տուն Կարտոֆիլ Միջուկային ուժերի շրջանակը. Միջուկային ուժեր. Տեսեք, թե ինչ են «միջուկային ուժերը» այլ բառարաններում

Կարտոֆիլ

Միջուկային ուժերի շրջանակը. Միջուկային ուժեր. Տեսեք, թե ինչ են «միջուկային ուժերը» այլ բառարաններում

Ատոմային միջուկը, որը բաղկացած է որոշակի թվով պրոտոններից և նեյտրոններից, մեկ ամբողջություն է միջուկի նուկլոնների միջև գործող հատուկ ուժերի պատճառով և կոչվում են. միջուկային.Փորձնականորեն ապացուցված է, որ միջուկային ուժերը շատ մեծ են՝ զգալիորեն գերազանցելով պրոտոնների միջև էլեկտրաստատիկ վանման ուժերը։ Սա դրսևորվում է նրանով, որ միջուկում նուկլոնների հատուկ կապակցման էներգիան շատ ավելի մեծ է, քան Կուլոնյան վանող ուժերի աշխատանքը։ Դիտարկենք միջուկային ուժերի հիմնական հատկանիշները.

1. Միջուկային ուժերն են կարճ հեռավորության գրավիչ ուժեր . Նրանք հայտնվում են միայն 10 -15 մ կարգի միջուկի նուկլոնների միջև շատ փոքր հեռավորությունների վրա։ միջուկային ուժերը արագորեն նվազում են. (2-3) մ կարգի հեռավորության վրա նուկլոնների միջև միջուկային փոխազդեցությունը գործնականում բացակայում է։

2. Միջուկային ուժերն ունեն սեփականություն հագեցվածություն, դրանք. յուրաքանչյուր նուկլեոն փոխազդում է միայն մոտակա հարևանների որոշակի քանակի հետ: Միջուկային ուժերի այս բնույթը դրսևորվում է լիցքի թվով նուկլոնների հատուկ կապող էներգիայի մոտավոր կայունությամբ. ԲԱՅՑ>40. Իսկապես, եթե չլիներ հագեցվածություն, ապա կապի հատուկ էներգիան կմեծանա միջուկում նուկլոնների քանակի աճով։

3. Միջուկային ուժերի հատկանիշը նաև նրանցն է լիցքավորել անկախություն , այսինքն. դրանք կախված չեն նուկլեոնների լիցքից, ուստի պրոտոնների և նեյտրոնների միջուկային փոխազդեցությունները նույնն են։ Միջուկային ուժերի լիցքի անկախությունը երևում է կապող էներգիաների համեմատությունից հայելային միջուկներ . Այսպես կոչվում են միջուկներ, որոնցում նուկլոնների ընդհանուր թիվը նույնն է, բայց մեկում պրոտոնների թիվը հավասար է մյուսի նեյտրոնների թվին։ Օրինակ՝ հելիումի միջուկների և ծանր ջրածնի՝ տրիտիումի կապող էներգիաները համապատասխանաբար 7,72 են։ MeVև 8.49 MeV. Այս միջուկների կապող էներգիաների տարբերությունը, որը հավասար է 0,77 ՄէՎ, համապատասխանում է միջուկում երկու պրոտոնների Կուլոնյան վանման էներգիային։ Եթե այս արժեքը հավասար է , մենք կարող ենք գտնել, որ միջին հեռավորությունը rմիջուկում պրոտոնների միջև 1,9·10 -15 մ է, ինչը համապատասխանում է միջուկային ուժերի գործողության շառավղին:

4. Միջուկային ուժեր կենտրոնական չեն և կախված են փոխազդող նուկլոնների սպինների փոխադարձ կողմնորոշումից։ Դա հաստատվում է օրթո- և պարաջրածնի մոլեկուլների կողմից նեյտրոնների ցրման տարբեր բնույթով: Օրթաջրածնի մոլեկուլում երկու պրոտոնների սպինները զուգահեռ են միմյանց, մինչդեռ պարաջրածնի մոլեկուլում՝ հակազուգահեռ։ Փորձերը ցույց են տվել, որ նեյտրոնների ցրումը պարաջրածնի կողմից 30 անգամ ավելի մեծ է, քան օրթոհրաջրածնի ցրումը։

Միջուկային ուժերի բարդ բնույթը թույլ չի տալիս մշակել միջուկային փոխազդեցության միասնական հետևողական տեսություն, թեև առաջարկվել են բազմաթիվ տարբեր մոտեցումներ։ Ըստ ճապոնացի ֆիզիկոս Հ.Յուկավայի վարկածի, որը նա առաջարկել է 1935 թվականին, միջուկային ուժերը պայմանավորված են փոխանակմամբ՝ մեզոններ, այսինքն. տարրական մասնիկներ, որոնց զանգվածը մոտավորապես 7 անգամ փոքր է նուկլեոնների զանգվածից։ Ըստ այս մոդելի՝ նուկլոն ժամանակի մեջ մ- մեզոնի զանգվածը) արձակում է մեզոն, որը շարժվելով լույսի արագությանը մոտ արագությամբ անցնում է հեռավորություն. , որից հետո այն կլանվում է երկրորդ նուկլեոնի կողմից։ Իր հերթին երկրորդ նուկլեոնը նույնպես արձակում է մեզոն, որը կլանվում է առաջինի կողմից։ Հետևաբար, Հ. Յուկավայի մոդելում նուկլեոնների փոխազդեցության հեռավորությունը որոշվում է մեզոնների ուղու երկարությամբ, որը համապատասխանում է մոտ հեռավորությանը։ մև մեծության կարգով համընկնում է միջուկային ուժերի գործողության շառավիղին։

Եկեք անդրադառնանք նուկլոնների փոխանակման փոխազդեցության քննարկմանը: Կան դրական, բացասական և չեզոք մեզոններ։ - կամ - մեզոնների լիցքի մոդուլը թվայինորեն հավասար է տարրական լիցքին ե. Լիցքավորված-մեզոնների զանգվածը նույնն է և հավասար է (140 MeV), մեզոնի զանգվածը 264 է (135 MeV): Ե՛վ լիցքավորված, և՛ չեզոք մեզոնների սպինը 0 է։ Բոլոր երեք մասնիկները անկայուն են։ - և - մեզոնների կյանքի տևողությունը 2,6 է -ից, - մեզոն – 0,8 10 -16 -ից. Նուկլոնների փոխազդեցությունն իրականացվում է հետևյալ սխեմաներից մեկի համաձայն.

(22.7)
1. Նուկլեոնները փոխանակում են մեզոններ.

Այս դեպքում պրոտոնն արտանետում է՝ մեզոն՝ վերածվելով նեյտրոնի։ Մեզոնը կլանում է նեյտրոնը, որը, հետևաբար, վերածվում է պրոտոնի, այնուհետև նույն պրոցեսն ընթանում է հակառակ ուղղությամբ։ Այսպիսով, փոխազդող նուկլոններից յուրաքանչյուրը ժամանակի մի մասն անցկացնում է լիցքավորված վիճակում, իսկ մի մասը՝ չեզոք վիճակում։

2. Նուկլեոնների փոխանակում - մեզոններ.

3. Նուկլեոնների փոխանակում - մեզոններ.

. (22.10)

Այս բոլոր գործընթացներն ապացուցված են փորձարարական ճանապարհով։ Մասնավորապես, առաջին գործընթացը հաստատվում է, երբ նեյտրոնային ճառագայթը անցնում է ջրածնի միջով։ Շարժվող պրոտոնները հայտնվում են ճառագայթում, իսկ թիրախում հայտնաբերվում է գործնականում հանգստացող նեյտրոնների համապատասխան քանակություն։

միջուկի մոդելներ.Միջուկային ուժերի համար մաթեմատիկական օրենքի բացակայությունը թույլ չի տալիս ստեղծել միջուկի միասնական տեսություն։ Նման տեսություն ստեղծելու փորձերը լուրջ դժվարությունների են հանդիպում։ Ահա դրանցից մի քանիսը.

1. Նուկլոնների միջև գործող ուժերի մասին գիտելիքների անբավարարություն.

2. Քվանտային շատ-մարմինների խնդրի ծայրահեղ ծանրությունը (զանգվածային թվով միջուկ ԲԱՅՑ-ի համակարգ է ԲԱՅՑմարմիններ):

Այս դժվարությունները ստիպում են մեզ գնալ միջուկային մոդելների ստեղծման ճանապարհով, որոնք թույլ են տալիս համեմատաբար պարզ մաթեմատիկական միջոցների օգնությամբ նկարագրել միջուկի հատկությունների որոշակի խումբ։ Այս մոդելներից ոչ մեկը չի կարող տալ միջուկի բացարձակ ճշգրիտ նկարագրությունը: Հետևաբար, պետք է օգտագործել մի քանի մոդելներ.

Տակ միջուկի մոդելը միջուկային ֆիզիկայում հասկանալ ֆիզիկական և մաթեմատիկական ենթադրությունների ամբողջությունը, որոնցով կարող եք հաշվարկել միջուկային համակարգի բնութագրերը, որը բաղկացած է. ԲԱՅՑնուկլոններ. Առաջարկվել և մշակվել են տարբեր աստիճանի բարդության բազմաթիվ մոդելներ: Մենք կդիտարկենք դրանցից միայն ամենահայտնին:

Միջուկի հիդրոդինամիկ (կաթիլային) մոդելմշակվել է 1939 թ. Ն.Բորը և խորհրդային գիտնական Ջ.Ֆրենքելը։ Այն հիմնված է այն ենթադրության վրա, որ միջուկում նուկլոնների բարձր խտության և նրանց միջև չափազանց ուժեղ փոխազդեցության պատճառով առանձին նուկլոնների անկախ շարժումն անհնար է, և միջուկը լիցքավորված հեղուկի կաթիլ է խտությամբ: Ինչպես սովորական հեղուկի կաթիլների դեպքում, միջուկի մակերեսը կարող է տատանվել։ Եթե տատանումների ամպլիտուդը բավականաչափ մեծանում է, տեղի է ունենում միջուկային տրոհման գործընթացը։ Կաթիլային մոդելը հնարավորություն տվեց ստանալ միջուկում նուկլեոնների կապակցման էներգիայի բանաձեւը և բացատրեց որոշ միջուկային ռեակցիաների մեխանիզմը։ Այնուամենայնիվ, այս մոդելը թույլ չի տալիս բացատրել ատոմային միջուկների գրգռման սպեկտրների մեծ մասը և դրանցից որոշների հատուկ կայունությունը: Դա պայմանավորված է նրանով, որ հիդրոդինամիկական մոդելը շատ մոտավոր արտացոլում է միջուկի ներքին կառուցվածքի էությունը։

