կշիռների չափման պայմանական միավորի համար վերցվում է թթվածնի ատոմի քաշի 1/16 -ը: Քիմիական տարրի այս ատոմային քաշի համաձայն կոչվում է վերացական թիվ ՝ ցույց տալով, թե քանի անգամ է քաշը տվյալ քիմիական տարրի թթվածնի ատոմի քաշի ավելի քան 1/16 է:

D.I. Մենդելեևի տարրերի պարբերական համակարգում տրված են բոլոր քիմիական տարրերի ատոմային կշիռները (տես համարը տարրի անվան տակ): Այս աղյուսակից մենք տեսնում ենք, որ ամենաթեթև ատոմը ջրածնի ատոմն է, որի ատոմային քաշը 1.008 է: Ածխածնի ատոմային քաշը 12 է, թթվածինը ՝ 16 և այլն:

Ինչ վերաբերում է ավելի ծանր քիմիական տարրերին, ապա դրանց ատոմային քաշը գերազանցում է ջրածնի ատոմային քաշը ավելի քան երկու հարյուր անգամ: Այսպիսով, սնդիկի ատոմային գագաթը 200,6 է, ռադիումը ՝ 226 և այլն: Որքան բարձր լինի տարրերի պարբերական համակարգում քիմիական տարրի զբաղեցրած թվի կարգը, այնքան մեծ կլինի ատոմային քաշը:

Քիմիական տարրերի ատոմային կշիռների մեծ մասն արտահայտվում է կոտորակային թվերով: Որոշ չափով դա բացատրվում է նրանով, որ նման քիմիական տարրերը բաղկացած են ատոմների կշռից տարբեր տեսակների, բայց միևնույն քիմիական հատկությունների մի շարք ատոմներից:

Քիմիական տարրերը, որոնք տարրերի պարբերական համակարգում զբաղեցնում են մեկ թիվ, և, հետևաբար, ունեն նույն քիմիական հատկությունները, բայց տարբեր ատոմային քաշեր, կոչվում են իզոտոպներ:

Իզոտոպները հանդիպում են քիմիական տարրերի մեծ մասում, ունի երկու իզոտոպ ՝ կալցիում ՝ չորս, ցինկ ՝ հինգ, անագ ՝ տասնմեկ և այլն: Շատ իզոտոպներ ձեռք են բերվում արվեստի միջոցով, դրանցից մի քանիսը գործնական մեծ նշանակություն ունեն:

Նյութի տարրական մասնիկներ

Երկար ժամանակ հավատում էին, որ քիմիական տարրերի ատոմները նյութի ճեղքման սահմանն են, այսինքն ՝ կարծես տիեզերքի տարրական «շինանյութերը»: Modernամանակակից գիտությունը մերժեց այս վարկածը ՝ հաստատելով, որ ցանկացած քիմիական տարրի ատոմը նույնիսկ ավելի փոքր նյութական մասնիկների հավաքածու է, քան բուն ատոմը:

Ըստ նյութի կառուցվածքի էլեկտրոնային տեսության ՝ ցանկացած քիմիական տարրի ատոմ համակարգ է, որը բաղկացած է կենտրոնական միջուկից, որի շուրջը պտտվում են «տարրական» նյութական մասնիկները, որոնք կոչվում են էլեկտրոններ: Ատոմների միջուկները, ըստ ընդհանուր ընդունված տեսակետների, բաղկացած են «տարրական» նյութական մասնիկների ՝ պրոտոններից և նեյտրոններից:

Ատոմների կառուցվածքը և դրանցում ֆիզիկաքիմիական գործընթացները հասկանալու համար անհրաժեշտ է գոնե հակիրճ ծանոթանալ ատոմները կազմող տարրական մասնիկների հիմնական բնութագրերին:

Որոշեց դա էլեկտրոնը իրական մասնիկ է ՝ բնության մեջ նկատվող ամենափոքր բացասական էլեկտրական լիցքով.

