Бекітемін Физика кафедрасының меңгерушісі Косов В. Н. 2019 ж. «Атом, атом ядросы және қатты дене физикасы»
ЭЛЕКТРОНДАРДЫҢ ЭНЕРГЕТИКАЛЫҚ СПЕКТРІ ( - ыдырау)
жүктеу/скачать 5,44 Mb.
|
5 АТОМНАЯ ФИЗИКА КАЗ лаб 2019 дайын
- Бұл бет үшін навигация:
- Қажетті құрал-жабдықтар
| ЭЛЕКТРОНДАРДЫҢ ЭНЕРГЕТИКАЛЫҚ СПЕКТРІ ( - ыдырау)
Жұмыстың мақсаты: -радиоактивті ядролардан шығарылатын электрондардың энергетикалық таралуын эксперимент жүзінде зерттеу. Бета бөлшектерді иондалған сәулелерді есептеуіштің көмегімен тіркеу. Қажетті құрал-жабдықтар: Электрондардың энергетикалық спектрін оқып-зерттеуге арналған қондырғы ФПК-05. Қысқаша теориялық мәліметтер -ыдырау – ядродан электронның немесе позитронның ұшып шығуымен жүретін атом ядросының радиоактивті ыдырауы. Бұл процесс ядро нуклонының басқа түрдегі нуклонға өздігінен айналуына негізделген, ал нақтырақ: ( ) нейтронның ( ) протонға немесе протонның нейтронға айналуы. Бірінші жағдайда ядродан ( ) электрон ұшып шығады – -ыдырау жүреді. Екінші жағдайда ядродан ( ) позитрон ұшып шығады да – -ыдырау жүреді. -ыдырау кезінде ұшып шыққан электрондар немесе позитрондар жалпы -бөлшектер деген атқа ие. Нуклондардың өзара айналуы тағы бір бөлшектің пайда болуымен қатар жүреді: -ыдырау кезінде нейтрино немесе -ыдырау кезінде антинейтрино пайда болады. -ыдырауда ядродағы ( ) протондар саны бірлікке артады, ал нейтрондар саны бірлікке азаяды. Ядродағы нуклондардың жалпы санына тең ядроның массалық саны өзгермейді, және ядроөнім периодтық жүйеде өзінің оң жағында тұрған элемент ядросының изобарасы болады. Керісінше, -ыдырауда протондар бірлікке азайып, ал нейтрондар саны бірлікке көбейеді, және бастапқы ядроның көршілес сол жағында тұрған ядромен изобара түзеді. Бұл аталған бета-ыдыраудың екі процесін символдық түрде келесідей жазуға болады. -ыдыраудың қарапайым мысалы еркін нейтронның электрон мен антинейтриноны шығару арқылы протонға айналуы болып табылады (нейтронның жартылай ыдырау периоды ≈ 13 мин): -ыдыраудың күрделірек мысалы ретінде екі ( ) нейтроннан және бір ( ) протоннан тұратын тритийдің, яғни ауыр сутегі изотопының ыдырауын атауға болады: Бұл процесс байланысқан (ядролық) нейтронның -ыдырауына әкеледі. Осы жағдайда тритийдің - радиактивті ядросы периодтық кестенің келесі элементі – жеңіл изотопты гелий ядросына айналады. -ыдыраудың мысалы ретінде көміртегі изотобының келесі схемадағы ыдырауын атауға болады: Бұл процесті байланысқан протондар ыдырауы деп қарастырса болады Бұл жағдайда көмертегі ядросы периодтық кестедегі қатарлас элементке – бор ядросына айналады. Ядро ішіндегі протонның нейтронға айналуы протонның атомның электрондық қабықшасынан бір электронды қармап алуының нәтижесінде болуы мүмкін. Осы кезде элементтердің периодтық жүйесінде бастапқы ядродан сол жағында тұрған изобар пайда болады. К-қармауының теңдеуі келесі түрде көрсетіледі: К-электронын қармаудан кейін босаған орынға жоғарырақ орналасқан қабықшалардан электрондар ауысады; осы сәтте фотон шығарылады. Сонымен К-қармау сипаттамалық рентген сәулесін шығарумен қатар жүреді. К-қармаудың мысалы ретінде бериллий изотобы ядросының К-электронды қармап алып литий ядросына айналу реакциясын алуға болады: Бета ыдырау табиғи-радиоактивті және жасанды-радиоактивті изотоптарда байқалады. Ядро -ауысулар типінің біріне орнықты емес болуы үшін реакция теңдеуінің сол жағындағы бөлшектер массасының қосындысы теңдіктің оң жағындағы айналу өнімдері массаларының қосындысынан артық болуы керек. Сол себепті бета-ыдырау кезінде энергия бөлінеді. бета-ыдырау энергиясын, осы массалар айырымынан теңдігін қолдану арқылы