Միջուկի կեղևի մոդելը մշակվել է 1940-1950 թվականներին ամերիկացի ֆիզիկոս Մ.Գեպերտ-Մայերի և գերմանացի ֆիզիկոս Հ.Յենսենի կողմից։ Այն ենթադրում է, որ յուրաքանչյուր նուկլոն մյուսներից անկախ է շարժվում որոշակի միջին պոտենցիալ դաշտում (միջուկի մնացած նուկլոնների կողմից ստեղծված պոտենցիալ հորատանցք: Կեղևի մոդելի շրջանակներում ֆունկցիան չի հաշվարկվում, այլ ընտրվում է այնպես, որ լավագույն համաձայնությունը փորձնական տվյալների հետ կարելի է հասնել:

Պոտենցիալ հորի խորությունը սովորաբար կազմում է ~ (40-50) MeVև կախված չէ միջուկի նուկլոնների քանակից։ Համաձայն քվանտային տեսության, նուկլեոնները դաշտում գտնվում են որոշակի դիսկրետ էներգիայի մակարդակներում: Կեղևի մոդելի ստեղծողների հիմնական ենթադրությունը միջին պոտենցիալ դաշտում նուկլոնների անկախ շարժման վերաբերյալ հակասում է հիդրոդինամիկական մոդելի մշակողների հիմնական դրույթներին: Հետևաբար, միջուկի բնութագրերը, որոնք լավ նկարագրված են հիդրոդինամիկական մոդելով (օրինակ՝ կապող էներգիայի արժեքը), հնարավոր չէ բացատրել կեղևի մոդելի շրջանակներում և հակառակը։

Ընդհանրացված միջուկի մոդել , որը մշակվել է 1950-1953 թվականներին, միավորում է հիդրոդինամիկ և կեղևային մոդելների ստեղծողների հիմնական դրույթները։ Ընդհանրացված մոդելում ենթադրվում է, որ միջուկը բաղկացած է ներքին կայուն մասից՝ միջուկից, որը ձևավորվում է լցված թաղանթների նուկլոններով և միջուկի նուկլոններով ստեղծված դաշտում շարժվող արտաքին նուկլեոններով։ Այս առումով միջուկի շարժումը նկարագրվում է հիդրոդինամիկական մոդելով, իսկ արտաքին նուկլոնների շարժումը՝ թաղանթի մոդելով։ Արտաքին նուկլեոնների հետ փոխազդեցության շնորհիվ միջուկը կարող է դեֆորմացվել, իսկ միջուկը կարող է պտտվել դեֆորմացիայի առանցքին ուղղահայաց առանցքի շուրջ։ Ընդհանրացված մոդելը հնարավորություն տվեց բացատրել ատոմային միջուկների պտտման և թրթռման սպեկտրների հիմնական առանձնահատկությունները, ինչպես նաև դրանցից մի քանիսի քառաբևեռ էլեկտրական պահի բարձր արժեքները:

Մենք դիտարկել ենք հիմնական ֆենոմենոլոգիական, այսինքն. նկարագրական, հիմնական մոդելներ. Այնուամենայնիվ, միջուկային փոխազդեցությունների բնույթը լիովին հասկանալու համար, որոնք որոշում են միջուկի հատկությունները և կառուցվածքը, անհրաժեշտ է ստեղծել մի տեսություն, որտեղ միջուկը կդիտարկվի որպես փոխազդող նուկլոնների համակարգ:

Ատոմային միջուկը, որը բաղկացած է որոշակի թվով պրոտոններից և նեյտրոններից, մեկ ամբողջություն է միջուկի նուկլոնների միջև գործող հատուկ ուժերի պատճառով և կոչվում են. միջուկային.Փորձնականորեն ապացուցված է, որ միջուկային ուժերը շատ մեծ են՝ զգալիորեն գերազանցելով պրոտոնների միջև էլեկտրաստատիկ վանման ուժերը։ Սա դրսևորվում է նրանով, որ միջուկում նուկլոնների հատուկ կապակցման էներգիան շատ ավելի մեծ է, քան Կուլոնյան վանող ուժերի աշխատանքը։ Դիտարկենք հիմնականը միջուկային ուժերի առանձնահատկությունները.

1. Միջուկային ուժերն են կարճ հեռավորության գրավիչ ուժեր . Նրանք հայտնվում են միայն 10–15 մ կարգի միջուկի նուկլոնների միջև շատ փոքր հեռավորությունների վրա: (1,5–2,2) 10–15 մ կարգի հեռավորությունը կոչվում է. միջուկային ուժերի շրջանակը, իր աճով միջուկային ուժերը արագորեն նվազում են։ (2-3) մ կարգի հեռավորության վրա նուկլոնների միջև միջուկային փոխազդեցությունը գործնականում բացակայում է։

Միջուկային ուժերի բարդ բնույթը թույլ չի տալիս մշակել միջուկային փոխազդեցության մեկ հետևողական տեսություն, թեև առաջարկվել են բազմաթիվ տարբեր մոտեցումներ։ Ըստ ճապոնացի ֆիզիկոս Հ.Յուկավայի (1907-1981) վարկածի, որը նա առաջարկել է 1935 թվականին, միջուկային ուժերը պայմանավորված են փոխանակմամբ՝ մեզոններ, այսինքն. տարրական մասնիկներ, որոնց զանգվածը մոտավորապես 7 անգամ փոքր է նուկլեոնների զանգվածից։ Ըստ այս մոդելի՝ նուկլոն ժամանակի մեջ մ- մեզոնի զանգվածը) արձակում է մեզոն, որը շարժվելով լույսի արագությանը մոտ արագությամբ անցնում է հեռավորություն. , որից հետո այն կլանվում է երկրորդ նուկլեոնի կողմից։ Իր հերթին երկրորդ նուկլեոնը նույնպես արձակում է մեզոն, որը կլանվում է առաջինի կողմից։ Հետևաբար, Հ. Յուկավայի մոդելում նուկլեոնների փոխազդեցության հեռավորությունը որոշվում է մեզոնների ուղու երկարությամբ, որը համապատասխանում է մոտ հեռավորությանը։ մև մեծության կարգով համընկնում է միջուկային ուժերի գործողության շառավիղին։

Եկեք անդրադառնանք նուկլոնների փոխանակման փոխազդեցության քննարկմանը: Կան դրական, բացասական և չեզոք մեզոններ։ - կամ - մեզոնների լիցքի մոդուլը թվայինորեն հավասար է տարրական լիցքին ե . Լիցքավորված-մեզոնների զանգվածը նույնն է և հավասար է (140 MeV), մեզոնի զանգվածը 264 է (135 MeV): Ե՛վ լիցքավորված, և՛ չեզոք մեզոնների սպինը 0 է։ Բոլոր երեք մասնիկները անկայուն են։ - և - մեզոնների կյանքի տևողությունը 2,6 է -ից, - մեզոն – 0,8 10 -16 -ից. Նուկլոնների փոխազդեցությունն իրականացվում է հետևյալ սխեմաներից մեկի համաձայն.

1. Նուկլեոնները փոխանակում են մեզոններ. (22.8)

2. Նուկլեոնների փոխանակում - մեզոններ.

3. Նուկլեոնների փոխանակում - մեզոններ.

, (22.10)

միջուկի մոդելներ.Տակ միջուկի մոդելը միջուկային ֆիզիկայում հասկանալ ֆիզիկական և մաթեմատիկական ենթադրությունների ամբողջությունը, որոնցով կարող եք հաշվարկել միջուկային համակարգի բնութագրերը, որը բաղկացած է. ԲԱՅՑնուկլոններ.

Միջուկի հիդրոդինամիկ (կաթիլային) մոդելԱյն հիմնված է այն ենթադրության վրա, որ միջուկում նուկլոնների բարձր խտության և նրանց միջև չափազանց ուժեղ փոխազդեցության պատճառով առանձին նուկլոնների անկախ շարժումն անհնար է, և միջուկը լիցքավորված հեղուկի կաթիլ է խտությամբ։ .

Միջուկի կեղևի մոդելըԱյն ենթադրում է, որ յուրաքանչյուր նուկլեոն շարժվում է մյուսներից անկախ ինչ-որ միջին պոտենցիալ դաշտում (պոտենցիալ ջրհոր), որը ստեղծվել է միջուկի մնացած նուկլեոնների կողմից։

Ընդհանրացված միջուկի մոդել, միավորում է հիդրոդինամիկ և կեղևային մոդելների ստեղծողների հիմնական դրույթները։ Ընդհանրացված մոդելում ենթադրվում է, որ միջուկը բաղկացած է ներքին կայուն մասից՝ միջուկից, որը ձևավորվում է լցված թաղանթների նուկլոններով և միջուկի նուկլոններով ստեղծված դաշտում շարժվող արտաքին նուկլեոններով։ Այս առումով միջուկի շարժումը նկարագրվում է հիդրոդինամիկական մոդելով, իսկ արտաքին նուկլոնների շարժումը՝ թաղանթի մոդելով։ Արտաքին նուկլեոնների հետ փոխազդեցության շնորհիվ միջուկը կարող է դեֆորմացվել, իսկ միջուկը կարող է պտտվել դեֆորմացիայի առանցքին ուղղահայաց առանցքի շուրջ։

26. Ատոմային միջուկների տրոհման ռեակցիաները. Միջուկային էներգիա.

Միջուկային ռեակցիաներկոչվում են ատոմային միջուկների փոխակերպումներ, որոնք առաջանում են միմյանց կամ այլ միջուկների կամ տարրական մասնիկների հետ նրանց փոխազդեցության հետևանքով։ Միջուկային ռեակցիայի մասին առաջին հաղորդագրությունը պատկանում է Է.Ռադերֆորդին։ 1919 թվականին նա հայտնաբերեց, որ երբ - մասնիկներն անցնում են ազոտի գազով, դրանց մի մասը կլանվում է, և միևնույն ժամանակ արտանետվում են պրոտոններ: Ռադերֆորդը եկել է այն եզրակացության, որ ազոտի միջուկները վերածվել են թթվածնի միջուկների՝ ձևի միջուկային ռեակցիայի արդյունքում.

, (22.11)

որտեղ − - մասնիկ; − պրոտոն (ջրածին).

Միջուկային ռեակցիայի կարևոր պարամետրը դրա էներգիայի արտադրությունն է, որը որոշվում է բանաձևով.

(22.12)

Ահա և կան մասնիկների մնացած զանգվածների գումարները ռեակցիայից առաջ և հետո: Երբ միջուկային ռեակցիաները ընթանում են էներգիայի կլանմամբ, հետևաբար դրանք կոչվում են էնդոթերմիկ, իսկ ժամը - էներգիայի արտանետմամբ: Այս դեպքում դրանք կոչվում են էկզոտերմիկ.

Ցանկացած միջուկային ռեակցիայի ժամանակ միշտ էլ կան պահպանության օրենքները :

− էլեկտրական լիցք;

− նուկլոնների քանակը;

- էներգիա;

- իմպուլս.