Եթե ​​մենք պայմանականորեն ենթադրենք, որ էլեկտրոնը որպես մասնիկ ունի գնդաձև ձև, ապա էլեկտրոնի տրամագիծը պետք է հավասար լինի 4 -ի · 10 -13 սմ, այսինքն ՝ այն տասնյակ հազարավոր անգամ փոքր է ցանկացած ատոմի տրամագծից:

Էլեկտրոնը, ինչպես ցանկացած այլ նյութական մասնիկ, ունի զանգված: Էլեկտրոնի «հանգստյան զանգվածը», այսինքն այն զանգվածը, որը նա տիրապետում է հարաբերական հանգստության վիճակում, հավասար է m о = 9.1 · 10 -28 գ:

Էլեկտրոնի չափազանց փոքր «հանգստյան զանգվածը» ցույց է տալիս, որ էլեկտրոնի իներտ հատկությունները չափազանց թույլ են, ինչը նշանակում է, որ էլեկտրոնը, փոփոխական էլեկտրական ուժի ազդեցության ներքո, կարող է տատանվել տարածության մեջ ՝ մեկ միլիարդավոր պարբերությունների հաճախականությամբ երկրորդ

Էլեկտրոնի զանգվածն այնքան փոքր է, որ մեկ գրամ էլեկտրոն ստանալու համար կպահանջվեր 1027 միավոր: Այս հսկայական թվի գոնե ֆիզիկական պատկերացում ունենալու համար մենք կտանք մի օրինակ: Եթե ​​մեկ գրամ էլեկտրոնները հնարավոր լիներ դասավորել միմյանց մոտ գտնվող ուղիղ գծով, ապա դրանք կկազմեին չորս միլիարդ կիլոմետր երկարությամբ շղթա:

Էլեկտրոնի զանգվածը, ինչպես ցանկացած այլ նյութական միկրոմասնիկ, կախված է նրա շարժման արագությունից:Էլեկտրոնը, գտնվելով հարաբերական հանգստի վիճակում, ունի մեխանիկական բնույթի «հանգստյան զանգված», ինչպես ցանկացած ֆիզիկական մարմնի զանգված: Ինչ վերաբերում է էլեկտրոնի «շարժման զանգվածին», որը մեծանում է նրա շարժման արագության աճով, ապա այն ունի էլեկտրամագնիսական ծագում: Դա պայմանավորված է շարժվող էլեկտրոնում էլեկտրամագնիսական դաշտի առկայությամբ, որպես զանգվածի և էլեկտրամագնիսական էներգիայի մի տեսակ նյութ:

Որքան արագ է շարժվում էլեկտրոնը, այնքան ավելի շատ են արտահայտվում նրա էլեկտրամագնիսական դաշտի իներցիոն հատկությունները, այնքան, հետևաբար, վերջինիս զանգվածը և, համապատասխանաբար, նրա էլեկտրամագնիսական էներգիան: Քանի որ էլեկտրոնն իր էլեկտրամագնիսական դաշտով կազմում է մեկ, օրգանապես կապված նյութական համակարգ, բնական է, որ էլեկտրոնի էլեկտրամագնիսական դաշտի շարժման զանգվածը կարող է ուղղակիորեն վերագրվել հենց էլեկտրոնին:

Էլեկտրոնը, բացի մասնիկի հատկություններից, ունի նաև ալիքային հատկություններ: Փորձով հաստատվել է, որ էլեկտրոնների հոսքը, ինչպես թեթև հոսքը, տարածվում է ալիքի նման շարժման տեսքով: Տիեզերքում էլեկտրոնային հոսքի ալիքային շարժման բնույթը հաստատվում է էլեկտրոնային ալիքների միջամտության և դիֆրակցիայի երևույթներով:

Էլեկտրոնային միջամտությունէլեկտրոնային կամքի միմյանց վրա գերադասման երևույթն է, և էլեկտրոնների դիֆրակցիա- սա էլեկտրոնային ալիքների թեքում է նեղ ճեղքի եզրերի շուրջը, որոնց միջով անցնում է էլեկտրոնային ճառագայթը: Հետևաբար, էլեկտրոնը ոչ միայն մասնիկ է, այլ «մասնիկ-ալիք», որի երկարությունը կախված է էլեկտրոնի զանգվածից և արագությունից:

Պարզվել է, որ էլեկտրոնը, իր թարգմանական շարժումից բացի, կատարում է նաև իր առանցքի շուրջ պտտվող շարժում: Այս տեսակի էլեկտրոնային շարժումը կոչվում է «պտույտ» (անգլերեն «spin» - spindle բառից): Այս շարժման արդյունքում էլեկտրոնը, բացի էլեկտրական լիցքի պատճառով էլեկտրական հատկություններից, ձեռք է բերում նաև մագնիսական հատկություններ ՝ նմանվելով տարրական մագնիսին:

Պրոտոնը իրական մասնիկ է, որի դրական էլեկտրական լիցքը բացարձակ արժեքով հավասար է էլեկտրոնի էլեկտրական լիցքին:

Պրոտոնի զանգվածը 1.67 է · Տասը-24 գ, այսինքն այն մոտավորապես 1840 անգամ գերազանցում է էլեկտրոնի «հանգստի զանգվածը»:

Ի տարբերություն էլեկտրոնի և պրոտոնի, նեյտրոնը չունի էլեկտրական լիցք, այսինքն ՝ դա նյութի էլեկտրական չեզոք «տարրական» մասնիկ է: Նեյտրոնի զանգվածը գործնականում հավասար է պրոտոնի զանգվածին:

Էլեկտրոնները, պրոտոնները և նեյտրոնները, գտնվելով ատոմների բաղադրության մեջ, փոխազդում են միմյանց հետ: Մասնավորապես, էլեկտրոններն ու պրոտոնները փոխադարձաբար ձգվում են միմյանց որպես հակառակ էլեկտրական լիցքեր ունեցող մասնիկներ: Միևնույն ժամանակ, էլեկտրոնից էլեկտրոնը և պրոտոնից պրոտոնը վանում են որպես միևնույն էլեկտրական լիցքերով մասնիկներ:

Այս բոլոր էլեկտրական լիցքավորված մասնիկները փոխազդում են իրենց էլեկտրական դաշտերի միջոցով: Այս դաշտերը նյութի հատուկ տեսակ են, որը բաղկացած է տարրական նյութական մասնիկների հավաքածուից, որոնք կոչվում են ֆոտոններ: Յուրաքանչյուր ֆոտոն ունի իրեն բնորոշ էներգիայի (էներգիայի քվանտ) խիստ սահմանված քանակ:

Էլեկտրական լիցքավորված նյութական նյութի մասնիկների փոխազդեցությունն իրականացվում է միմյանց հետ ֆոտոնների փոխանակմամբ: Էլեկտրական լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցության ուժը սովորաբար կոչվում է էլեկտրական ուժ.

Ատոմների միջուկների նեյտրոններն ու պրոտոնները նույնպես փոխազդում են միմյանց հետ: Այնուամենայնիվ, նրանց միջև այս փոխազդեցությունն այլևս չի իրականացվում էլեկտրական դաշտի միջոցով, քանի որ նեյտրոնը նյութի էլեկտրական չեզոք մասնիկն է, այլ այսպես կոչված միջուկային դաշտի միջոցով:

Այս դաշտը նաև նյութի հատուկ տեսակ է, որը բաղկացած է տարրական նյութական մասնիկների հավաքածուից, որը կոչվում է մեսոններ: Նեյտրոնների և պրոտոնների փոխազդեցությունն իրականացվում է միմյանց հետ մեսոնների փոխանակմամբ: Նեյտրոնների և պրոտոնների փոխազդեցության ուժը միմյանց հետ կոչվում է միջուկային ուժ:

Հաստատված է, որ միջուկային ուժերը գործում են ատոմների միջուկներում ծայրահեղ փոքր հեռավորությունների վրա `մոտ 10 - 13 սմ:

Միջուկային ուժերը զգալիորեն գերազանցում են ատոմի միջուկում պրոտոնների փոխադարձ վանման էլեկտրական ուժերը: Սա տանում է նրան, որ նրանք ունակ են ոչ միայն հաղթահարել ատոմների միջուկների ներսում պրոտոնների փոխադարձ վանման ուժերը, այլև պրոտոնների և նեյտրոնների ամբողջությունից ստեղծել միջուկների շատ ուժեղ համակարգեր:

Յուրաքանչյուր ատոմի միջուկի կայունությունը կախված է երկու հակամարտող ուժերի հարաբերությունից `միջուկային (պրոտոնների և նեյտրոնների փոխադարձ ներգրավում) և էլեկտրական (պրոտոնների փոխադարձ վանում):

Ատոմների միջուկներում գործող հզոր միջուկային ուժերը նպաստում են նեյտրոնների և պրոտոնների միմյանց փոխակերպմանը: Նեյտրոնների և պրոտոնների այս փոխադարձ փոխակերպումները կատարվում են ավելի թեթև տարրական մասնիկների ազատման կամ կլանման արդյունքում, օրինակ ՝ մեսոնների:

Մեր դիտարկած մասնիկները կոչվում են տարրական, քանի որ դրանք չեն բաղկացած նյութի այլ, ավելի պարզ մասնիկներից: Բայց միևնույն ժամանակ, չպետք է մոռանալ, որ նրանք ունակ են փոխակերպվել միմյանց, առաջանալ միմյանց հաշվին: Այսպիսով, այս մասնիկները որոշ բարդ կազմավորումներ են, այսինքն ՝ դրանց տարրական բնույթը պայմանական է:

Ատոմների քիմիական կառուցվածքը

Իր կառուցվածքում ամենապարզ ատոմը ջրածնի ատոմն է: Այն բաղկացած է ընդամենը երկու տարրական մասնիկների հավաքածուից ՝ պրոտոնից և էլեկտրոնից: Protրածնի ատոմի համակարգում պրոտոնը կատարում է կենտրոնական միջուկի դեր, որի շուրջ էլեկտրոնը պտտվում է որոշակի ուղեծրում: Նկ. 1 -ը սխեմատիկորեն ցույց է տալիս ջրածնի ատոմի մոդելը:

Բրինձ 1. rogenրածնի ատոմի կառուցվածքի դիագրամ

Այս մոդելը իրականությանը միայն մոտավոր մոտեցում է: Բանն այն է, որ էլեկտրոնը որպես «մասնիկ-ալիք» չունի արտաքին միջավայրից կտրուկ սահմանազատված ծավալ: Իսկ դա նշանակում է, որ պետք է խոսել ոչ թե էլեկտրոնի ինչ -որ ճշգրիտ գծային ուղեծրի, այլ մի տեսակ էլեկտրոնային ամպի մասին: Այս դեպքում էլեկտրոնն ամենից հաճախ զբաղեցնում է ամպի որոշ միջին գիծ, ​​որը ատոմում նրա հնարավոր ուղեծրերից մեկն է:

Պետք է ասել, որ էլեկտրոնի ուղեծիրն ինքնին խստորեն անփոփոխ և անշարժ չէ ատոմում. Այն նաև, էլեկտրոնի զանգվածի փոփոխության պատճառով, կատարում է որոշ պտտվող շարժումներ: Հետևաբար, ատոմում էլեկտրոնի շարժումը համեմատաբար բարդ է: Քանի որ ջրածնի ատոմի (պրոտոնի) միջուկը և նրա շուրջ պտտվող էլեկտրոնը հակառակ էլեկտրական լիցքեր ունեն, դրանք փոխադարձաբար գրավվում են:

Դրա հետ մեկտեղ, ատոմի միջուկի շուրջ պտտվող էլեկտրոնի ազատ էներգիան զարգացնում է կենտրոնախույս ուժ, որը ձգտում է այն հեռացնել միջուկից: Հետևաբար, ատոմի և էլեկտրոնի միջուկի փոխադարձ ներգրավման էլեկտրական ուժը և էլեկտրոնի վրա ազդող կենտրոնախույս ուժը հակասական ուժեր են:

Հավասարակշռության պայմաններում նրանց էլեկտրոնը համեմատաբար կայուն դիրք է գրավում ատոմի որոշ ուղեծրերում: Քանի որ էլեկտրոնի զանգվածը շատ փոքր է, ապա ատոմի միջուկի ձգողության ուժը հավասարակշռելու համար այն պետք է պտտվի ահռելի արագությամբ ՝ հավասար վայրկյանում մոտ 6 · 10 15 պտույտի: Սա նշանակում է, որ ջրածնի ատոմի համակարգում գտնվող էլեկտրոնը, ինչպես ցանկացած այլ ատոմ, իր ուղեծրով շարժվում է վայրկյանում հազար կիլոմետրը գերազանցող գծային արագությամբ:

Սովորական պայմաններում էլեկտրոնը պտտվում է սեռի ատոմում միջուկին առավել մոտ գտնվող ուղեծրի երկայնքով: Միեւնույն ժամանակ, նա ունի նվազագույն հնարավոր էներգիա: Եթե ​​այս կամ այն ​​պատճառով, օրինակ, ատոմային համակարգ ներխուժած ցանկացած այլ նյութական մասնիկների ազդեցության տակ էլեկտրոնը շարժվի ատոմից ավելի հեռու ուղեծիր, ապա այն արդեն կունենա մի փոքր ավելի մեծ էներգիա:

Այնուամենայնիվ, էլեկտրոնն այս նոր ուղեծրում մնում է աննշան ժամանակ, որից հետո նորից պտտվում է ատոմի միջուկին ամենամոտ ուղեծրին: Այս ընթացքի ընթացքում այն ​​քվանտի տեսքով իր ավելցուկ էներգիան զիջում է մագնիսական ճառագայթման տարրին `ճառագայթային էներգիային (նկ. 2):

Բրինձ 2. Երբ էլեկտրոնը հեռավոր ուղեծրից անցնում է ատոմի միջուկին ավելի մոտ գտնվող մեկին, այն արձակում է ճառագայթման էներգիայի քվանտ