тауып алуға болады, мұндағы вакуумдегі жарық жылдамдығы. -ыдырау кезінде: мұндағы нейтралды атомдар массасы. -ыдырау кезінде нейтралды атом өзінің қабықшасынан бір электронын жоғалтады, ал бета-ыдырау энергиясы мынаған тең: , мұндағы электрон массасы. Бета-ыдыраудың энергиясы үш бөлшектің: электрон (немесе позитрон), антинейтрино (нейтрино) және ядро арасында таралады; әрбір жеңіл бөлшек өзімен қоса 0-ден -ға дейінгі кез-келген энергияны алып кетуі мүмкін, яғни олардың энергиялық спектрі тұтас болады. Тек К- қармау кезінде ғана нейтрино барлық уақытта бірдей энергияны алып кетеді. Сонымен -ыдырау кезінде алғашқы атом массасы соңғы атом массасынан артық болады, ал -ыдырау кезінде бұл артықшылық екі электрон массасына тең болады. Ядролардың бета-ыдырауын зерттеу ғалымдарды кездейсоқ жұмбақтарға тіреді. Радиоактивтілікті ашқаннан кейін бета-ыдырау құбылысы көп уақыт бойы атом ядросында электрондардың бар екендігінің дәлелі ретінде қарастырылып келді. Бұл болжам кванттық механикамен айқын қарама-қайшылықта болды. Содан кейін бета-ыдырау кезінде ұшып шығатын электрондар энергиясының тұрақсыздығы кейбір физиктерде энергияның сақталу заңына сенбеушілікті тудырды, себебі мұндай айналуда белгілі бір энергиясы бар күйде орналасқан ядро қатысатыны белгілі болған. Ядродан ұшып шығатын электрондардың максимум энергиясы бастапқы және соңғы ядро энергияларының айырымына тең. Бірақ бұл жағдайда егер электрондар азғантай энергиямен ұшып шығатын болса, энергияның көп бөлігі қайда кететіні түсініксіз болды. Неміс ғалымы В. Паулидің нейтрино деген жаңа бөлшектің бар екендігі жайлы болжамы энергияның сақталу заңын, сонымен қатар физиканың басқа маңызды заңы – қозғалыс мөлшері моментінің сақталу заңын да сақтап қалды. Нейтрон мен протонның спиндері (яғни меншікті моменттері) -ге тең болғандықтан, спинді сақтау үшін бета-ыдырау теңдеуінің оң жақ бөлігінде спині - ге тең тақ бөлшектер саны ғана болуы мүмкін. Дербес жағдайда, еркін нейтронның -ыдырауы кезінде тек антинейтриноның пайда болуы ғана қозғалыс мөлшері моментінің сақталу заңының бұзылуына жол бермеді. Бета-ыдырау периодтық жүйенің барлық элементтерінде бар. Бета-ыдырауға тенденция кейбір изотоптарда максимум орнықтылыққа жауап беретін мөлшермен слыстырғанда протонның немесе нейтронның артық болуына байланысты пайда болады. Сонымен -ыдырауға немесе К-қармауға тенденция нейтроны жетіспейтін изотоптарға тән сипаттама, ал -ыдырауға тенденция – нейтроны артық изотоптарда болады. Периодтық жүйенің барлық элементтерінің тек ең ауырынан басқасының (Z > 102) 1500-ден астам -радиоактивті изотоптары белгілі. 1-сурет. Электрондардың энергетикалық таралуы. Абсцисса осіне кЭв-та өрнектелген электрондардың кинетикалық энергиясы салынған, ордината осіне салыстырмалы бірлікте өрнектелген электрондар саны көрсетілген. (вертикаль сызықшалармен берілген энергиядағы электрондарды өлшеу қателігінің шектері белгіленген) Бета-ыдырауды зерттеудің тағы бір маңызды жағы болды. Ядроның бета-ыдырауға қатысты өмір сүру уақыты және -бөлшектер спектрінің формасы яроның ішіндегі алғашқы нуклон мен нуклон-өнімнің қандай күйлерде болатынына байланысты. Сол себепті бета-ыдырауды зерттеу әлсіз әсерлесудің табиғаты мен қасиеттері жайлы мағлұматтан басқа, атом ядросының құрылымы жайлы түсінікті айтарлықтай толтырды. -радиоактивті ядролардан (бета-спектрден) шығарылатын электрондардың энергетикалық таралуының эксперименттік зерттеулері бета-спектрометрдің көмегімен жүзеге асырылады. -спектрдің мысалы 1-суретте келтірілген. жүктеу/скачать 5,44 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|