Առաջին երկու օրենքները հնարավորություն են տալիս ճիշտ գրել միջուկային ռեակցիաները նույնիսկ այն դեպքում, երբ ռեակցիային մասնակցող մասնիկներից մեկը կամ դրա արտադրանքներից մեկն անհայտ է: Օգտագործելով էներգիայի և իմպուլսի պահպանման օրենքները՝ կարելի է որոշել ռեակցիայի ընթացքում առաջացող մասնիկների կինետիկ էներգիաները, ինչպես նաև դրանց հետագա շարժման ուղղությունը։

Էնդոթերմիկ ռեակցիաները բնութագրելու համար ներկայացվում է հայեցակարգը կինետիկ էներգիայի շեմը , կամ միջուկային ռեակցիայի շեմը , դրանք. ընկնող մասնիկի ամենափոքր կինետիկ էներգիան (հղման համակարգում, որտեղ թիրախային միջուկը գտնվում է հանգստի վիճակում), որի դեպքում հնարավոր է դառնում միջուկային ռեակցիա։ Էներգիայի և իմպուլսի պահպանման օրենքից հետևում է, որ միջուկային ռեակցիայի շեմային էներգիան հաշվարկվում է բանաձևով.

. (22.13)

Ահա միջուկային ռեակցիայի էներգիան (7.12); - անշարժ միջուկի զանգված - թիրախ; միջուկի վրա ընկած մասնիկի զանգվածն է։

տրոհման ռեակցիաներ. 1938 թվականին գերմանացի գիտնականներ Օ. Հանը և Ֆ. Ստրասմանը հայտնաբերեցին, որ երբ ուրանը ռմբակոծվում է նեյտրոններով, երբեմն առաջանում են միջուկներ, որոնք մոտավորապես ուրանի սկզբնական միջուկի չափի կեսն են: Այս երեւույթը կոչվել է միջուկային տրոհում.

Այն ներկայացնում է միջուկային փոխակերպումների առաջին փորձարարական դիտարկված ռեակցիան։ Օրինակ՝ ուրանի 235 միջուկային տրոհման հնարավոր ռեակցիաներից մեկը.

Միջուկային տրոհման գործընթացը շատ արագ է ընթանում ~10 -12 վրկ ժամանակով: Էներգիան, որն ազատվում է (22.14) նման ռեակցիայի ժամանակ, մոտավորապես 200 ՄէՎ է ուրանի-235 միջուկի տրոհման մեկ գործողության համար:

Ընդհանուր դեպքում ուրանի-235 միջուկի տրոհման ռեակցիան կարելի է գրել այսպես.

+ նեյտրոններ . (22.15)

Ճեղքման ռեակցիայի մեխանիզմը կարելի է բացատրել միջուկի հիդրոդինամիկական մոդելի շրջանակներում։ Ըստ այս մոդելի, երբ նեյտրոնը կլանվում է ուրանի միջուկով, այն անցնում է գրգռված վիճակի (նկ. 22.2):

Ավելորդ էներգիան, որը ստանում է միջուկը նեյտրոնի կլանման արդյունքում, առաջացնում է նուկլոնների ավելի ինտենսիվ շարժում։ Արդյունքում միջուկը դեֆորմացվում է, ինչը հանգեցնում է միջուկային փոքր հեռահարության փոխազդեցության թուլացման։ Եթե միջուկի գրգռման էներգիան ավելի մեծ է, քան որոշ էներգիա կոչվում է ակտիվացման էներգիա , այնուհետև պրոտոնների էլեկտրաստատիկ վանման ազդեցությամբ միջուկը բաժանվում է երկու մասի՝ արտանետմամբ. տրոհման նեյտրոններ . Եթե նեյտրոնի կլանման ժամանակ գրգռման էներգիան ավելի փոքր է, քան ակտիվացման էներգիան, ապա միջուկը չի հասնում.

տրոհման կրիտիկական փուլը և, արձակելով քվանտ, վերադառնում է հիմնական

Միջուկը կազմող նուկլոնները գործում են միջուկային ուժեր , զգալիորեն գերազանցելով Կուլոնյան վանող ուժերը պրոտոնների միջև։ Տարրական մասնիկների դաշտի տեսության տեսանկյունից միջուկային ուժերը հիմնականում մոտակա գոտում նուկլոնների մագնիսական դաշտերի փոխազդեցության ուժեր են։ Մեծ հեռավորությունների վրա նման փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան նվազում է 1/r 3 օրենքի համաձայն, սա բացատրում է դրանց կարճատև բնույթը: Հեռավորության վրա (3 ∙10 -13 սմ) միջուկային ուժերը դառնում են գերիշխող, իսկ (9,1 ∙10 -14 սմ) փոքր հեռավորությունների վրա դրանք վերածվում են էլ ավելի հզոր վանող ուժերի։

միջուկային ուժեր են կարճաժամկետ ուժերը։ Նրանք հայտնվում են միայն 10–15 մ կարգի միջուկի նուկլոնների միջև շատ փոքր հեռավորությունների վրա։Երկարությունը (1,5–2,2) 10–15 մ կոչվում է. միջուկային ուժերի շրջանակը.

Միջուկային ուժերը բացահայտում են լիցքավորել անկախություն Երկու նուկլոնների միջև ձգողականությունը նույնն է, անկախ նուկլոնների լիցքավորման վիճակից՝ պրոտոնից կամ նեյտրոնից։ Միջուկային ուժերի լիցքի անկախությունը երևում է կապող էներգիաների համեմատությունից հայելային միջուկներ . Ինչպե՞ս են կոչվում միջուկները:,որոնցում նուկլոնների ընդհանուր թիվը նույնն է,բայց մեկում պրոտոնների թիվը հավասար է մյուսի նեյտրոնների թվին. Օրինակ՝ հելիումի և ծանր ջրածնի միջուկներ՝ տրիտում։ Այս միջուկների կապող էներգիան 7,72 ՄէՎ և 8,49 ՄէՎ է։

Միջուկների կապող էներգիաների տարբերությունը, որը հավասար է 0,77 ՄէՎ, համապատասխանում է միջուկում երկու պրոտոնների Կուլոնյան վանման էներգիային։

Միջուկային ուժերն ունեն հագեցվածության հատկություն , որը դրսևորվում է, որ միջուկում նուկլոնը փոխազդում է միայն իրեն ամենամոտ հարևան նուկլոնների սահմանափակ քանակի հետ. Ահա թե ինչու կա միջուկների կապող էներգիաների գծային կախվածությունը դրանց զանգվածային թվերից Ա. Միջուկային ուժերի գրեթե ամբողջական հագեցվածություն է ձեռք բերվում α-մասնիկում, որը շատ կայուն գոյացություն է։

Միջուկային ուժերը կախված են պտտվող կողմնորոշումներ փոխազդող նուկլոններ. Սա հաստատում է օրթո- և պարաջրածնի մոլեկուլների կողմից նեյտրոնների ցրման տարբեր բնույթը: Օրթաջրածնի մոլեկուլում երկու պրոտոնների սպինները զուգահեռ են միմյանց, մինչդեռ պարաջրածնի մոլեկուլում՝ հակազուգահեռ։ Փորձերը ցույց են տվել, որ նեյտրոնների ցրումը պարաջրածնի կողմից 30 անգամ ավելի մեծ է, քան օրթոհրաջրածնի ցրումը։ միջուկային ուժեր կենտրոնական չեն.

Նուկլոնների փոխազդեցությունն առաջանում է միջուկային դաշտի քվանտների արտանետման և կլանման արդյունքում։ – π- մեզոններ . Նրանք միջուկային դաշտը սահմանում են էլեկտրամագնիսական դաշտի անալոգիայով, որն առաջանում է ֆոտոնների փոխանակման արդյունքում։

Կապի էներգիա

Միջուկների ուժը բնութագրվում է կապող էներգիայով։ Կապող էներգիայի մեծությունը հավասար է աշխատանքին, որը պետք է ծախսվի միջուկը իր բաղկացուցիչ նուկլոնների մեջ ոչնչացնելու համար՝ առանց դրանց կինետիկ էներգիա հաղորդելու։ . Նույն քանակությամբ էներգիա է արձակվում նուկլոններից միջուկի ձևավորման ժամանակ։ Միջուկային կապող էներգիան միջուկը կազմող բոլոր ազատ նուկլոնների էներգիայի և միջուկում նրանց էներգիայի միջև եղած տարբերությունն է։

Երբ միջուկը ձևավորվում է, նրա զանգվածը նվազում է. միջուկի զանգվածը փոքր է նրա բաղկացուցիչ նուկլոնների զանգվածների գումարից։ Միջուկի զանգվածի նվազումը դրա առաջացման ընթացքում բացատրվում է կապող էներգիայի արտազատմամբ։ Նյութի մեջ պարունակվող էներգիայի քանակն ուղղակիորեն կապված է նրա զանգվածի հետ Էյնշտեյնի հարաբերությամբ

E=mc2 .

IN Ըստ այս հարաբերության՝ զանգվածը և էներգիան նույն երևույթի տարբեր ձևեր են։ Ոչ զանգվածը, ոչ էներգիան չեն անհետանում, բայց համապատասխան պայմաններում դրանք անցնում են այնտեղիցմի տեսակ մյուսին, այսինքն. զանգվածի ցանկացած փոփոխություն մհամակարգը համապատասխանում է իր էներգիայի համարժեք փոփոխությանը Ե.

Ազատ նուկլոնների զանգվածի և միջուկի զանգվածի միջև տարբերությունը կոչվում է զանգվածային թերություն ատոմային միջուկ. Եթե զանգվածով միջուկը մ կազմված է Զ զանգվածով պրոտոններ մ էջ և սկսած (A - Z) զանգվածով նեյտրոններ m n , ապա զանգվածային թերությունը Δ մ որոշվում է հարաբերակցությամբ

Երբ մասնիկներից միջուկ է գոյանում, վերջիններս փոքր հեռավորությունների վրա միջուկային ուժերի գործողության պատճառով մեծ արագացումով շտապում են միմյանց։ Այս դեպքում արձակված գամմա ճառագայթները պարզապես էներգիա ունեն Ե Սբ. և քաշը մ .