Որքան ավելի շատ էներգիա է ստանում էլեկտրոնը դրսից, այնքան ավելի շատ է այն շարժվում դեպի ատոմի միջուկից հեռու ուղեծիր, և այնքան մեծ է էլեկտրամագնիսական էներգիայի այն քանակությունը, որը պտտվում է միջուկին ամենամոտ ուղեծրով պտտվելիս:

Չափելով էլեկտրոնի արտանետվող էներգիայի քանակը տարբեր ուղեծրերից ատոմի միջուկին ամենամոտ մեկին անցնելիս հնարավոր եղավ պարզել, որ ջրածնի ատոմի համակարգում էլեկտրոնը, ինչպես ցանկացած այլ համակարգում: ատոմը, չի կարող գնալ որևէ կամայական ուղեծրի ՝ խիստ սահմանված, այն էներգիայի համաձայն, որը նա ստանում է արտաքին ուժի ազդեցության ներքո: Այն ուղեծրերը, որոնք էլեկտրոնը կարող է զբաղեցնել ատոմում, կոչվում են թույլատրված ուղեծրեր:

Քանի որ ջրածնի ատոմի միջուկի դրական լիցքը (պրոտոնի լիցքը) և էլեկտրոնի բացասական լիցքը թվայինորեն հավասար են, դրանց ընդհանուր լիցքը զրո է: Սա նշանակում է, որ ջրածնի ատոմը, գտնվելով իր նորմալ վիճակում, էլեկտրականապես չեզոք մասնիկ է:

Սա ճիշտ է բոլոր քիմիական տարրերի ատոմների համար. Նորմալ վիճակում գտնվող ցանկացած քիմիական տարրի ատոմը էլեկտրականապես չեզոք մասնիկ է `դրա դրական և բացասական լիցքերի թվային հավասարության պատճառով:

Քանի որ ջրածնի ատոմի միջուկը պարունակում է միայն մեկ «տարրական» մասնիկ ՝ պրոտոն, այս միջուկի այսպես կոչված զանգվածային թիվը հավասար է մեկին: Chemicalանկացած քիմիական տարրի ատոմի միջուկի զանգվածային թիվը պրոտոնների և նեյտրոնների ընդհանուր թիվն է, որը կազմում է այս միջուկը:

Բնական ջրածինը հիմնականում բաղկացած է մեկին հավասար զանգված ունեցող ատոմների հավաքածուից: Այնուամենայնիվ, այն պարունակում է նաև ջրածնի ատոմների մեկ այլ տեսակ ՝ զանգվածային թվով երկուսին հավասար: Այս ծանր ջրածնի ատոմների միջուկները, որոնք կոչվում են դեյտերոններ, կազմված են երկու մասնիկներից ՝ պրոտոնից և նեյտրոնից: Rogenրածնի այս իզոտոպը կոչվում է դեյտերիում:

Բնական ջրածինը շատ փոքր քանակությամբ դեյտերիում է պարունակում: Յուրաքանչյուր վեց հազար թեթև ջրածնի ատոմների համար (զանգվածի թիվը հավասար է մեկին) կա միայն մեկ դեյտերիումի (ծանր ջրածնի) ատոմ: Hydրածնի մեկ այլ իզոտոպ կա `գերծանրաջրածինը, որը կոչվում է տրիտիում: Այս ջրածնի իզոտոպի ատոմի միջուկներում կա երեք մասնիկ `պրոտոն և երկու նեյտրոն, որոնք կապված են միջուկային ուժերով: Տրիտիումի ատոմի միջուկի զանգվածային թիվը երեք է, այսինքն ՝ տրիտիումի ատոմը երեք անգամ ավելի ծանր է, քան թեթև ջրածնի ատոմը:

Չնայած ջրածնի իզոտոպների ատոմներն ունեն տարբեր զանգվածներ, այնուամենայնիվ դրանք ունեն նույն քիմիական հատկությունները: Օրինակ ՝ թեթև ջրածինը, թթվածնի հետ քիմիական փոխազդեցության մեջ մտնելով, դրա հետ կազմում է բարդ նյութ ՝ ջուր: Նմանապես, ջրածնի իզոտոպը ՝ դեյտերիումը, թթվածնի հետ միանում է և առաջացնում ջուր, որը, ի տարբերություն սովորական ջրի, կոչվում է ծանր ջուր: Waterանր ջուրը լայնորեն օգտագործվում է միջուկային (ատոմային) էներգիայի արտադրության մեջ:

Հետեւաբար, ատոմների քիմիական հատկությունները կախված չեն դրանց միջուկների զանգվածից, այլ միայն ատոմի էլեկտրոնային թաղանթի կառուցվածքից: Քանի որ թեթև ջրածնի, դեյտերիումի և տրիտիումի ատոմներն ունեն միևնույն թվով էլեկտրոններ (մեկը յուրաքանչյուր ատոմի համար), այս իզոտոպներն ունեն նույն քիմիական հատկությունները:

Պատահական չէ, որ ջրածնի քիմիական տարրը զբաղեցնում է տարրերի պարբերական համակարգի առաջին համարը: Փաստն այն է, որ որոշակի կապ կա տարրերի պարբերական համակարգի ցանկացած տարրի թվի և այս տարրի ատոմի միջուկի լիցքի մեծության միջև: Այն կարող է ձևակերպվել հետևյալ կերպ. Պարբերական համակարգի տարրերի ցանկացած քիմիական տարրի սերիական թիվը թվայինորեն հավասար է այս տարրի միջուկի դրական լիցքին և, հետևաբար, նրա շուրջ պտտվող էլեկտրոնների թվին:

Քանի որ ջրածինը զբաղեցնում է տարրերի պարբերական աղյուսակի առաջին համարը, դա նշանակում է, որ նրա ատոմի միջուկի դրական լիցքը հավասար է միասնության, և որ մեկ էլեկտրոն պտտվում է միջուկի շուրջը:

Քիմիական տարր հելիումը տարրերի պարբերական համակարգում զբաղեցնում է երկրորդ տեղը: Սա նշանակում է, որ այն ունի միջուկի դրական էլեկտրական լիցք ՝ հավասար երկու միավորի, այսինքն ՝ նրա միջուկը պետք է պարունակի երկու պրոտոն, իսկ ատոմի էլեկտրոնային պատյանում ՝ երկու էլեկտրոդ:

Բնական հելիումը բաղկացած է երկու իզոտոպից `ծանր և թեթև հելիումից: Heavyանր հելիումի զանգվածային թիվը չորսն է: Սա նշանակում է, որ բացի վերը նշված երկու պրոտոններից, ևս երկու նեյտրոն պետք է մտնեն ծանր հելիումի ատոմի միջուկի կազմի մեջ: Ինչ վերաբերում է թեթև հելիումին, ապա դրա զանգվածային թիվը հավասար է երեքի, այսինքն ՝ նրա միջուկի բաղադրության մեջ, բացի երկու պրոտոնից, պետք է մտնի ևս մեկ նեյտրոն:

Հաստատված է, որ բնական հելիում թեթև հելիումի ատոմների թիվը կազմում է ծանր հանճարեղ ատոմների մոտավորապես մեկ միլիոներորդ մասը: Նկ. 3 -ը ցույց է տալիս հելիումի ատոմի սխեմատիկ մոդելը:

Բրինձ 3. Հելիումի ատոմի կառուցվածքի դիագրամ

Քիմիական տարրերի ատոմների կառուցվածքի հետագա բարդացումը պայմանավորված է այդ ատոմների միջուկներում պրոտոնների և նեյտրոնների թվի ավելացմամբ և միաժամանակ միջուկների շուրջ պտտվող էլեկտրոնների թվի ավելացմամբ (նկ. 4): Օգտագործելով տարրերի պարբերական համակարգը, հեշտ է որոշել տարբեր ատոմներ կազմող էլեկտրոնների, պրոտոնների և նեյտրոնների քանակը:

Բրինձ 4. Ատոմային միջուկների կառուցվածքի սխեմաներ `1 - հելիում, 2 - ածխածնային, 3 - թթվածին

Քիմիական տարրի սերիական համարը հավասար է ատոմի միջուկի պրոտոնների թվին, և դրա հետ միաժամանակ միջուկի շուրջ պտտվող էլեկտրոնների թվին: Ինչ վերաբերում է ատոմային քաշին, ապա այն մոտավորապես հավասար է ատոմի զանգվածային թվին, այսինքն ՝ միջուկում միասին վերցված պրոտոնների և նեյտրոնների թվին: Հետևաբար, տարրի ատոմային քաշից հանելով տարրի սովորական թվին հավասար թիվ, հնարավոր է որոշել, թե քանի նեյտրոն կա պարունակվող տվյալ միջուկում:

Հաստատված է, որ թեթև քիմիական տարրերի միջուկները, որոնք իրենց կազմի մեջ ունեն հավասար թվով պրոտոններ և նեյտրոններ, առանձնանում են շատ բարձր ուժով, քանի որ դրանցում միջուկային ուժերը համեմատաբար մեծ են: Օրինակ, ծանր հելիումի ատոմի միջուկը չափազանց ուժեղ է, քանի որ այն բաղկացած է երկու պրոտոնից և երկու նեյտրոններից, որոնք միմյանց հետ կապված են միջուկային հզոր ուժերով:

Ավելի ծանր քիմիական տարրերի ատոմների միջուկներն իրենց կազմի մեջ արդեն պարունակում են անհավասար թվով պրոտոններ և նեյտրոններ, հետևաբար դրանց կապը միջուկում ավելի թույլ է, քան թեթև քիմիական տարրերի միջուկները: Այս տարրերի միջուկները կարող են համեմատաբար հեշտությամբ պառակտվել ՝ ատոմային «արկերով» ռմբակոծվելիս (նեյտրոններ, հելիումի միջուկներ և այլն):

Ինչ վերաբերում է ամենածանր քիմիական տարրերին, մասնավորապես `ռադիոակտիվներին, ապա դրանց միջուկներն այնքան ցածր են ուժով, որ ինքնաբերաբար քայքայվում են իրենց բաղադրամասերի մեջ: Օրինակ ՝ ռադիոակտիվ տարր ռադիումի ատոմները, որոնք բաղկացած են 88 պրոտոններից և 138 նեյտրոններից, ինքնաբերաբար քայքայվում են ՝ վերածվելով ռադիոակտիվ ռադոնի տարրի ատոմների: Վերջիններիս ատոմներն իրենց հերթին քայքայվում են իրենց բաղկացուցիչ մասերի մեջ ՝ անցնելով այլ տարրերի ատոմների մեջ:

Հակիրճ ծանոթանալով քիմիական տարրերի ատոմների միջուկների բաղկացուցիչ մասերին, դիտարկենք ատոմների էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքը: Ինչպես գիտեք, էլեկտրոնները կարող են պտտվել ատոմների միջուկների շուրջ միայն խիստ սահմանված ուղեծրերով: Ավելին, դրանք այնքան են խմբավորված յուրաքանչյուր ատոմի էլեկտրոնային պատյանում, որ կարելի է տարբերել էլեկտրոնների առանձին շերտեր:

Յուրաքանչյուր շերտ կարող է պարունակել մի շարք էլեկտրոններ, որոնք չեն գերազանցում խիստ սահմանված թիվը: Այսպիսով, օրինակ, ատոմի միջուկին ամենամոտ առաջին էլեկտրոնային շերտում կարող է լինել առավելագույնը երկու էլեկտրոն, երկրորդում `ոչ ավելի, քան ութ էլեկտրոն և այլն:

Այն ատոմները, որոնցում արտաքին էլեկտրոնային շերտերն ամբողջությամբ լցված են, ունեն ամենակայուն էլեկտրոնային պատյանը: Սա նշանակում է, որ տվյալ ատոմը ամուր պահում է իր բոլոր էլեկտրոնները և կարիք չունի դրանց լրացուցիչ քանակություն ստանալու դրսից: Օրինակ ՝ հելիումի ատոմն ունի երկու էլեկտրոն, որն ամբողջությամբ լրացնում է առաջին էլեկտրոնային շերտը, իսկ նեոնային ատոմն ունի տասը էլեկտրոն, որից առաջին երկուսն ամբողջությամբ լրացնում են առաջին էլեկտրոնային շերտը, իսկ մնացածը ՝ երկրորդը (նկ. 5):

Բրինձ 5. Նեոնի ատոմի կառուցվածքի դիագրամ

Հետևաբար, հելիումի և նեոնի ատոմներն ունեն բավականին կայուն էլեկտրոնային պատյաններ, նրանք չեն ձգտում որևէ կերպ փոփոխել դրանք քանակական առումով: Նման տարրերը քիմիապես իներտ են, այսինքն ՝ այլ տարրերի հետ քիմիական փոխազդեցության չեն մտնում:

Այնուամենայնիվ, քիմիական տարրերի մեծ մասն ունի ատոմներ, որոնցում արտաքին էլեկտրոնային շերտերն ամբողջությամբ չեն լցված էլեկտրոններով: Օրինակ, կալիումի ատոմն ունի տասնութ էլեկտրոն, որից տասնութն ամբողջությամբ լրացնում է առաջին երեք շերտերը, իսկ տասնինըներորդ էլեկտրոնը մեկը հաջորդ, չլցված էլեկտրոնային շերտում է: Չորրորդ էլեկտրոնային շերտի թույլ լցումը էլեկտրոններով հանգեցնում է այն բանին, որ ատոմի միջուկը շատ թույլ է պահպանում ամենաերկարը `տասնիններորդ էլեկտրոնը, և, հետևաբար, վերջինս հեշտությամբ կարող է պոկվել ատոմից: ...