Զանգվածային արատով, օգտագործելով Էյնշտեյնի հավասարումը ( E \u003d mc 2 ) հնարավոր է որոշել միջուկի առաջացման արդյունքում արձակված էներգիան, այսինքն. կապի էներգիա (E cv ):

E cv = Δ մ գ 2

Մեկ նուկլեոնի միացման էներգիան (այսինքն՝ ընդհանուր կապի էներգիան բաժանված է միջուկի նուկլոնների թվի վրա) կոչվում է. հատուկ կապող էներգիա :

Որքան մեծ է հատուկ կապող էներգիայի բացարձակ արժեքը, այնքան ավելի ուժեղ է փոխազդեցությունը նուկլոնների և միջուկի միջև: Մեկ նուկլեոնի համար կապող ամենաբարձր էներգիան՝ մոտ 8,75 ՄէՎ, բնորոշ է պարբերական համակարգի միջին մասի տարրերին։

Միջուկային սպեկտրներ

Ատոմային միջուկը, ինչպես միկրոաշխարհի մյուս օբյեկտները, քվանտային համակարգ է։ Սա նշանակում է, որ դրա բնութագրերի տեսական նկարագրությունը պահանջում է քվանտային տեսության ներգրավում։ Քվանտային տեսության մեջ ֆիզիկական համակարգերի վիճակների նկարագրությունը հիմնված է ալիքային ֆունկցիաներ,կամ հավանականության ամպլիտուդներψ(α,t). Այս ֆունկցիայի մոդուլի քառակուսին որոշում է ուսումնասիրվող համակարգի հայտնաբերման հավանականության խտությունը α – ρ(α,t) = |ψ(α,t)| 2. Ալիքային ֆունկցիայի արգումենտը կարող է լինել, օրինակ, մասնիկի կոորդինատները։

Ատոմային միջուկների քվանտային բնույթը դրսևորվում է նրանց գրգռման սպեկտրների օրինաչափություններում: Միջուկներն ունեն հնարավոր էներգետիկ վիճակների դիսկրետ սպեկտրներ: Այսպիսով, էներգիայի և մի շարք այլ պարամետրերի քվանտացումը ոչ միայն ատոմների, այլև ատոմային միջուկների հատկությունն է։ Էներգիայի նվազագույն քանակով ատոմային միջուկի վիճակը կոչվում է հիմնական, կամ նորմալ, ավելորդ էներգիա ունեցող վիճակները (համեմատած հիմնական վիճակի հետ) կոչվում են հուզված .

Միջուկի վիճակների սպեկտրը 12 ԻՑ

Ատոմները սովորաբար գրգռված վիճակում են գտնվում մոտ 10 -8 վայրկյան, իսկ գրգռված ատոմային միջուկները ավելորդ էներգիայից ազատվում են շատ ավելի կարճ ժամանակում՝ մոտ 10 -15 - 10 -16 վայրկյանում։ Ինչպես ատոմները, այնպես էլ գրգռված միջուկներն ազատվում են ավելորդ էներգիայից՝ արտանետելով էլեկտրամագնիսական ճառագայթման քվանտա։ Այս քվանտները կոչվում են գամմա քվանտա (կամ գամմա ճառագայթներ): Ատոմային միջուկի էներգետիկ վիճակների դիսկրետ հավաքածուն համապատասխանում է նրանց գամմա ճառագայթների արձակած հաճախականությունների դիսկրետ սպեկտրին:

Միջուկային սպեկտրներում շատ օրինաչափություններ կարելի է բացատրել՝ օգտագործելով ատոմային միջուկի կառուցվածքի այսպես կոչված թաղանթի մոդելը: Ըստ այս մոդելի՝ միջուկում նուկլեոնները խառնված չեն անկարգություններով, այլ, ինչպես ատոմում էլեկտրոնները, դասավորված են կապված խմբերով՝ լրացնելով միջուկային թույլատրված թաղանթները։ Այս դեպքում պրոտոնային և նեյտրոնային թաղանթները լցվում են միմյանցից անկախ։ Նեյտրոնների առավելագույն քանակը՝ 2, 8, 20, 28, 40, 50, 82, 126 և պրոտոնները՝ 2, 8, 20, 28, 50, 82 լցված թաղանթներում կոչվում են մոգություն։ Պրոտոնների և նեյտրոնների կախարդական թվով միջուկներն ունեն շատ ուշագրավ հատկություններ. կապող հատուկ էներգիայի մեծացում, միջուկային փոխազդեցության մեջ մտնելու ավելի ցածր հավանականություն, ռադիոակտիվ քայքայման դիմադրություն և այլն: Օրինակ՝ «կրկնակի մոգություն» են միջուկները։ 4 Նա, 16 Օ, 28 Սի. Հենց նրանց առանձնահատուկ բարձր կայունության պատճառով է, որ այդ միջուկները բնության մեջ ամենատարածվածն են:

Միջուկի անցումը հիմնական վիճակից գրգռված վիճակի և վերադարձը հիմնական վիճակին, թաղանթի մոդելի տեսանկյունից, բացատրվում է նուկլեոնի մի պատյանից մյուսը և հետադարձ անցումով։

Միջուկների ինքնաբուխ անցումներ ավելի բարձր գրգռված վիճակներից դիսկրետ միջուկի մինչև իջեցման սպեկտրը (ներառյալ հիմնական վիճակը) իրականացվում են, որպես կանոն, γ-քվանտների ճառագայթմամբ, այսինքն. հաշվին էլեկտրամագնիսական փոխազդեցություններ. Բարձր գրգռման էներգիաների շրջանում, երբ E > E ot, գրգռված միջուկի մակարդակի լայնությունները կտրուկ աճում են։ Փաստն այն է, որ նուկլոնի միջուկից առանձնացնելիս հիմնական դերը խաղում են միջուկային ուժերը, այսինքն. ուժեղ փոխազդեցություններ.Ուժեղ փոխազդեցությունների հավանականությունը մեծության կարգերով ավելի բարձր է, քան էլեկտրամագնիսականների հավանականությունը, հետևաբար, ուժեղ փոխազդեցությունների քայքայման լայնությունները մեծ են, և միջուկային սպեկտրների մակարդակները E > E sep տարածաշրջանում համընկնում են. միջուկի սպեկտրը դառնում է շարունակական: Այս էներգիայի միջակայքից խիստ գրգռված վիճակների քայքայման հիմնական մեխանիզմը նուկլեոնների և կլաստերների (α-մասնիկներ և դեյտրոններ) արտանետումն է։ E > E resp բարձր գրգռման էներգիաների այս տարածաշրջանում γ-քվանտների արտանետումը տեղի է ունենում ավելի քիչ հավանականությամբ, քան նուկլեոնների արտանետումը: Հուզված միջուկը, որպես կանոն, ունի մի քանի ուղի, կամ ալիքներ, քայքայվել։

Միջուկում նուկլոնների միացման հսկայական էներգիան ցույց է տալիս, որ նուկլոնների միջև շատ ինտենսիվ փոխազդեցություն կա։ Այս փոխազդեցությունը գրավչության բնույթ է կրում: Այն նուկլեոնները պահում է միմյանցից սմ հեռավորության վրա՝ չնայած պրոտոնների միջև ուժեղ Կուլոնյան վանմանը։ Նուկլոնների միջուկային փոխազդեցությունը կոչվում է ուժեղ փոխազդեցություն։ Այն կարելի է նկարագրել՝ օգտագործելով միջուկային ուժերի դաշտը։ Թվարկենք այս ուժերի տարբերակիչ հատկանիշները։

1. Միջուկային ուժերը փոքր հեռահարության են: Նրանց տիրույթը կարգի է: ից շատ փոքր հեռավորությունների վրա նուկլեոնների ձգողականությունը փոխարինվում է վանողությամբ։

2. Ուժեղ փոխազդեցությունը կախված չէ նուկլոնների լիցքից։ Երկու պրոտոնների՝ պրոտոնի և նեյտրոնի և երկու նեյտրոնի միջև գործող միջուկային ուժերը նույն մեծության են։ Այս հատկությունը կոչվում է միջուկային ուժերի լիցքի անկախություն:

3. Միջուկային ուժերը կախված են նուկլեոնային սպինների փոխադարձ կողմնորոշումից։ Այսպիսով, օրինակ, նեյտրոնն ու պրոտոնը պահվում են միասին՝ ձևավորելով ջրածնի ծանր միջուկ դեյտրոն (կամ դեյտրոն) միայն դրանում։ եթե նրանց պտույտները զուգահեռ են միմյանց:

4. Միջուկային ուժերը կենտրոնական չեն. Նրանք չեն կարող ներկայացված լինել ուղիղ գծի երկայնքով, որը կապում է փոխազդող նուկլոնների կենտրոնները: Միջուկային ուժերի ոչ կենտրոնականությունը բխում է, մասնավորապես, նրանից, որ դրանք կախված են նուկլեոնային սպինների կողմնորոշումից։

5. Միջուկային ուժերը հագեցվածության հատկություն ունեն (սա նշանակում է, որ միջուկի յուրաքանչյուր նուկլոն փոխազդում է սահմանափակ թվով նուկլոնների հետ)։ Հագեցվածությունը դրսևորվում է նրանով, որ միջուկում նուկլոնների հատուկ կապակցման էներգիան չի աճում նուկլոնների քանակի ավելացման հետ, այլ մնում է մոտավորապես հաստատուն։ Բացի այդ, միջուկային ուժերի հագեցվածությունը ցույց է տալիս նաև միջուկի ծավալի համաչափությունը այն կազմող նուկլոնների թվին (տես բանաձևը (66.8)):

Ըստ ժամանակակից հասկացությունների՝ ուժեղ փոխազդեցությունը պայմանավորված է նրանով, որ նուկլեոնները գործնականում փոխանակում են մասնիկներ, որոնք կոչվում են մեզոններ։ Այս գործընթացի էությունը հասկանալու համար նախ դիտարկենք, թե ինչպիսին է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը քվանտային էլեկտրադինամիկայի տեսանկյունից։

Լիցքավորված մասնիկների փոխազդեցությունն իրականացվում է էլեկտրամագնիսական դաշտի միջոցով։ Մենք գիտենք, որ այս դաշտը կարող է ներկայացվել որպես ֆոտոնների հավաքածու:

Համաձայն քվանտային էլեկտրադինամիկայի հասկացությունների՝ երկու լիցքավորված մասնիկների՝ էլեկտրոնների, փոխազդեցության գործընթացը բաղկացած է ֆոտոնների փոխանակումից։ Յուրաքանչյուր մասնիկ իր շուրջը դաշտ է ստեղծում՝ շարունակաբար արտանետելով և կլանելով ֆոտոններ: Դաշտի գործողությունը մեկ այլ մասնիկի վրա դրսևորվում է առաջին մասնիկի արձակած ֆոտոններից մեկի կլանման արդյունքում։ Փոխազդեցության նման նկարագրությունը չի կարող բառացի ընկալվել: Ֆոտոնները, որոնց միջոցով իրականացվում է փոխազդեցությունը, սովորական իրական ֆոտոններ չեն, այլ վիրտուալ։ Քվանտային մեխանիկայի մեջ մասնիկները կոչվում են վիրտուալ, եթե դրանք չեն կարող հայտնաբերվել իրենց կյանքի ընթացքում: Այս առումով վիրտուալ մասնիկները կարելի է անվանել երևակայական։

«Վիրտուալ» տերմինի իմաստը ավելի լավ հասկանալու համար հաշվի առեք էլեկտրոնը հանգիստ վիճակում: Շրջապատող տարածության մեջ դաշտ ստեղծելու գործընթացը կարելի է ներկայացնել հավասարմամբ

Ֆոտոնի և էլեկտրոնի ընդհանուր էներգիան ավելի մեծ է, քան հանգստի վիճակում գտնվող էլեկտրոնի էներգիան: Հետևաբար, (69.1) հավասարմամբ նկարագրված փոխակերպումն ուղեկցվում է էներգիայի պահպանման օրենքի խախտմամբ։ Այնուամենայնիվ, վիրտուալ ֆոտոնի համար այս խախտումն ակնհայտ է: Քվանտային մեխանիկայի համաձայն՝ ժամանակ գոյություն ունեցող վիճակի էներգիան որոշվում է միայն անորոշության կապը բավարարող ճշգրտությամբ.

(տես բանաձևը (20.3)): Այս հարաբերությունից հետևում է, որ համակարգի էներգիան կարող է ենթարկվել AE շեղումների, որոնց տևողությունը չպետք է գերազանցի պայմանով որոշված արժեքը (69.2): Հետևաբար, եթե էլեկտրոնի կողմից արտանետվող վիրտուալ ֆոտոնը կլանվում է նույն կամ մեկ այլ էլեկտրոնի կողմից մինչև ժամանակի լրանալը (որտեղ ), ապա էներգիայի պահպանման վակոնի խախտումը հնարավոր չէ հայտնաբերել։

Երբ էլեկտրոնին տրվում է հավելյալ էներգիա (դա կարող է պատահել, օրինակ, երբ այն բախվում է մեկ այլ էլեկտրոնի), վիրտուալի փոխարեն կարող է իրական ֆոտոն արտանետվել, որը կարող է անվերջ գոյություն ունենալ։

Պայմանով (69.2) որոշված ժամանակի համար վիրտուալ ֆոտոնը կարող է փոխանցել փոխազդեցությունը հեռավորությամբ բաժանված կետերի միջև։

Ֆոտոնի էներգիան կարող է կամայականորեն փոքր լինել (հաճախականությունը տատանվում է 0-ից մինչև ): Հետեւաբար, էլեկտրոդի մագնիսական ուժերի տիրույթն անսահմանափակ է:

Եթե փոխազդող էլեկտրոնների կողմից փոխանակվող մասնիկները զրոյից տարբեր զանգված ունենային, ապա համապատասխան ուժերի գործողության շառավիղը կսահմանափակվի արժեքով.

որտեղ է տվյալ մասնիկի Compton ալիքի երկարությունը (տես (11.6)): Մենք ենթադրեցինք, որ մասնիկը` փոխազդեցության կրողը, շարժվում է c արագությամբ:

1934 թվականին Ի. Է. Թամմն առաջարկեց, որ նուկլոնների փոխազդեցությունը փոխանցվում է նաև վիրտուալ մասնիկների միջոցով։ Այն ժամանակ, բացի նուկլեոններից, հայտնի էին միայն ֆոտոնը, էլեկտրոնը, պոզիտրոնը և նեյտրինոն։ Այս մասնիկներից ամենածանրը՝ էլեկտրոնը, ունի կոմպտոնյան ալիքի երկարություն (տես (11.7)), որը երկու կարգով մեծ է միջուկային ուժերի գործողության շառավղից։ Բացի այդ, ուժերի մեծությունը, որոնք կարող էին պայմանավորված լինել վիրտուալ էլեկտրոններով, ինչպես ցույց են տվել հաշվարկները, չափազանց փոքր է ստացվել։ Այսպիսով, վիրտուալ մասնիկների փոխանակման միջոցով միջուկային ուժերը բացատրելու առաջին փորձը անհաջող է ստացվել։

1935 թվականին ճապոնացի ֆիզիկոս Հ. Յուկավան համարձակ վարկած է արտահայտել, որ բնության մեջ դեռևս կան չբացահայտված մասնիկներ, որոնց զանգվածը 200-300 անգամ մեծ է էլեկտրոնի զանգվածից, և որ այդ մասնիկները գործում են որպես միջուկային փոխազդեցության կրողներ, ինչպես ֆոտոնները։ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության կրողներ են։ Յուկավան այս հիպոթետիկ մասնիկներին անվանել է ծանր ֆոտոններ։ Քանի որ զանգվածային առումով այս մասնիկները միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում էլեկտրոնների և նուկլեոնների միջև, դրանք հետագայում կոչվեցին մեզոններ (հունարեն «mesos» նշանակում է միջին),

1936 թվականին Անդերսոնը և Նեդերմեյերը տիեզերական ճառագայթներում հայտնաբերեցին մասնիկներ, որոնց զանգվածը հավասար է . Սկզբում ենթադրվում էր, որ այս մասնիկները, որոնք կոչվում են մեզոններ կամ մյուոններ, հանդիսանում են Յուկավայի կողմից կանխատեսված փոխազդեցության կրողներ: Սակայն հետագայում պարզվեց, որ մյուոնները շատ թույլ են փոխազդում նուկլեոնների հետ, այնպես որ նրանք չեն կարող պատասխանատու լինել միջուկային փոխազդեցությունների համար։ Միայն 1947 թվականին Օկչիալինին և Փաուելը հայտնաբերեցին տիեզերական ճառագայթման մեկ այլ տեսակի մեզոններ՝ այսպես կոչված -մեզոններ կամ պիոններ, որոնք, պարզվեց, միջուկային ուժերի կրողներ էին, որոնք կանխագուշակվել էին Յուկավան 12 տարի առաջ:

Կան դրական բացասական և չեզոք մեզոններ։ U-մեզոնների լիցքը հավասար է տարրական լիցքին։ Լիցքավորված պիոնների զանգվածը նույնն է և հավասար է, -մեզոնի զանգվածը հավասար է .

Ե՛վ լիցքավորված, և՛ չեզոք մեզոնների սպինը հավասար է զրոյի: Բոլոր երեք մասնիկները անկայուն են: և -մեզոնների կյանքի տևողությունը , -մեզոններ - .

Լիցքավորված մեզոնների ճնշող մեծամասնությունը քայքայվում է ըստ սխեմայի

( - դրական և բացասական մյուոններ, v - նեյտրինո, - հականեյտրինո): Միջին հաշվով, միլիոնից 2,5 քայքայումն ընթանում է այլ սխեմաներով (օրինակ և այլն, և այն դեպքում, այսինքն ՝ պոզիտրոն է ձևավորվում, իսկ դեպքում, այսինքն ՝ էլեկտրոն):

Միջին հաշվով, -մեզոնները քայքայվում են երկու -քվանտների.

Մնացած քայքայումներն իրականացվում են ըստ սխեմաների.

-մեզոններ կամ մյուոններ կոչվող մասնիկները պատկանում են լեպտոնների դասին (տե՛ս § 74), այլ ոչ թե մեզոնների։ Հետևաբար, մենք նրանց կկոչենք մյուոններ: Մյուոնները ունեն դրական կամ բացասական լիցք, որը հավասար է տարրական լիցքին (չեզոք մյուոն չկա)։ Մյուոնի զանգվածը սպին-կես է: Մուոյները, ինչպես -մեզոնները, անկայուն են, քայքայվում են ըստ սխեմայի.

Երկու մյուոնների կյանքի տևողությունը նույնն է և հավասար:

Եկեք անդրադառնանք նուկլոնների փոխանակման փոխազդեցության քննարկմանը: Վիրտուալ գործընթացների արդյունքում

Պարզվում է, որ նուկլեոնը շրջապատված է վիրտուալ մեզոնների ամպով, որոնք կազմում են միջուկային ուժերի դաշտը։ Մեկ այլ նուկլեոնի կողմից այս մեզոնների կլանումը հանգեցնում է նուկլոնների միջև ուժեղ փոխազդեցության, որն իրականացվում է հետևյալ սխեմաներից մեկի համաձայն.

Թիրախում հայտնաբերված է գործնականորեն հանգստացող նեյտրոնների համապատասխան քանակություն։ Բացարձակապես անհավանական է, որ նման մեծ թվով նեյտրոններ իրենց իմպուլսը ամբողջությամբ փոխանցեն նախկինում հանգստացող պրոտոններին՝ ճակատային հարվածների արդյունքում։ Հետևաբար, պետք է խոստովանել, որ պրոտոնների մոտ թռչող նեյտրոնների մի մասը գրավում է վիրտուալ մեզոններից մեկը։ Արդյունքում նեյտրոնը վերածվում է պրոտոնի, իսկ լիցքը կորցրած պրոտոնը՝ նեյտրոնի (նկ. 69.2):

Եթե նուկլեոնին տրվի -մեզոնի զանգվածին համարժեք էներգիա, ապա վիրտուալ -մեզոնը կարող է իրական դառնալ։ Անհրաժեշտ էներգիան կարող է փոխանցվել բավականաչափ արագացված նուկլոնների (կամ միջուկների) բախման կամ նուկլեոնի կողմից քվանտի կլանման միջոցով։ Բախվող բույսերի շատ բարձր էներգիաների դեպքում մի քանի իրական

1. Միջուկային ուժերն են կարճ հեռահարության ձգողական ուժեր . Նրանք հայտնվում են միայն 10–15 մ կարգի միջուկի նուկլոնների միջև շատ փոքր հեռավորությունների վրա։Երկարությունը (1,5–2,2) 10–15 մ կոչվում է. միջուկային ուժերի շրջանակըդրանք արագորեն նվազում են նուկլոնների միջև հեռավորության աճով: (2-3) մ հեռավորության վրա միջուկային փոխազդեցությունը գործնականում բացակայում է։

3. Միջուկային ուժերի հատկանիշը նաև նրանցն է լիցքավորել անկախություն , այսինքն. դրանք կախված չեն նուկլեոնների լիցքից, հետևաբար պրոտոնների և նեյտրոնների միջուկային փոխազդեցությունները նույնն են։ Միջուկային ուժերի լիցքի անկախությունը կարելի է տեսնել կապող էներգիաների համեմատությունից։ հայելային միջուկներ.Ինչպե՞ս են կոչվում միջուկները:, որոնցում նուկլոնների ընդհանուր թիվը նույնն է, գիշերը մեկում պրոտոնների թիվը հավասար է մյուսի նեյտրոնների թվին. Օրինակ՝ հելիումի միջուկների և ծանր ջրածնի՝ տրիտիումի կապող էներգիաները համապատասխանաբար 7,72 են։ MeVև 8.49 MeVԱյս միջուկների կապող էներգիաների տարբերությունը, որը հավասար է 0,77 ՄէՎ, համապատասխանում է միջուկում երկու պրոտոնների Կուլոնյան վանման էներգիային։ Եթե այս աճը հավասար լինի, կարելի է պարզել, որ միջին հեռավորությունը rմիջուկում պրոտոնների միջև 1,9·10 -15 մ է, ինչը համապատասխանում է միջուկային ուժերի գործողության շառավիղի արժեքին:

4. Միջուկային ուժեր կենտրոնական չեն և կախված են փոխազդող նուկլոնների սպինների փոխադարձ կողմնորոշումից։ Սա հաստատում է օրթո- և պարաջրածնի մոլեկուլների կողմից նեյտրոնների ցրման տարբեր բնույթը: Օրթաջրածնի մոլեկուլում երկու պրոտոնների սպինները զուգահեռ են միմյանց, մինչդեռ պարաջրածնի մոլեկուլում՝ հակազուգահեռ։ Փորձերը ցույց են տվել, որ նեյտրոնների ցրումը պարաջրածնի կողմից 30 անգամ ավելի մեծ է, քան օրթոհրաջրածնի ցրումը։

Միջուկային ուժերի բարդ բնույթը թույլ չի տալիս մշակել միջուկային փոխազդեցության միասնական հետևողական տեսություն, թեև առաջարկվել են բազմաթիվ տարբեր մոտեցումներ։ Ըստ ճապոնացի ֆիզիկոս Հ.Յուկավայի (1907-1981) վարկածի, որը նա առաջարկել է 1935 թվականին, միջուկային ուժերը պայմանավորված են փոխանակմամբ՝ մեզոններ, այսինքն. տարրական մասնիկներ, որոնց զանգվածը մոտավորապես 7 անգամ փոքր է նուկլեոնների զանգվածից։ Ըստ այս մոդելի՝ նուկլեոնը ժամանակի ընթացքում մ- մեզոնի զանգվածը) արձակում է մեզոն, որը շարժվելով լույսի արագությանը մոտ արագությամբ, անցնում է մի տարածություն, որից հետո այն կլանվում է երկրորդ նուկլեոնի կողմից։ Իր հերթին երկրորդ նուկլեոնը նույնպես արձակում է մեզոն, որը կլանվում է առաջինի կողմից։ Հետևաբար, Հ. Յուկավայի մոդելում նուկլեոնների փոխազդեցության հեռավորությունը որոշվում է մեզոնների ուղու երկարությամբ, որը համապատասխանում է մոտ հեռավորությանը։ մև մեծության կարգով համընկնում է միջուկային ուժերի գործողության շառավիղին։

Հարց 26. տրոհման ռեակցիաներ. 1938-ին գերմանացի գիտնականներ Օ. Հանը (1879-1968) և Ֆ. Ստրասմանը (1902-1980) հայտնաբերեցին, որ երբ ուրանը ռմբակոծվում է նեյտրոններով, երբեմն առաջանում են միջուկներ, որոնք ունեն սկզբնական ուրանի միջուկի չափի մոտավորապես կեսը: Այս երեւույթը կոչվել է միջուկային տրոհում.

Միջուկային տրոհման գործընթացն ընթանում է շատ արագ (~10 -12 վրկ-ի ընթացքում): (7.14) նման ռեակցիայի ժամանակ արձակված էներգիան մոտավորապես 200 ՄէՎ է ուրանի-235 միջուկի տրոհման մեկ գործողության համար:

Ընդհանուր դեպքում ուրանի-235 միջուկի տրոհման ռեակցիան կարելի է գրել այսպես.

Նեյտրոններ (7.15)

տրոհման կրիտիկական փուլը և, արտանետելով -քվանտ, վերադառնում է հիմնական

վիճակ.

Միջուկային տրոհման ռեակցիայի կարևոր հատկանիշը դրա հիման վրա ինքնապահպանվող միջուկային շղթայական ռեակցիան իրականացնելու կարողությունն է։ . Դա պայմանավորված է նրանով, որ յուրաքանչյուր տրոհման իրադարձության ժամանակ միջինում մեկից ավելի նեյտրոն է արձակվում։ Դրվագների զանգվածը, լիցքը և կինետիկ էներգիան XԵվ U,(7.15) տիպի տրոհման ռեակցիայի ընթացքում առաջացած տարբեր են։ Այս բեկորները արագորեն դանդաղեցնում են միջավայրը՝ առաջացնելով իոնացում, տաքացում և կառուցվածքի խախտում: Միջուկային էներգիան ջերմային էներգիայի վերածելու հիմք է հանդիսանում տրոհման բեկորների կինետիկ էներգիայի օգտագործումը՝ շնորհիվ նրանց միջավայրի տաքացման։ Միջուկային տրոհման բեկորները ռեակցիայից հետո գտնվում են գրգռված վիճակում և արտանետմամբ անցնում են հիմնական վիճակի. β - մասնիկներ և -քվանտաներ:

Վերահսկվող միջուկային ռեակցիաիրականացվել է միջուկային ռեակտոր և ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ։ Առաջին միջուկային ռեակտորը կառուցվել է 1942 թվականին ԱՄՆ-ում (Չիկագո) ֆիզիկոս Է.Ֆերմիի (1901 - 1954 թթ.) ղեկավարությամբ։ ԽՍՀՄ-ում առաջին միջուկային ռեակտորը ստեղծվել է 1946 թվականին՝ Ի.Վ. Կուրչատովի ղեկավարությամբ։ Հետո միջուկային ռեակցիաները վերահսկելու փորձ ձեռք բերելուց հետո սկսեցին ատոմակայաններ կառուցել։

Հարց 27. միջուկային միաձուլում կոչվում է պրոտոնների և նեյտրոնների կամ առանձին լուսային միջուկների միաձուլման ռեակցիա, որի արդյունքում առաջանում է ավելի ծանր միջուկ։ Միջուկային միաձուլման ամենապարզ ռեակցիաներն են.

, ΔQ = 17,59 ՄէՎ; (7.17)

Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ միավոր զանգվածի վրա միջուկային միաձուլման ռեակցիաների գործընթացում թողարկվող էներգիան զգալիորեն գերազանցում է միջուկային տրոհման ռեակցիաներում թողարկված էներգիան։ Ուրանի-235 միջուկի տրոհման ռեակցիայի ժամանակ արտազատվում է մոտավորապես 200 ՄէՎ, այսինքն. 200:235=0,85 ՄէՎ մեկ նուկլեոնում, իսկ միաձուլման ռեակցիայի ժամանակ (7,17) արտազատվում է մոտավորապես 17,5 ՄէՎ էներգիա, այսինքն՝ 3,5 ՄէՎ մեկ նուկլեոնում (17,5:5=3,5 ՄէՎ)։ Այս կերպ, միաձուլման գործընթացը մոտ 4 անգամ ավելի արդյունավետ է, քան ուրանի տրոհման գործընթացը (հաշվարկվում է տրոհման ռեակցիային մասնակցող միջուկի մեկ նուկլեոնի համար)։

Այս ռեակցիաների բարձր արագությունը և համեմատաբար բարձր էներգիայի արտանետումը դեյտերիումի և տրիտիումի հավասար բաղադրիչ խառնուրդը դարձնում են ամենահեռանկարայինը խնդրի լուծման համար։ վերահսկվող ջերմամիջուկային միաձուլում: Մարդկության՝ էներգետիկ խնդիրների լուծման հույսերը կապված են կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման հետ։ Իրավիճակն այնպիսին է, որ ուրանի պաշարները՝ որպես ատոմակայանների հումք, սահմանափակ են Երկրի վրա։ Բայց օվկիանոսների ջրում պարունակվող դեյտերիումը էժան միջուկային վառելիքի գրեթե անսպառ աղբյուր է։ Տրիտիումի հետ կապված իրավիճակը մի փոքր ավելի բարդ է։ Տրիտիումը ռադիոակտիվ է (նրա կիսատ կյանքը 12,5 տարի է, քայքայման ռեակցիան նման է :), բնության մեջ չի առաջանում։ Ուստի աշխատանքն ապահովելու համար fusion ռեակտորոր որպես միջուկային վառելիք օգտագործում է տրիտումը, պետք է ապահովել դրա վերարտադրության հնարավորությունը։

Այդ նպատակով ռեակտորի աշխատանքային գոտին պետք է շրջապատված լինի թեթեւ լիթիումի իզոտոպի շերտով, որում տեղի կունենա ռեակցիան։

Այս ռեակցիայի արդյունքում ձևավորվում է ջրածնի տրիտիում () իզոտոպը։

Հետագայում դիտարկվում է դեյտերիումի և հելիումի իզոտոպի խառնուրդի հիման վրա ցածր ռադիոակտիվ ջերմամիջուկային ռեակտոր ստեղծելու հնարավորությունը, միաձուլման ռեակցիան ունի ձև.

MeV.(7.20)

Այս ռեակցիայի արդյունքում, միաձուլման արտադրանքներում նեյտրոնների բացակայության պատճառով, ռեակտորի կենսաբանական վտանգը կարող է կրճատվել չորսից հինգ կարգով, ինչպես միջուկային տրոհման ռեակտորների, այնպես էլ դեյտերիումի վրա գործող ջերմամիջուկային ռեակտորների համեմատությամբ։ տրիտիումի վառելիքը, ռադիոակտիվ նյութերի արդյունաբերական մշակման և դրանց տեղափոխման կարիք չկա, որակապես հեշտացնում է ռադիոակտիվ թափոնների հեռացումը։ Այնուամենայնիվ, ապագայում էկոլոգիապես մաքուր ջերմամիջուկային ռեակտորի ստեղծման հեռանկարները, որոնք հիմնված են դեյտերիումի () հելիումի իզոտոպի () խառնուրդի վրա, բարդանում են հումքի խնդրով. Երկրի վրա հելիումի իզոտոպի բնական պաշարները աննշան են: . Օմ դեյտերիումի ազդեցությունը էկոլոգիապես մաքուր ջերմամիջուկային էներգիայի ապագայում

Երկրային պայմաններում միաձուլման ռեակցիաների իրականացման ճանապարհին լույսի միջուկների էլեկտրաստատիկ վանման խնդիր է առաջանում, երբ նրանք մոտենում են այն հեռավորություններին, որոնց վրա սկսում են գործել ձգողական միջուկային ուժերը, այսինքն. մոտ 10 -15 մ, որից հետո տեղի է ունենում դրանց միաձուլման գործընթացը պայմանավորված թունելի էֆեկտ. Պոտենցիալ արգելքը հաղթահարելու համար բախվող լույսի միջուկներին պետք է տրվի ≈10 էներգիա. կէՎորը համապատասխանում է ջերմաստիճանին Տ ≈10 8 Կև ավելի բարձր: Հետեւաբար, բնական պայմաններում ջերմամիջուկային ռեակցիաները տեղի են ունենում միայն աստղերի ինտերիերում: Երկրային պայմաններում դրանց իրականացման համար նյութի ուժեղ ջեռուցումն անհրաժեշտ է կա՛մ միջուկային պայթյունով, կա՛մ հզոր գազի արտանետմամբ, կա՛մ լազերային ճառագայթման հսկա զարկերակով, կա՛մ ինտենսիվ մասնիկների ճառագայթով ռմբակոծմամբ: Ջերմամիջուկային ռեակցիաները մինչ այժմ իրականացվել են միայն ջերմամիջուկային (ջրածնային) ռումբերի փորձնական պայթյունների ժամանակ։

Հիմնական պահանջները, որոնք պետք է բավարարի ջերմամիջուկային ռեակտորը՝ որպես կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման սարք, հետևյալն են.

Նախ, հուսալի տաք պլազմային խցիկ (≈10 8 Կ)ռեակցիայի գոտում։ Հիմնարար գաղափարը, որը երկար տարիներ որոշել է այս խնդրի լուծման ճանապարհը, արտահայտվել է 20-րդ դարի կեսերին ԽՍՀՄ-ում, ԱՄՆ-ում և Մեծ Բրիտանիայում գրեթե միաժամանակ։ Այս գաղափարն է մագնիսական դաշտերի օգտագործումըբարձր ջերմաստիճանի պլազմայի զսպման և ջերմամեկուսացման համար։

Երկրորդը, երբ աշխատում է տրիտիում պարունակող վառելիքի վրա (որը բարձր ռադիոակտիվությամբ ջրածնի իզոտոպ է), տեղի կունենա միաձուլման ռեակտորի խցիկի պատերին ճառագայթային վնաս: Փորձագետների կարծիքով, խցիկի առաջին պատի մեխանիկական դիմադրությունը դժվար թե գերազանցի 5-6 տարին։ Սա նշանակում է տեղադրման պարբերական ամբողջական ապամոնտաժման և հեռակառավարման ռոբոտների օգնությամբ դրա հետագա հավաքման անհրաժեշտությունը՝ բացառիկ բարձր մնացորդային ռադիոակտիվության պատճառով:

Երրորդ, հիմնական պահանջը, որը պետք է բավարարի ջերմամիջուկային միաձուլումը, այն է, որ ջերմամիջուկային ռեակցիաների արդյունքում էներգիայի արտազատումը ավելի քան փոխհատուցի արտաքին աղբյուրներից ծախսված էներգիան՝ բուն ռեակցիան պահպանելու համար: Մեծ հետաքրքրություն են ներկայացնում «մաքուր» ջերմամիջուկային ռեակցիաները,

որոնք չեն արտադրում նեյտրոններ (տես (7.20) և ստորև ներկայացված ռեակցիան.

Հարց 28 α−, β−, γ− ճառագայթում.

Տակ ռադիոակտիվություն հասկանալ որոշ անկայուն ատոմային միջուկների կարողությունն ինքնաբերաբար փոխակերպվել այլ ատոմային միջուկների՝ ռադիոակտիվ ճառագայթման արտանետմամբ:

բնական ռադիոակտիվությունկոչվում է ռադիոակտիվություն, որը դիտվում է բնական անկայուն իզոտոպներում:

արհեստական ռադիոակտիվությունկոչվում է արագացուցիչների և միջուկային ռեակտորների վրա իրականացվող միջուկային ռեակցիաների արդյունքում ստացված իզոտոպների ռադիոակտիվություն։

Ռադիոակտիվ փոխակերպումները տեղի են ունենում ատոմների միջուկների կառուցվածքի, կազմի և էներգիայի վիճակի փոփոխությամբ և ուղեկցվում են լիցքավորված կամ չեզոք մասնիկների արտանետմամբ կամ գրավմամբ, ինչպես նաև էլեկտրամագնիսական բնույթի կարճ ալիքային ճառագայթման արձակմամբ (գամմա ճառագայթման քվանտա): ): Այս արտանետվող մասնիկները և քվանտները միասին կոչվում են ռադիոակտիվ (կամ իոնացնող ճառագայթումը, և այն տարրերը, որոնց միջուկները կարող են ինքնաբերաբար քայքայվել այս կամ այն պատճառով (բնական կամ արհեստական) կոչվում են ռադիոակտիվ կամ ռադիոնուկլիդներ . Ռադիոակտիվ քայքայման պատճառները միջուկային (կարճ հեռահարության) գրավիչ ուժերի և դրական լիցքավորված պրոտոնների էլեկտրամագնիսական (հեռահար) վանող ուժերի անհավասարակշռությունն են։

իոնացնող ճառագայթում– լիցքավորված կամ չեզոք մասնիկների և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման քվանտների հոսք, որի անցումը նյութի միջով հանգեցնում է միջավայրի ատոմների կամ մոլեկուլների իոնացման և գրգռման։ Իր բնույթով այն բաժանվում է ֆոտոնի (գամմա ճառագայթում, bremsstrahlung, ռենտգեն ճառագայթում) և կորպուսկուլյար (ալֆա ճառագայթում, էլեկտրոն, պրոտոն, նեյտրոն, մեզոն)։

Ներկայումս հայտնի 2500 նուկլիդներից միայն 271-ն են կայուն, մնացածը (90%) անկայուն են. ռադիոակտիվ; մեկ կամ մի քանի հաջորդական քայքայմամբ, որոնք ուղեկցվում են մասնիկների կամ γ-քվանտների արտանետմամբ, վերածվում են կայուն նուկլիդների։

Ռադիոակտիվ ճառագայթման բաղադրության ուսումնասիրությունը հնարավորություն տվեց այն բաժանել երեք տարբեր բաղադրիչների. α-ճառագայթում դրական լիցքավորված մասնիկների հոսք է՝ հելիումի միջուկներ (), β-ճառագայթում էլեկտրոնների կամ պոզիտրոնների հոսքն է, γ ճառագայթում - կարճ ալիքի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման հոսք:

Սովորաբար ռադիոակտիվության բոլոր տեսակներն ուղեկցվում են գամմա ճառագայթների՝ կոշտ, կարճ ալիքի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման արտանետմամբ։ Գամմա ճառագայթները ռադիոակտիվ փոխակերպումների գրգռված արտադրանքների էներգիայի նվազեցման հիմնական ձևն են: Ռադիոակտիվ քայքայման ենթարկվող միջուկը կոչվում է մայրական; առաջացող երեխա միջուկը, որպես կանոն, ստացվում է գրգռված, և դրա անցումը հիմնական վիճակին ուղեկցվում է քվանտի արտանետմամբ։

Պահպանության օրենքներ.Ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ պահպանվում են հետևյալ պարամետրերը.

1. Լիցքավորում . Էլեկտրական լիցքը չի կարող ստեղծվել կամ ոչնչացվել: Ընդհանուր լիցքը ռեակցիայից առաջ և հետո պետք է պահպանվի, չնայած այն կարող է տարբեր կերպ բաշխվել տարբեր միջուկների և մասնիկների միջև:

2. Զանգվածային համարը կամ ռեակցիայից հետո նուկլոնների թիվը պետք է հավասար լինի ռեակցիայից առաջ նուկլոնների թվին։

3. Ընդհանուր էներգիա . Կուլոնի էներգիան և համարժեք զանգվածների էներգիան պետք է պահպանվեն բոլոր ռեակցիաների և քայքայման ժամանակ։

4.իմպուլս և անկյունային իմպուլս . Գծային իմպուլսի պահպանումը պատասխանատու է միջուկների, մասնիկների և/կամ էլեկտրամագնիսական ճառագայթման միջև Կուլոնի էներգիայի բաշխման համար։ Անկյունային իմպուլսը վերաբերում է մասնիկների պտույտին:

α-քայքայումըկոչվում է արտանետում ատոմային միջուկից α− մասնիկներ. ժամը α− քայքայումը, ինչպես միշտ, պետք է բավարարվի էներգիայի պահպանման օրենքը։ Միևնույն ժամանակ, համակարգի էներգիայի ցանկացած փոփոխություն համապատասխանում է դրա զանգվածի համաչափ փոփոխություններին: Հետևաբար, ռադիոակտիվ քայքայման ժամանակ մայր միջուկի զանգվածը պետք է գերազանցի քայքայման արտադրանքի զանգվածը քայքայվելուց հետո համակարգի կինետիկ էներգիային համապատասխանող քանակով (եթե մայր միջուկը քայքայվելուց առաջ հանգիստ վիճակում է եղել): Այսպիսով, գործով α− քայքայումը պետք է բավարարի պայմանին

որտեղ է զանգվածային թվով մայր միջուկի զանգվածը ԲԱՅՑև սերիական համարը՝ Z, դուստր միջուկի զանգվածն է և զանգվածն է α− մասնիկներ. Այս զանգվածներից յուրաքանչյուրն իր հերթին կարող է ներկայացվել որպես զանգվածային թվի և զանգվածային թերության գումար.

Այս արտահայտությունները զանգվածները փոխարինելով անհավասարությամբ (8.2), մենք ստանում ենք հետևյալ պայմանը α− քայքայվել:, (8.3)

դրանք. ծնող և դուստր միջուկների զանգվածային արատների տարբերությունը պետք է ավելի մեծ լինի, քան զանգվածային արատը α− մասնիկներ. Այսպիսով, ժամը α− քայքայվելով, ծնող և դուստր միջուկների զանգվածային թիվը պետք է տարբերվի չորսով: Եթե զանգվածային թվերի տարբերությունը հավասար է չորսի, ապա ժամը , բնական իզոտոպների զանգվածային արատները միշտ նվազում են՝ աճելով ԲԱՅՑ. Այսպիսով, ի համար անհավասարությունը (8.3) բավարարված չէ, քանի որ ավելի ծանր միջուկի զանգվածային արատը, որը պետք է լինի մայր միջուկը, ավելի փոքր է, քան թեթև միջուկի զանգվածային արատը։ Հետեւաբար, երբ α− միջուկային տրոհում տեղի չի ունենում. Նույնը վերաբերում է արհեստական իզոտոպների մեծամասնությանը: Բացառություն են կազմում մի քանի թեթև արհեստական իզոտոպներ, որոնց համար կապող էներգիայի ցատկումները և, հետևաբար, զանգվածային արատները հատկապես մեծ են հարևան իզոտոպների համեմատ (օրինակ, բերիլիումի իզոտոպը, որը քայքայվում է երկուսի. α− մասնիկներ):

Էներգիա α− Միջուկների քայքայման ժամանակ արտադրված մասնիկները գտնվում են համեմատաբար նեղ միջակայքում՝ 2-ից 11 ՄէՎ: Այս դեպքում, էներգիայի ավելացման հետ մեկտեղ կես կյանքի նվազման միտում կա: α− մասնիկներ. Այս միտումը հատկապես դրսևորվում է միևնույն ռադիոակտիվ ընտանիքում հաջորդական ռադիոակտիվ փոխակերպումների ժամանակ (Գայգեր-Նատալի օրենք): Օրինակ՝ էներգիա α− մասնիկներ ուրանի քայքայման ժամանակ (T \u003d 7.1. 10 8 տարիներ) 4,58 է mev, պրոտակտինիումի քայքայմամբ (T \u003d 3.4. 10 4 տարիներ) - 5.04 Մևի պոլոնիումի քայքայման ժամանակ (T \u003d 1.83. 10 -3 -ից)- 7,36mev.

Ընդհանուր առմամբ, նույն իզոտոպի միջուկները կարող են արտանետվել α− մի քանի խիստ սահմանված էներգիայի արժեքներով մասնիկներ (նախորդ օրինակում նշվում է ամենաբարձր էներգիան): Այլ կերպ ասած, α− մասնիկները ունեն դիսկրետ էներգիայի սպեկտր: Սա բացատրվում է հետևյալ կերպ. Ստացված քայքայման միջուկը, ըստ քվանտային մեխանիկայի օրենքների, կարող է լինել մի քանի տարբեր վիճակներում, որոնցից յուրաքանչյուրում ունի որոշակի էներգիա։ Հնարավոր նվազագույն էներգիա ունեցող պետությունը կայուն է և կոչվում է հիմնական . Մնացած նահանգները կոչվում են հուզված . Միջուկը կարող է նրանց մեջ մնալ շատ կարճ ժամանակ (10 -8 - 10 -12 վրկ), այնուհետև անցնում է ավելի ցածր էներգիա ունեցող վիճակի (պարտադիր չէ, որ անմիջապես հիմնականը) արտանետումներով: γ− քվանտ.

Ընթացքում α− Գոյություն ունի քայքայման երկու փուլ՝ ձևավորում α− միջուկի նուկլոնների մասնիկներ և արտանետում α− հիմնական մասնիկներ.

Բետա քայքայումը (ճառագայթում):Քայքայման հայեցակարգը միավորում է երեք տեսակի ինքնաբուխ ներմիջուկային փոխակերպումներ՝ էլեկտրոնային՝ քայքայում, պոզիտրոն՝ քայքայում և էլեկտրոնի գրավում ( Ե- գրավել):

Կան շատ ավելի շատ բետա-ռադիոակտիվ իզոտոպներ, քան ալֆա-ակտիվները: Դրանք առկա են միջուկների զանգվածային թվերի տատանումների ողջ տարածաշրջանում (թեթև միջուկներից մինչև ամենածանրը)։

Ատոմային միջուկների բետա քայքայումը պայմանավորված է թույլ փոխազդեցություն տարրական մասնիկներ և, ինչպես քայքայումը, ենթարկվում է որոշակի օրենքների: Քայքայման ժամանակ միջուկի նեյտրոններից մեկը վերածվում է պրոտոնի՝ միաժամանակ արտանետելով էլեկտրոն և էլեկտրոնային հականեյտրինո։ Այս գործընթացը տեղի է ունենում ըստ սխեմայի. (8.8)

Քայքայման ժամանակ միջուկի պրոտոններից մեկը վերածվում է նեյտրոնի՝ պոզիտրոնի և էլեկտրոնային նեյտրինոյի արտանետմամբ.

Ազատ նեյտրոնը, որը միջուկի մաս չէ, ինքնաբերաբար քայքայվում է ըստ ռեակցիայի (8.8), որի կես կյանքը կազմում է մոտ 12 րոպե: Դա հնարավոր է, քանի որ նեյտրոնի զանգվածը a.m.u. ավելի մեծ է, քան պրոտոնի զանգվածը a.m.u. a.m.u. արժեքով, որը գերազանցում է էլեկտրոնային հանգստի զանգվածը a.m.u. (նեյտրինոյի մնացած զանգվածը զրո է): Ազատ պրոտոնի քայքայումն արգելված է էներգիայի պահպանման օրենքով, քանի որ ստացված մասնիկների՝ նեյտրոնի և պոզիտրոնի մնացած զանգվածների գումարը ավելի մեծ է, քան պրոտոնի զանգվածը։ Հետևաբար, պրոտոնի քայքայումը (8.9) հնարավոր է միայն միջուկում, եթե դուստր միջուկի զանգվածը պակաս է մայր միջուկի զանգվածից՝ պոզիտրոնի մնացած զանգվածը գերազանցող արժեքով (մնացած զանգվածը)։ Պոզիտրոնը և էլեկտրոնը հավասար են): Մյուս կողմից, նմանատիպ պայման պետք է բավարարվի նաև միջուկի մաս կազմող նեյտրոնի քայքայման դեպքում։

Ի հավելումն այն գործընթացին, որը տեղի է ունենում ըստ ռեակցիայի (8.9), պրոտոնի փոխակերպումը նեյտրոնի կարող է տեղի ունենալ նաև պրոտոնի կողմից էլեկտրոն բռնելով՝ էլեկտրոնային նեյտրինոյի միաժամանակյա արտանետմամբ։

Ինչպես պրոցեսը (8.9), գործընթացը (8.10) չի առաջանում ազատ պրոտոնի դեպքում: Այնուամենայնիվ, եթե պրոտոնը գտնվում է միջուկի ներսում, ապա այն կարող է գրավել իր ատոմի ուղեծրային էլեկտրոններից մեկը, պայմանով, որ մայր միջուկի և էլեկտրոնի զանգվածների գումարը մեծ լինի դուստր միջուկի զանգվածից։ Միջուկի ներսում պրոտոնների ատոմի ուղեծրային էլեկտրոնների հանդիպման հնարավորությունը պայմանավորված է նրանով, որ, ըստ քվանտային մեխանիկայի, ատոմում էլեկտրոնների շարժումը տեղի չի ունենում խիստ սահմանված ուղեծրերի երկայնքով, ինչպես ընդունված է Բորի մոտ։ տեսություն, սակայն կա էլեկտրոնի հանդիպելու որոշակի հավանականություն ատոմի ներսում տարածության ցանկացած հատվածում, մասնավորապես, և միջուկի զբաղեցրած տարածքում:

Ուղեծրային էլեկտրոնի գրավման արդյունքում առաջացած միջուկի փոխակերպումը կոչվում է Ե- գրավել. Ամենից հաճախ տեղի է ունենում միջուկին ամենամոտ գտնվող K թաղանթին պատկանող էլեկտրոնի գրավում (K-capture): Էլեկտրոնի գրավումը, որը հաջորդ L-կեղևի մաս է կազմում (L-capture) տեղի է ունենում մոտավորապես 100 անգամ ավելի հազվադեպ:

Գամմա ճառագայթում. Գամմա ճառագայթումը կարճ ալիքի էլեկտրամագնիսական ճառագայթումն է, որն ունի չափազանց կարճ ալիքի երկարություն և, որպես հետևանք, արտահայտված կորպուսկուլյար հատկություններ, այսինքն. էներգիայի հետ քվանտների հոսք է ( ν − ճառագայթման հաճախականություն), իմպուլս և սպին Ջ(միավորներով ħ ).

Գամմա ճառագայթումը ուղեկցում է միջուկների քայքայմանը, առաջանում է մասնիկների և հակամասնիկների ոչնչացման ժամանակ, միջավայրում արագ լիցքավորված մասնիկների դանդաղեցման ժամանակ, մեզոնների քայքայման ժամանակ, առկա է տիեզերական ճառագայթման, միջուկային ռեակցիաներում և այլն: միջանկյալ, պակաս գրգռված: պետությունները։ Հետևաբար, նույն ռադիոակտիվ իզոտոպի ճառագայթումը կարող է պարունակել մի քանի տեսակի քվանտա, որոնք միմյանցից տարբերվում են էներգիայի արժեքներով։ Միջուկների գրգռված վիճակների կյանքի տևողությունը սովորաբար կտրուկ աճում է, քանի որ դրանց էներգիան նվազում է և միջուկի պտույտների միջև տարբերությունը սկզբնական և վերջնական վիճակներում մեծանում է:

Քվանտի արտանետումը տեղի է ունենում նաև էներգիայով գրգռված վիճակից ատոմային միջուկի ճառագայթային անցման ժամանակ. Էյգետնի մեջ կամ էներգիայով պակաս հուզված վիճակում Ե կ (Էի > Եկ): Ըստ էներգիայի պահպանման օրենքի (մինչև միջուկի հետադարձ էներգիան) քվանտային էներգիան որոշվում է արտահայտությամբ. (8.11)

Ճառագայթման ժամանակ բավարարվում են նաև իմպուլսի և անկյունային իմպուլսի պահպանման օրենքները։

Միջուկի էներգիայի մակարդակների անհամապատասխանության պատճառով ճառագայթումն ունի էներգիայի և հաճախականությունների գծային սպեկտր: Իրականում միջուկի էներգետիկ սպեկտրը բաժանված է դիսկրետ և շարունակական շրջանների։ Դիսկրետ սպեկտրի տարածքում միջուկի էներգիայի մակարդակների միջև հեռավորությունները շատ ավելի մեծ են, քան էներգիայի լայնությունը Գմակարդակը, որը որոշվում է այս վիճակում միջուկի կյանքի տևողությամբ.

Ժամանակը որոշում է գրգռված միջուկի քայքայման արագությունը.

որտեղ է միջուկների քանակը սկզբնական ժամանակում (); չքայքայված միջուկների քանակը միաժամանակ տ.

Հարց 29. Տեղափոխման օրենքներ.Երբ արձակում է մասնիկ, միջուկը կորցնում է երկու պրոտոն և երկու նեյտրոն։ Հետևաբար, ստացված (դուստր) միջուկում սկզբնական (ծնող) միջուկի համեմատ զանգվածային թիվը չորսով պակաս է, իսկ սերիական համարը՝ երկու։

Այսպիսով, քայքայման ժամանակ ստացվում է տարր, որը պարբերական աղյուսակում սկզբնականի համեմատ երկու բջիջ դեպի ձախ տեղ է զբաղեցնում. (8.14)

Քայքայման ժամանակ միջուկի նեյտրոններից մեկը վերածվում է պրոտոնի՝ էլեկտրոնի և հականեյտրինոյի արտանետմամբ (-քայքայվում): Քայքայման արդյունքում միջուկում նուկլոնների թիվը մնում է անփոփոխ։ Ուստի զանգվածային թիվը չի փոխվում, այլ կերպ ասած՝ տեղի է ունենում մի իզոբարի փոխակերպում մյուսի։ Սակայն դուստր միջուկի լիցքը և նրա հերթական թիվը փոխվում են։ Քայքայման ժամանակ, երբ նեյտրոնը վերածվում է պրոտոնի, սերիական համարը մեծանում է մեկով, այսինքն. Այս դեպքում հայտնվում է մի տարր, որը պարբերական աղյուսակում բնօրինակի համեմատ մեկ առ մեկ տեղափոխվում է աջ.

Քայքայման ժամանակ, երբ պրոտոնը վերածվում է նեյտրոնի, սերիական համարը նվազում է մեկով, և նոր ստացված տարրը պարբերական աղյուսակում մեկ բջիջով տեղափոխվում է ձախ.

(8.14) - (8.16) արտահայտություններում X- մայրական միջուկի խորհրդանիշ, Յդուստր միջուկի խորհրդանիշն է, հելիումի միջուկն է. Ա= 0 և Զ= –1 և պոզիտրոն, որի համար Ա= 0 և Զ=+1.

Բնականաբար ռադիոակտիվ միջուկներ են ձևավորվում երեք ռադիոակտիվ ընտանիքներ կանչեց ուրանի ընտանիք (), թորիումի ընտանիք () Եվ ակտինիայի ընտանիք (). Նրանք ստացել են իրենց անունները երկարակյաց իզոտոպների համար, որոնք ունեն ամենաերկար կիսամյակը: Բոլոր ընտանիքները α- և β-քայքայման շղթայից հետո ավարտվում են կապարի իզոտոպների կայուն միջուկներով - , և: Նեպտունի ընտանիքը, սկսած տրանսուրանի նեպտունի տարրից, ստացվում է արհեստականորեն և ավարտվում բիսմուտի իզոտոպով։