Կամ, օրինակ, թթվածնի ատոմն ունի ութ էլեկտրոն, որից երկուսն ամբողջությամբ լրացնում են առաջին շերտը, իսկ մնացած վեցը գտնվում են երկրորդ շերտում: Այսպիսով, թթվածնի ատոմում երկրորդ էլեկտրոնային շերտի կառուցման ամբողջական ավարտի համար այն չունի երկու էլեկտրոն: Հետևաբար, թթվածնի ատոմը ոչ միայն ամուր է պահում իր վեց էլեկտրոնները երկրորդ շերտում, այլև հնարավորություն ունի իր մեջ ներգրավել երկու բաց թողնված էլեկտրոն `լրացնելու իր երկրորդ էլեկտրոնային շերտը: Նա դրան հասնում է քիմիական համադրությամբ այնպիսի տարրերի ատոմների հետ, որոնցում արտաքին էլեկտրոնները թույլ են կապված իրենց միջուկների հետ:

Քիմիական տարրերը, որոնց ատոմներում չկա արտաքին էլեկտրոնային շերտեր ամբողջությամբ լցված էլեկտրոններով, որպես կանոն, քիմիապես ակտիվ են, այսինքն ՝ պատրաստակամորեն մտնում են քիմիական փոխազդեցության մեջ:

Այսպիսով, քիմիական տարրերի ատոմներում էլեկտրոնները դասավորված են խիստ սահմանված կարգով, և ատոմի էլեկտրոնային պատյանում դրանց տարածական դասավորության կամ քանակի ցանկացած փոփոխություն հանգեցնում է վերջինիս ֆիզիկաքիմիական հատկությունների փոփոխության:

Էլեկտրոնների և պրոտոնների քանակի հավասարությունը ատոմային համակարգում այն ​​պատճառն է, որ նրա ընդհանուր էլեկտրական լիցքը զրո է: Եթե ​​ատոմային համակարգում խախտվում է էլեկտրոնների և պրոտոնների քանակի հավասարությունը, ապա ատոմը դառնում է էլեկտրական լիցքավորված համակարգ:

Այն ատոմը, որի համակարգում հակառակ էլեկտրական լիցքերի հավասարակշռությունը խախտվում է այն պատճառով, որ այն կորցրել է որոշ էլեկտրոններ կամ, ընդհակառակը, ձեռք է բերել դրանց ավելցուկային քանակ, կոչվում է իոն:

Ընդհակառակը, եթե ատոմը ձեռք է բերում որոշակի քանակությամբ էլեկտրոններ, ապա այն դառնում է բացասական իոն: Օրինակ, քլորի ատոմը, որը ստացել է մեկ լրացուցիչ էլեկտրոն, վերածվում է մեկ լիցքավորված բացասական քլորի իոնի Сl -. Թթվածնի ատոմը, որը ստացել էր երկու լրացուցիչ էլեկտրոն, վերածվում է կրկնակի լիցքավորված բացասական թթվածնի իոն O- ի և այլն:

Իոնը վերածված ատոմը դառնում է էլեկտրական լիցքավորված համակարգ արտաքին միջավայրի նկատմամբ: Եվ դա նշանակում է, որ ատոմը սկսեց ունենալ էլեկտրական դաշտ, որի հետ միասին այն կազմում է մեկ նյութական համակարգ և այս դաշտի միջոցով իրականացնում է էլեկտրական փոխազդեցություն նյութի այլ էլեկտրական լիցքավորված մասնիկների հետ `իոններ, էլեկտրոններ, ատոմների դրական լիցքավորված միջուկներ և այլն:

Ի տարբերություն իոնների ՝ միմյանց փոխադարձ գրավելու ունակությունն այն է, որ նրանք քիմիապես միավորվում են ՝ կազմելով նյութի ավելի բարդ մասնիկներ ՝ մոլեկուլներ:

Ամփոփելով ՝ պետք է նշել, որ ատոմի չափերը շատ մեծ են ՝ համեմատած իրական մասնիկների չափերի հետ, որոնցից դրանք կազմված են: Ամենաբարդ ատոմի միջուկը, բոլոր էլեկտրոնների հետ միասին, զբաղեցնում է ատոմի ծավալի մեկ միլիարդերորդ մասը: Պարզ հաշվարկը ցույց է տալիս, որ եթե պլատինի մեկ խորանարդ մետրը հնարավոր լիներ այնպես սեղմել, որ միջա-ատոմային և միջ-ատոմային տարածությունները անհետանան, ապա կստացվի մոտ մեկ խորանարդ մմ-ի հավասար ծավալ: