Білім және ғылым министрлігі а.Қ. Ахметов



жүктеу 13.36 Mb.
Pdf просмотр
бет26/29
Дата24.03.2017
өлшемі13.36 Mb.
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   29
§  80.  Ядронын  бөлінуі

1938 


ж. неміс ғалымдары О.  Ган жэне  Ф.  Штрассман уранды ней­

трондармен сәулелендіргенде,  периодтық жүйенің орта тұсындағы ба­

рий жэне лантан деп аталатын екі элементтің түзілетінін байқады.  Бүл 

қүбылыстың  дүрыс  түс ін ігін   неміс  ғылымдары  О.  Ф риш   жэне  Лиза 

Мейтнер  берді.  Олардың  болжамы  бойынша,  нейтронды  қармалаған 

уран ядросы  шамамен бөліну жарықшағы деп  аталатын  екі  бірдей жа- 

ры қш аққа бөлінеді.

О.  Фриш  жэне  Л.  Мейтнер  ядроньщ  бөлінуі  туралы  қортынды 

жасағанда,  ядроның сүйы қ тамшысына үқсастығын пайдаланды.  Яд­

роньщ бөлінуі кезінде пайда болатын ядро-жарықшақтар,  нейтрондар 

санының  протондар  санына, 

N  / Z


  қатынасына  қарағанда  аз  болды. 

Демек, бастапқы ядро бөлінгенде, жарықшақтармен бірге нейтрондар 

үш ы п  шығады  деп  күтілді.  К ө п   үзамай-ақ,  бүл  болжамның  дүрыс- 

тығы.да  тәжірибе  жүзінде  дәлелденді.  Сөйтіп,  әрбір  бөліну  актысы 

кезінде ядродан шамамен алғанда 2-3 нейтрондар ұшып шығатын бол­

ды.


Ауыр ядролармен салыстырғанда орташа массалы жеңіл ядролар­

дьщ меншікті байланыс энергиясы шамамен алғанда  1  МэВ-тен артық. 

Бүдан ядроньщ  бөлінуі  кезінде  үлкен  энергия  ^өлінетіні  келіп  шыға- 

ды.  Уранның  бір  ядросы  бөлінген  кезде,  одан  200  М эВ-тей  энергия 

босап шығатыны анықталды.  М үны  кезінде Парижде Ф. Ж олио-Кюри, 

Копенгагенде  О.  Ф риш  тәжірибе жүзінде дәлелдеген болатын.

Салыстырмалы түрде  алғанда,  орташа ядроларға  қарағанда,  ауыр 

ядролардьщ нейтрондар саны көп болады. Сондықтан ядронын, бөлінуі 

кезінде  пайда  болған  жарықшақтар  нейтрондармен  кү ш ті  жүктелген 

болады да,  соның нәтижесінде,  олар бірнеше нейтрондарды бөліп шы- 

ғараалады. К ө п ш іл ік нейтрондарөте тез,ілездешығарылады (

| q _14c - 



тен де аз уақыт ішінде).  Нейтрондардың  (0,75  %  шамасындай)  белгілі 

бір  шамасы  кешігетін  нейтрондар деп  аталады.  Олар  бірден  шығарьы- 

майды,  0,05-тен  1  минутқа дейінгі аралықта кеш ігіп шығарылады.

Нейтрондармен  бөлінген  жарықшақтардың  артықша  жүктелуін 

ілезде жэне кеш ігіп бөлінетін нейтрондар азайта алмайды.  Сондықтан 

да  жарықшақтардың көпш ілігі  радиоактивті болады жэне 

У

 -сәулелерін 



шығаратын тізбекті 

ß  ~


 -түрленулерді басынан өткізеді. Айтқанымыз- 

ды мысалмен түсіндірейік.  Бөлінудің бір жолы төмендегідей түрде өтеді

2Ц и

  + 


n ^ 5C s+^R b

 + 


2п.

 

(80.1)



424

Бөліну  жарықшақтары  -  цезий  жэне  рубидий  -түрленуге  ұшы- 

райды


l

4

X s ^ B a ^ ° L a - ^ lt X e

(

80



.

2

)



^ R b - ^ l t S r ^ Y ^ Z r  •

 

(80.3)



Ең  соңында  церий 

ш Се


  жэне  цирконий 

94み


  алынады.  Олар 

түрақты болады.

Ураннан басқа нейтрондармен сәулелендіргенде бөлінетін элемент- 

терге  Торий  ( 23дГ/г)  жэне  протактиний 

(^ЦРа),

  сол  сияқты  трансу- 



рандық  элемент  плутонийдің 

(^ЦРи)


  ядролары  жатады.  Ѳте  жоғары 

энергиялы  (бірнеше  жүздеген  М эВ)  нейтрондар  жеңілдеу ядроларды 

бѳледі. 

235и


  жэне 

239р и


  ядролары кез келген энергиясы бар нейтрон­

дармен,  эсіресе  баяу  нейтрондармен  ж а қсы   бөлінеді.  Ж ы лулы қ 

нейтрондармен 

233ひ


  жэне 

230ТҺ


  ядролары да бөлінеді, бірақ табиғатта 

олар кездеспейді, оларды тек жасанды жолмен алады.

I

23 8{ /   ядросы тек қана жылдам нейтрондармен (энергиясы  ~ 



\М эВ

 - 


ген к іш і емес) бѳлінеді. Энергиялары аз нейтрондарды 

238ひ


  ядролары 

жүтып қоятындықтан ядролардьщ өздері әрі қарай бөлінбейді. Соның 

нәтижесінде, 

239ひ


  ядросы  түзіледі жэне  ол  қозған  күйде  болып,  /  - 

фотонын шығарады.  Сондықтан мұндай процесті радиациялық қарма- 

лау 

((п ,ү )


  реакция) деп  атайды.

Нейтронды қармалау нәтижесінде пайда болған 

229

jj

  ядросы түрақ- 



ты  емес  (жарты  ыдырау периоды 

Т

  =23  минутқа тең).  Электрон,  ан- 



тинейтринно жэне 

Y

 -фотон шығарған ол, трансурандық элемент 



21,9N P 

нептунийге айналады.  Нептуний де  /3 _ -ьщырауға 

(Т  =

  2,3  күн ) ұшы- 



рап,  плутонийге 

27,9Pu


  айналады.  Бұл  тізбекті  түрленулер  мынадай 

түрде жүреді

[  

W

5



:

, ’3



:

2》

.



 

(80.4)


Плутоний 

a

 -радиоактивті,  бірақ  оның  жарты  ыдырау  периоды 



оте үлкен (24400 жыл).  Сондықтан оны іс жүзінде түрақты деп қарауға 

болады.


Торий 

2Ъ2ТІі


  ядросыньщ нейтронды қармалауы нәтижесінде таби- 

ғатта кездеспейтін,  бөлінетін 

232

jj

  изотобының түзілуіне әкеледі



425

2^ТҺ +  п - ^ 2ЦТҺ 

—  


2l] A c 21- ^ f 2U   .

 

(80.5)



Уран-233 

a

 -р а д и о а кти в ті,  он ьщ   ж арты   ыдырау  периоды



Т

  = 1 6 2 0 0 0   жыл.

235





жэне  233( /   ядроларыньщ бѳліну кезінде  олардын, 2-3

нейтрондар  шығаруы тізбекті ядролық реакцияны жүргізуге  м үм кіндік 

береді (80.1-сурет). Уран-235 ядросының бөлінуінің бір актысы кезінде 

шығымдар (продуктлар) арасындағы энергияньщ таралуы мынадай жаг­

дайда болады:

бөліну жарықшақтарының кинетикалық

энергиясы 

〜165 МэВ,

жылдам нейтрондар энергиясы 

~4,9  МэВ,

ілездік 

у

  -кванттардың энергиясы 



~7,

8  МэВ,


бөлінуден ш ы ққан  шығымның ыдырауы

кезінде шығаратын 

ß

 -бөлшектерінің



энергиясы 

〜9  М эВ,

бөлінуден шығатын шығымның ьщырауы

кезінде шығаратын 

ү 

-кванттарының энергиясы 



7,2  МэВ


Барлығы

194  М эВ

Шамамен  11  МэВ  энергия 

ß

 -ыдырау  кезінде  түзілетін  нейтри- 



ноға тиесілі болады. Демек,  уран-235 ядросыньщ бөлінуінің бір акты­

сы кезіндегі шығатын жалпы энергия (194+ 11)МэВ  болады.  Бул уран 

ядросыньщ массасына сэйкес 

[ргс


1) барлық энергияньщ 0,1%-ьш құрай- 

ды.  Мысал үш ін  1  кг (2,55 • Ю 24  ядролар) уран-235-тің ядролары бѳлінуі 

кезіндегі босап шығатын энергияны есептейік

W  = 2 Л 0 2  -

 2 ,5 5 .

\ 0 2АМ эВ

 -   8,2. 

Ю 13Д ж .

Бул  шамамен  1800 

  бензин  немесе  2500 



пг

  тас  кѳмір жанғанда 

бѳлінетін энергиямен пара-пар болады.

Атом ядроларыньщ бөлінуінің тізбекті реакциялары кезінде босап 

шығатын орасан зор энергиялар, практикада бейбіт мақсаттар мен  со- 

ғыс ісінде кеңінен қолданылуда.

Тізбекті  ядролық  реакциялардьщ  бастапқы  кезіндегі 

(2,5 — 



З) 

нейтрондар 

ѵ 

ядролардьщ бөлінуін тудырады, соның нәтижесінде 



ү 2

426


жаңа  нейтрондар  босап  шыға- 

ды,  олар  у 2  ядроларды бѳлуге 

қатысады  жэне  т.б..  Бұл  ж аг­

дайда, нейтрондар саны геомет- 

риялы қ  прогрессия  заңымен 

ѳседі.


Енді  осы  ядролык тізбекті 

реакциялардьщ жүру процесіне 

толығырақ  тоқталайық.  Ш ы н  

мәнінде, әрбір бөлініп ш ы ққан 

нейтрондар  көрш і  ядролармен 

қа р м а л а н ы п ,  с о н ы ң   н ә т и - 

жесінде  ядролардьщ  одан  әрі 

бөлінуі  бола  бермейді.  Е кін ш і 

ретті  нейтрондардың  белгілі  бір  бөлігі  тізбекті  реакция  жүретін  зо- 

надағы нейтрондарды баяулататын заттың ядроларымен жэне  осы зо­

надан жылуды  әкетететін заттармен жүтылады жэне т.б.  Нейтрондар- 

дың  белгілі  бір  бѳліктері  тізбекті  реакция  ж үріп  жатқан  активті  зона- 

дан-сырт кетіп қалуы да мүмкін. М іне, осындай факторлардың әсерінен 

тізбекті реакцияньщ дамуы үзіліп қалатын жағдайы болады.

Демек,  тізбекті  реакцияньщ   пайда  болуының  н е гізгі  шарты 

кѳбейетін нейтрондардың бар болуы.  Сондықтан нейтрондарды кѳбей- 

ту  коэффициенті 

  туралы  т ү с ін ік  енгіземіз.  Нейтрондарды  кѳбейту 



коэффициент^ деп реакцияньщ белгілі бір бѳлігіндегі пайда болған ней­

трондар саныньщ,  сол бѳлікте одан бүрын болған нейтрондар санына 

қатынасын айтады. Тізбекті реакцияны дамытудың қажетті шартының 

басты  талабы 

к >

 1  болуы  керек  (яғни  бүл  жағдайда тізбекті  процесс 



ѳзін-ѳзі  үстап  түрады).  Егер 

к  


= 1   болса,  жүйеде  тізбекті  процесс 

әрдайым интенсивті жүретін болғандықтан оны кризистік дейді. Жүйеде 

к ) 1

  болғанда кризистен жоғары деп  аталады.  Бұл  кезде тізбекті реак- 



цияны ң интенсивтілігі тез өсіп,  атомдық  (ядролық)  қопарылыс  бола­

ды.  Егер 

〈1  болса,  онда  жүйеде  кризистіктен  тѳмен жағдай  болып, 



тізбекті процесс үзіліп қалады.

Сонымен 


k

 -ны ң  шамасы,  біріншіден,  ѵ  -нейтрондар  санымен, 

екіншіден,  қоспалар жэне бѳлінетін заттьщ  ядроларымен нейтрондар- 

дың ѳзара әсерлесуі процестерінің әр түрлі ықтималдықтарымен және 

ж үйенің  өлшемімен  анықталады.  Демек,  соңғы  фактордың  маңызы 

үлкен,  себебі активті зонаның ѳлшемі  кішірейген сайын оның сырты­

на шы ғып кететін нейтрондар саны кѳбейіп, тізбекті реакцияньщ одан

427

80.1


әрі даму мүмкіндігі азаяды. Тізбекті реакцияньщ жүруіне қажетті активті 

зонаның  минималдық  өлшемін  оның  кризистік  өлшемі,  ал  ж үйенің 

кризистік өлшеміндегі  заттың  минималдық массасын кризистік масса 

деп  атайды.  Нейтрондардың  азаюын  болдырмау үш ін жэне  бөлінетін 

заттың  кризистік  параметрлерін  азайту  мақсатында  оны  бөлінбейтін 

зат қабаттарымен-шағылдырғыштармен толтырады.  Шағылдырғыштар 

активті зонадан ұшып ш ы ққан  нейтронды оның өзіне қайтарады.  Ш а- 

ғылдырғыштар  ретінде  графит,  ауыр  су  ( D 70  )  жэне  берилий  қосы - 

лыстары пайдаланылады.

Тізбекті реакцияны сипаттайтын тагы бір шама- реакцияньщ жыл- 

дамдығы.  Егер 

п

  тізбекті  реакцияньщ  бір  бѳлігіндегі  нейтрон  саны 



болса,  онда келесі бөлігінде олар 

пк

  болады.  Сонда бір актыдағы ней- 



трондардың ѳсу саны мынадай болады

dn =  ю г - п   = п (к  -

1 ). 

(80,6)


Уақыт бірлігівдегі нейтрондардың ѳсу саны,  яғни тізбекті реакция­

ньщ даму жылдамдығын бьшай анықтайды

v = ^

= n ( k _ j)



 

(80.7)


(80.7) ѳрнегін интегралдасақ, мынаны аламыз

n = п0е



 

т ,


 

80.8)



мұндағы 

п0

  — реакцияньщ 



t = 0

  болған кезіндегі нейтрондардың саны, 

n  —t

  уақыт  кезеңіндегі  нейтрондар  саны,  т  —екі  бѳліну  актысының 



арасындағы  уақыт; 

п

  нейтрон  саны  (/с - і ) - д і ң   таңбасынан  тәуелді 



( т 〉0  оң шама).  Егер  ( к :- 1 )) 0   болса,  онда  к:)1   болады да, уақытқа 

байланысты 

п

  ѳседі, демек,  бұл кезде тізбекті реакцияны үдемелі (да- 



мымалы)  деп  атайды  (мүны  біз  кризистен  жоғары  жағдай  дегенбіз). 

Сол сияқты   к

- 1 = 0   болғанда, яғни 



К  = і,  

п = п0


  реакцияны ѳзін- 

өзі үстаушы дейді (кризистік жағдай).  Егер  (к: - і ) ( 0  болса, онда реак­

ция  ѳшеді  (мүны  біз  кризистіктен  төмен  жағдай  дегенбіз).  Бүл  кезде 

п {  п0


 -нейтрондар  саны  жэне  бѳліну  актысы  уақыт  ѳткен  сайын  азая 

түседі.


Тізбекті  реакцияны  басқару  үш ін  т   уақытын  ѳзгертіп  отыру  ке­

рек.


428

Біз  жоғарьща 

к >  \


  болган­

да тізбекті реакцияда қопарылыс 

болады дедік.  Осы жағдайға атом 

бомбасыньщ принципі негізделген.

Атом  бомбасында  уран-235  не 

плутоний-239 қолданылады.  Бұл 

аталған элемензтермен іізбекгі реак­

ция жүргенде,  қопарылыс болуы 

олардың  массалары  кр и з и с т ік 

массадан  артық  болғанда  өтеді.

Сондықтан 

235U


 -тің   не 

Ъ9Ри


 -дің  біреуін  алып  оның  қопарылысын 

тұрғызу  үш ін  оны  екі  бөлікке  бөліп  (әрқайсысы  кризистік  массадан 

к іш і  болатындай  етіп)  қояды.  Қопарылысты  болдыру  үш ін   осы  екі 

кесекті тез бір-біріне тиістіру керек. Бүл 80.2-суретге көрсетілген. Қалың 

металл корпуста (1 )уран-235-тің  екі кесегі орнатьшған. Уран кесектері 

запал (суретте вертикал сызықтармен тілімделген) қопарғыштың заря­

ды  (2)  арқылы керек уақытында  жақындастырылады.  М ы қты   металл 

корпусы өте үлкен қысымға шьщайтындай етіп жасалған.  Оның себебі 

жарьшысқа дейін уран ядроларыньщ көбірек бөлінуін қамтамасыз ету 

және реакцияға қосылмаған атомдарды өте үлкен күш пен ж а н-ж аққа 

шашып жіберу болып табылады.  Нейтрондарды шағылдырғыш (3) уран 

ядросыньщ  тізбекті  реакциясын  дамыту  үш ін   қызмет  етеді  (мүнда 

жылдам нейтрондар қолданылады).

Атом  бомбасы  жарылғанда  күш ті  ауа толқындары  пайда  болады, 

температура  кенет көтеріледі,  көз  қаратпайтын  кү ш ті ж ары қ шығады 

және  ұшан-теңіз радиоактивті сәуле шығару болады.

Атом бомбасы жарылған кезде жарақаттандыратын негізгі фактор 

с о ққы   толқыны  болады,  ол  қопарылыс  болған  жерден  бастап  жан- 

ж а ққа  дыбыс жылдамдығынан артық жыдпдмдықпеи таралатын, қатты 

сығылған ауа алабы болып табылады. Атомдық жарьшыс кезінде едәуір 

жеңіл  элементтердің  күш ті  иондалған  радиоактивті  атомдары  пайда 

болады,  олар  жерді  жэне  ауаны,  сондай  ақ  жер  бетіндегі  нэрселерді, 

қүрылыстарды, техниканы жэне адамдарды уландырып, жер бетіне шѳгіп 

қалады.  Бірақ атомдық жарылыс кезінде пайда болатын радиоактивтік 

заттар  тез  ыдырап  кетеді.  Сондықтан  күш ті  уланған  жердің  немесе 

судың өзі бірнеше  күннен кейін қауіпсіз болады.

Ядролық  реакторлар.  Тізбекті  ядролық  реакцияларды  басқаруды 

жүзеге асыратын қондырғыларды ядролық реакторлар деп атайды. Яд­

ролык реакгорлардың жұмысына отын ретінде табиғи (немесе байытыл- 

ған уран изотобы  235[ /  ) уран алынады.  238[ /   ядроларыньщ нейтронды

80.2

429


радиациялық қармалауын (ол әсіресе нейтронның энергиясы шамамен 7 

эВ болғавда интенсивті түрде жүреді) болдырмау үш ін бөлінетін заттарды 

үлкен емес блоктарға салып, оларды бір-бірінен бір шама алшақ қаш ы қ- 

ты ққа  орналастырады, сонан кейін блоктар арасын нейтрондарды жылу­

лы к қозғалысқа дейін баяулататын затпен толтырады. Уран_238 ядросы­

ньщ жылулық нейтрондарды  қармалау қимасы небәрі 3 барн болса, уран- 

235-іің ядросыньщ жылулық нейтрондармен бөліну қимасы 200 есе кѳп 

(580 барн).  Сондықтан, нейтрондардың  235С/  ядросымен салыстырғанда 

"3SU

  ядросымен  кездесуі  140  есе  кѳп  болса да,  радиациялық  қармалау 



бөлінуге қарағанда аз болады. Міне, осы себептен барлық қондырғының 

кризистік өлшемі үлкен болғанда,  нейтрондардың көбею коэффициенті 

(яғни бірінен кейін бірі туатын екі кезекгі сатылардағы туатын нейтрон­

дар санының қатынасы) бірден үлкен мәндерге жетуі мүмкін.

Нейтрондардың баяулауы серпімді соққьшар есебінен жүреді.  Бүл 

жағдайда баяулайтын бөлшектердің жоғалтатын энергиясы соқтығыса- 

тын  бөлшектердің  массаларыньщ  қатынасынан  тәуелді  болады.  Егер 

соқтығысатын екі бөлшектің де массалары бірдей болса,  онда жоғала- 

тын  энергия да  максималдық  болады.  Осы  көзқарас  түрғысынан  ал- 

ғанда ең тәуір, яғни идеал баяулатқыш құрамында сутегісі көп кәдімгі 

су  болып  табылар  еді  (онда  протондар  мен  нейтрондар  саны  бірдей). 

Алайда,  мүндай  заттар  баяулатқыш  ретінде  жарамсыз  болады,  себебі 

протондар нейтрондарды жұты п олармен реакцияласады

p ( n , y ) d

.

Баяулатқыштың  ядросыньщ  нейтронды  қармалау  қимасы  аз  бо­



лып жэне оларды серпімді шашырату қимасы үлкен болуы керек.  Осы 

шарты дейтронньщ (ауы рсуте гінің ядросы-дейтерий 

( D ) ,

  сол сияқты 



графиттің ( 

С )


 жэне берилийдің ( 

Ве 

) ядролары қанағаттандырады.

Ең алғашқы уран графитті реактор  1942 ж. желтоқсан айында Ч и ­

каго университетінде  Э.  Фермидің басшьшығымен іске  қосылды.  Ке- 

ңес үкіметінде осы типті реактор  1946 ж. желтоқсан айында Москвада 

И.В  Курчатовтың басшылығымен жасалды.

430


Уран-граф иттік  реактордың  схемасы  80.3-суретте  келтірілген. 

Мұнда төмендегі цифрлармен Цифр  1-баяулатқыш-графит; 2-уран блок- 

іары, 3-кадмий немесе бордан тұратын стержендер (өзектер) белгіленген. 

1>үл өзектер реактордағы процестерді басқару үш ін қызмет етеді.  Кад­

мий жэне бор нейтрондарды интенсивті түрде жұтады. Сондықтан өзекті 

реакторға енгізгенде  (сүққаида) нейтрондардың көбею коэффицентін 

азайтады  да,  ал  одан  шығарғанда-кѳбейтедi .  Арнайы  қойылған  авто- 

матты қондырғы өзектерді басқарып қызмет етеді, сондықтан да реак- 

юрда берілген деңгейдегі қуат үсталып түрады.

Ь



  Алғаш қы өндірістік реакторлар  атом бомбалары үш ін плутонийді 

ондіруге  арналды.  Мұндай  реакторларда  уран-235-тің  ядроларыньщ 

бөлінуі кезінде шығарылатын нейтрондардың белгілі бір бөлігі тізбекті 

реакцияның жүруіне қатысса,  қалған бөлігі уран-238 ядроларымен ра- 

диациялық қармалауға түсіп,  соның нәтижесінде 

239Pu


 -дің түзілуіне 

океліп соқты. Уран блоктарында ж еткілікті мөлшерде 

Pu

  жинақталған 



соң,  блоктар реактордан суырьшып алынады да,  одан 

Pu

 -ді бѳліп алу 



үш ін химиялық өңцеуге жөнелтіледі.

Ядролық энергияны бейбіт мақсаттарға қолдану алғаш рет Кеңес 

үкіметівде  И.В.  Курчатовтың басшылығымен жүзеге асырылды.  1954 ж. 

Кеңестер  Одағында  қуаты  5000  кВ т  болатын  алғашқы  атом  электр 

станциясы  іске  қосылды.  Атом  электр  станциясының  схемасы  80.4- 

суретінде бейнеленген. Реактордың активті зонасында (1 )бөлінген энер- 

I ия, контурда (2) циркуляцияланатын жылу тасымалдағышпен әкетіледі. 

Циркуляцияны насоспен (3) жүргізеді. Жылу тасымалдағыш ретінде су 

иемесе  төменгі  балқу  температурасы  бар  сілтілік  металдар,  мысалы, 

натрий 


(Тба1

= 98


С )   қолданылады.  Жылу  алмасқышта  (4)  жылу та­

сымалдаушы өзінің жьшуын суға береді, соның нэтижесінде ол су буға 

;ійналып, турбинаға (5)  беріледі де оны айналысқа келтіреді.

Баяулатқыштары  бар реакторлар  баяу  (жьшулық)  нейтрондармен 

жүмыс жасайды.  Байытылған бөлінетін изотоптарды (уран-235 не плу- 

тоний-239)  отын ретінде жүмсағаннан  кейін,  жылдам нейтрондармен 

жүмыс жасайтын реакторларды қүруға болады.  Мүндай реакторларда 

иейтрондардың  белгілі  бір  б ө л ігі  ур ан-238-ді  п л уто н и й -2 3 9 -ға  

i үрлендіруге  немесе  торий-232-ні  уран-233-ке  түрлендіруге  кетеді. 

Жылулық нейтрондармен бөлінуге қабілеті бар жаңадан түзілген ядро­

лар  саны,  реактордың  жұмыс  істеуін  ұстап  түру  үш ін   жүмсалған 

(бөлінген) ядролар санынан артық болады. Демек, реакторда ядролық 

отынның жанып бітуінен гөрі,  қайта онда ядролық отынды кө п  санды 

үдайы өндіру процесі жүріп жатады.  Сондықтан мүндай ядролық реак­

торларды реактор-көбейткіштер деп атайды.



431

Қорытындылай келгенде, айтарымыз ядролық реакгорлардағы өтеті" 

жанама  процестердің  өнім дері  көптеген  х и м и я л ы қ  элементтің 

радиоактивті изотоптары болады,  олар биологияда,  медицинада жәнс 

техникада әр түрлі бағыттарда қолданылады.

§  8 1 .Термоядролық реакциялар

Ядролық синтезде, былайша айтқанда жеңіл ядроларды бір ядроға 

біріктіру  кезінде,  ауыр  ядролар  бөлінгенде  босанып  шығатын  орасаи 

зор  энергия  секідці,  мұнда  да  осындай  процесс  жүреді.  Ядроны  син- 

тездеуге өте жоғары температура қажет болғандықтан бүл процестітер- 

моядролық реакция деп атайды.

Реттік  нөмірлері 

Z x


  және  Z ?  болатын  ядролардьщ  нуклондық 

тебілу  күш терінің  әсерінен  болатын  потенциялық  тосқауылдан  өтуі 

ү ш ін  өздерінің қажетті энергиясы болуы керек

Z ,Z  




=

1 2


м үндағы  



г„

 -я д р о л ы қ  кү ш те р д ің   эсер  радиусы,  о н ы ң   шамасы 

~  2 .1 0

13сѵи.  Т іп ті  Z j  =  Z 0  = 1   болған жағдайдың өзінде де, бұл энер­



гияньщ шамасы мынадай оолады

W   =  — =   (4 ,

8 4 0  

)

=



1Д510~6э/?г  -  0,7 

М эВ. 


гя 

2 .1 0 - 13

Әрбір  соқтығысатын  ядроньщ  үлесіне  0,35  МэВ  энергия  тиеді. 

0,35  М эВ-ке тең орташа жы лулы қ энергияға 2 -109 К  температура сэй­

кес келеді. Алайда, жеңіл ядролардьщ синтезделуі біршама аз темпера­

турада да жүре береді.  Істің мәні мынада, бөлшектердің жылдамдықта- 

ры бойынша кездейсоқ таралулары кезінде, энергиясы орташа мәнінен 

асып кететін ядролардьщ бірсыпыра саны болады. Сонымен қатар, мун­

дагы  ерекше маңыздысы,  тунельдік қүбылысқа байланысты ядролар­

дьщ бірігуінің жүзеге асу м үм кіндігі.  Сондықтан кейбір термоядролық 

реакциялар  белгілі  интенсивтілікпен  107 К  температураның өзінде де 

жүре береді.

Алғашқы термоядролық реакция сутегі бомбасында (немесе термо- 

ядролық бомба)  жүргізілген.  Осындай  бомбада,  запал  (түтандырғыш) 

ретінде жарылған кезде  107 К  температура беретін, атом бомбасы пай- 

даланылды.  Мұнда дейтрон 

( d )

 мен тритий ядросыньщ 



/ / )  синтез- 

делу реакциясы жүреді.

432


Сутегі бомбасыньщ схемасы 81.1-суретінде көрсетілген.

Сутегі бомбасының мықты металл қабығы болу керек, оның мөлшері 

атом бомбаларының мөлшерінен үлкен болады.  Бүл қабықтың  ішінде 

дейтерий  мен  тритийден  қүралатын  сутегі  жанарының  қоры  болады. 

Оған ж ақы н жерде уранның немесе плутонийдің (атом бомбаларының 

тряды), бірінен-бірі қа ш ы қ орналасқан екі кесегі (А) болады.

Уранның немесе плутонийдің бөліктерін жақындату үш ін кәдуілгі 

қопарғыш заттың К  (тротил)  заряды пайдаланылады.

Тротилдің қопарылысы кезінде атомдық зарядтар жақындасады. Олар 

келіп қосылысқанда атом қопарылысы пайда болады.  Температура өте 

жоғары көтеріледі, сол кезде сутегі жанарында да қопарылыс болады.

Сутегі бомбасы жарылғавда да, атом жарылысындай жоғары темпера- 

іура,  со ққы   толқыны  және  ыдыраудың  радиоактивті  өнімдері  пайда 

болады.


Сутегі  бомбасының  кр и зи стік  массасы  ж о қ ,  сондықтан  оның 

қуатында шек ж о қ.

I d + ^ H ^ H e + o n

 +  Д W


 

(81.1)



мүндағы  реакция  кезінде 

— бөлінетін  энергия,  оның  шамасы 

11,вМ эВ


  ■ М үны  әрбір нуклонға шақсақ, онда бір нуклонның үлесіне 

\5 М э В



  энергия  тиеді.  Салыстыру  үш ін   уран  ядросыньщ  бөлінуі 

кезінде,  босап  ш ы қ қ а н   энергияньщ   бір  нукл о н ға   тиетін  үлесі 

0 ,8 5 Л ^ 5   болатынын еске салайық.



Біз  жоғарыда  термоядролық  реакциялар  өте  жоғары  108  - 109К  

температурада,  аса  тиімді  түрде,  өтетінін  көрдік.  Бұл  температурада 

гірш іліктің көзі болып табылатын К ү н н ің  бетінің 

(Т  =


1,3 •107 К ) тем- 

иературасынан да  асып  кетеді.  М ұндай  термоядролық реакцияларда 

заттар  плазмалық  күйде  болады.  Термоядролық  реакциялар  сірә 

Жүлдыздардың шығаратын энергияларын теңгеретін энергия көзі бо­

луы  керек.  К ү н   эр  секунд  сайын  3 ,8 -1026  Д ж   энергия  бөліп 

iuығарғандықтан,  оның  бірлік  массасының  le .-та  шығаратын  энер-

28-27

433


гиясы  1,88.104  Д ж /(с.кг).  Бұл  тірі  организмнің  зат  алмасу  кезіндо 

бөлетін менш ікті энергиясыньщ  1%-ын ғана құрайды.

Күндегі термоядролық реакциялар термоядролық цикддар түріндс 

өтуі м үм кін  деп есептеледі.  Онда энергияньщ бөлінуі сутегі атомының 

ядроларыньщ гелий ядроларына түрленуі есебінен болады.  Сол цикл 

дардьщ екі түріне тоқтайық.

Термоядролық реакцияньщ протон-протондық цикл кезінде екі про 

тон қосылып,  позитрон және электровдық нейтрино шығарып, дейте 

рийге түрленуі былай өтеді

р  + p  


d + е +  +V.

 

(81.2)



Одан  әрі  түзілген  дейтрон  (дейтерий),  протонмен  соқтығысыгі, 

онымен бір ядроға  (3Я ^)-б ірігед і

d

 + 


р - ^ \Н е

 + 


ү.

 

(81.3)



Циклдың жалғасу ықтималдығы энергия бөлінетін реакция болып 

табылады


І Н е + ІН е - ^ А

2Не + 2 р

(81.4)


мүндағы 

Не  -   ОС



  бөлшегінің символы.

Өте  жоғары  температурада  өтетін  көміртегі-азот  циклында  сутегі 

ядросы  мен  гелий  ядросыньщ  бірігу  реакциясының  “  катализаторы- 

н ы ң ” рөлін көміртегі ядросы атқарады.

Циклдың бас кезіңде жылдам протон көміртегі ядросына еніп кетеді

? С +  


p ^ N  + ү .

 

(81.5)



Жарты ыдырау периоды  14 минут радиоактивті 

азот изото-

бында 

р  


п + е +  + ѵ

  түрленуіжүредіжэне кѳміртегі изотобытүзіледі

N — 1 C  + e+



  + v   . 

(81.6)


Шамамен әрбір 2,7 млн. жылда 

^ し


  ядросы протонды қармалайды да, 

сонын, нәтижесінде азот изотобы  ( ^ і ѵ )  түзіледі

l^C + p ^ N  + ү.

 

(81.7)



434

Одан әрі 32 млн.жыл ѳткеннен кейін 

ядросы протонды қармалап, 

I  



О



  оттегі ядросына түрленеді

^ N  + p~ > l5sO + Y .

 

(81.8)


Жарты ыдырау периоды 3 мин.  болатын түрақсыз  8 

О

  ядросы,  позит­



рон жэне нейтрино ш ы ғарып

,う

 N



  ядросына түрленеді

1 0 ~ ^ 75N  + e+

  + v .  

(81.9)


(81.9) цикл шамамен алғанда цикл  100 мың жыл өткенге дейін жүретін

I  реакциямен аяқталады

\5N  + p

»



.

 

(81.10)



Бүл циклды Г.  Бете  үсынған болатын.  Біз қарастырған соңғы 4 цикл- 

да,  4 протон жоғалып,  бір 

а

 — бөлшегі түзідді.  Көміртегі ядроларыньщ



I саны да сондай болып қалды.  Сондықтан бұл ядролар реакцияда ката­

лизатордьщ рөлін атқарды.

Гелийдің бір ядросынан  26,8  МэВ энергия бѳлінеді,  оны гелийдің 

фамм-атомына  шаққанда,  700  мың  кВ т  сағат  энергия  болады.  Осы 

В  энергияны  К ү н н ің   шығарған  энергиясына  теңгеруге  ж еткілікті.  Со­

нымен  біз  қарастырған  цикл  тұ й ы қ  және  үздіксіз  ж үр іп   жатады.  Де-

!

мек, осы циклдың барлық стадиялары  К ү н  жүйесінде әр түрлі уақыт- 



та басталып,  бір мезгілде өтеді.

Сутегі бомбасында термоядролық реакция бақьшай алмайтын си- 

!  патта  болады.  Термоядролы қ  реакцияларды  басқару  үш ін   белгілі  бір 

[ көлемде  108 К   температураны  тудырып  және  ұстап  тұру  қажет.  Өте 

жоғары температурадағы зат толығымен иондалған плазмаға айналады.

: Термоядролық  реакцияларды  жүзеге  асырудың  жолында  өте  үлкен 

қиындықтар  түр.  Мүнда  өте  жоғары  температураны  алумен  қатар, 

берілген  көлемде  плазманы  ұстап  түру  мәселесі де  шешуін  табуы  ке­

рек.  Себебі ыдыстың қабырғасына плазма тиіп  кетсе-ақ болды,  оның 

температурасы төмендейді.  Сонымен қатар, кез келген заттан жасалған 

ыдыстың қабырғасы мұндай температураға шыдамай кенеттен тез бу- 

ланады.  Осыған  байланысты  берілген  көлемде  плазманы  үстап  түру 

үш ін  магнит  өрісін  пайдалануға  тура  келді.  Бұл  өрісте  қозғалыстағы 

бөлшектерге эсер ететін күштер, кеңістіктің белгілі бір бөлігінде орна­

ласып шектелген, траектория бойымен қозғалады.

435


Термоядролық синтезді басқаруды жүзеге асырған жағдайда,  адам 

баласының  қолына  сарқылмайтын  энергияньщ  мол  қоры   түсер  еді. 

Сондықтан да, термоядролық реакцияны басқаруды іске асыру мақса- 

тында көптеген елдердің ғалымдары осы салада жүмыс жасауда.

Мұнда мәселенің мәні мынада болып отыр.  Гелийді синтездеу үшін 

сутегі изотобы 

  (дейтерий)  жэне 



  (тритий)  керек екенін  (81.1) 

ѳрнегінен  керуге  болады.  Дейтерий  табиғатта  (теңіз  суында)  өте  кѳп 

тараған.  Тритий болса табиғи күйінде табиғатта кездеспейді,  оны жа­

санды түрде литийден 

(L i)


  алады. Литийдің қоры  жер жағдайында өте 

аз.  Бәлкім, болашақта синтездеу реакцияларын басқа да изотоптармен 

жүргізудің м үм кіндігі туар. Адамның табиғатты тану,  зерттелген құбы - 

лыстар мен зандылықтарды пайдалану мүмкіндіктеріне ешқандай шек 

келтіруге болмайды.

1971  ж.  термоядролық  синтез  реакциясын  басқару  мәселесін 

шешудегі  белгілі 

бір  ц и кл д ы қ  жұмыстарды  ойдағыдай  жемісті 

шешкендері  ү ш ін   академик  Л.А.  А рцим ович  пен  оны ң  бір  топ 

қызметкерлеріне  КС Р О -ны ң Мемлекеттік сыйлығы берілді.



Э Л ЕМ ЕН ТАР  БѲ Л Ш Е КТЕ Р

X V   Т а р а у

§ 82.  Элементар бѳлшектер туралы жалпы мағлүматтар

1 .Атомды  зерттей  келе  біз  оньщ  Z   протондар  мен 

А - Z

  нейт- 


рондардан түратын, он, ядросы бар екенін кѳрдік. Ядроньщ айналасын­

да стационар орбита мен электрондар айналып жүреді. Электрон радиу­

сы үлкен стационар орбитадан радиусы к іш і стационар орбитаға ѳтсе, 

атом фотон шығарады.

Радиоактивтік қүбылыстарда тек атом ядролары ғана өздігінен басқа 

элементтердің ядроларына түрленіп қоймайды сол сияқты  (байланыс 

энергиясы  аз)  элементар  бѳлшектер  де  түрленеді.  Мысалы,  нейтрон 

протонға, электронға жэне нейтриноға түрленеді

n

 —> 


р  + е~

  + v


Міне, осының бәрі физиканьщ алдында көптеген жаңа шешілмеген 

сүрақтарды турдырады. Олар: табиғатта бұл бөлшектер қалай өмір сүреді? 

Олардың қасиетгерін қалай түсіндіруге болады? Неліктен олар бір-біріне 

турленеді? Бөлшектердің саны қанша болады жэне т.б. Осылайша физи- 

каның жаңа сшшсы-элементар бөлшектер физикасы пайда болды.

Элементар бѳлшектер физикасы энергиясы өте жоғары 

(W   >

  1 


ГэВ

 ) 


жэне  аса  кіш кене  ѳлшемдегі  қаш ы қты қта 

(R  <


 10  15  м),  шексіз  аз 

уақыт аралығында 

( t  <

 10_8с )  өтетін қүбылыстарды зерттейді.  Ф изи­



каньщ  бұл  бөлімін  әлі  өзінің  дамуының  бастапқы  кезеңінде  деуге 

болады.


Элементар бөлшектің түсін ігін ің  анықтамасын дәл беру қиы н. Де­

генмен физиканың қазіргі таңдағы дамуына сүйене отырып, жуықтап, 

элементар  бөлшектер  деп, 

і і і і к і

 

қүрылымын  басқа  бөлшектердің  оірігуі 



деп түсінуге болмайтыңдай микробөлшектерді айтады. Жоғарьща біз қарас- 

тырған барлық қүбылыстың бәрінде де, элементар бөлшектер біртүтас 

бөлінбейтін, тек түрленетін бөлшектер екені байқалды.

Элементар бөлшектердің қасиеггерін және мінездерін түсіндіру үшін 

олардың массаларынан басқа,  электр зарядын және  спинін,  солардың 

қатарында оларға тиісті қосымша квантты қ сандарды білу қажет.

2. X IX  ғасырда заттың молекулалардан, ал молекулалардьщ атомдар­

дан  түратыны  толығымен  шешіліп  бітті.  Осыған  байланысты  алғашқы 

микроскопиялық элементар бөлшектер деңгейі бөлінді. Ол деңгейді атом- 

дық-молекулалық деп атасақ,  оған сәйкесті масштаб  j?  =  Ю  8 

10  10  м

437


болды.  Резерфордтың  1911  ж.  жасаған 

a

 -бөлшектердің  шашырауы 



ж өніндегі тәжірибелері реттік нөмірі 

z

  болатын атомның құрамы  оц 



зарядты 

Ze(e


 -элементар  заряд)  ядродан  тұратынын  анықтады. 

Сол 


си я қты   атомньщ  қүрамына  электрондар  да  кіреді,  бірақ  оларды 

микродүниенің ең терең деңгейіне орналасқан деуге болады.

Массалық саны  д  , реттік нөмірі 

z

  болатын ядроның 



р

  протон­

дардан  жэне 

п

  нейтрондардан  тұратынын  ғалымдар  Д.Д  Иваненко, 



E.Н   Гапон,  В.  Гейзенберг  1932 ж.  ашты;

Протондар  мен  нейтрондар жалпы түрде  нуклондар деп  аталаты 

ны н  біз  жоғарыда  оқушыға  таныстырганбыз.  Олар  микрообъектінің 

бүтіндей бір класына,  ягни адрондар класына жатады. Адрондық дең- 

гейге 

r

  ~



 і о -15  м болатын масштаб сэйкес.

3.  Атом  ядросы  оңай  ѳзгеретін 

z

  электрондардан  тұратын,  бор- 



пылдақ қабықшалармен қоршалған.  Осы электрон қабықшалары зат­

тьщ химиялық және физикалық (оптикалық)  қасиеттерін анықтайды. 

Бұл  мынаған  байланысты.  Электрондардьщ  атомнан  жоғалып  кетуі 

немесе атомдарға барып бірігуі, соньщ нәтижесінде оң не теріс иондар­

дьщ пайда болуы мүмкін.  Сонымен қатар электрондар бір энергиялық  

деңгейден  екінш і  энергиялық  деңгейге  өтуіде  мүмкін.  Демек,  нәти- 

жесінде,  атом  не  жарық  квантын  жұтады,  не  шығарады.  Электронды 

басқа  бөлшектерден  де  түратын  лептондар  класының  негізгі  деп  те 

атауға болады. Ал, фотондар болса, микрообъектілердің жаңа маңызды 

кластарының  түріне  жатады,  оларды  бөлшектер  арасыидағы  өзара 

әсерлесулерді тасымаддаушылар деп атайды.

4.  Осьщан  біраз  бұрын  нуклондар,  электрондар  жэне  фотондар 

элементар бөлшектердің бір деңгейіне орналастырылған болатын жэне 

олар оньщ бір праволы мүшесі ретінде қаралған еді. Алайда,  кейіннен 

анықталғандай  протондар  мен  нейтрондар  (жалпы  барлық  адрондар) 

микрообъектілердің құрамында болып шықты. Олар өте “ ұсақ” бөлшек- 

терден түрады және 

n, d


  әріптерімен белгіленеді.  Бұл бөлшектер кварк- 

тер класына жатады.  Осы ұсақ 

п

  жэне 


d

  бөлшектерінен айырмашы- 

лықтары бар кварктер, протондар мен нейтрондардан айырмашылығы 

бар,  басқа  адрондарды  құ р у ға  қаж ет болады. Қ а з ір гі кезде, қалы п- 

тасқан дәстүр бойынша, элементар бөлшектер деп айтылып жүр.  82.1- 

кестесіңде штрихталған түзумен бөлінген микрообъектілердің көпшілігін 

осылай деп атағанмен олардың бастапқьщағы мағынасы элементарлыққа 

сэйкес емес.  Бұл термин баяғьщағы біздің “ атом” грекшеден аударған- 

да,  “ бөлінбейтін” деген сөзіміздің тарихына ұқсас.

5.  Қазіргі кездегі көзқарасқа сэйкес, элементар бөлшектердің өздері 

де бұрынғы бір деңгейдің орнына, екі деңгейге жікгелетін болып шықты.

438


МЕГАДҮНИЕ

82.1-кесте

Пң жоғарғы деңгейде қүрама бөлшектер-адрондар жэне протондар 

 ) 


мен нейтрондар 

(п)


  орналасқан.  Ең төменгі денгейде нағыз элементар 

бөлшектер орналасқан. Оларды көбіне фундаменттальдық бөлшектер деп 

атайды.  Дәл  осы  деңгейде  электрон 

е —


  (лептондар),  фотон 

ү

  (өзара 



осерлесулерді  тасымалдаушылар)  және  сол  сияқты 

n ,d


  бөлшектері 

(кварктер)  орналасқан.  82.1-кестеде  фундаментальдық  бөлшектердің 

деңгейі адрондардан штрихпунктирмен бөлінген.

6. 


Қазіргі таңца біз білетін элементар бөлшекгердің (антибөлшектерін 

қосқанда) саны 400-ге жақындап келе жатыр.

Біз әзірге тек,  электронмен 

е~

  (позитронмен 



е+ ),

  протонмен 

р

  , 


нейтронмен 

п

,  фотонмен 



ү

  және  электрондық  (анти)  нейтриномен

v (, ( 

v е


  )  кездестік.  Бұл бөлшектер түрақты немесе квазитүрақты және

олар  табиғатта  еркін  немесе  әлсіз  байланыстағы  күйде  өмір  сүреді. 

Шынында, квазитүрақты нейтрондар атом адросының  құрамына кіреді, 

олардың  көпш іл ігі  абсолют тұрақты  болып  келеді.  Ал  қалған  барлық 

элементар бөлшектер өте тұрақсыз жэне олар е кінш і космостық сәуле- 

лерде немесе үдеткіштердің көмегімен лаборатория жағдайында түзіледі 

де, одан әрі тез ыдырап, ақыр соңында түрақты бөлшектерге айналады.

Элементар бөлшектердің қасиетгерін жеке сипаттау үш ін олардың 

мәндерінің  бір-бірінен  айырмашылықтары  бар  бірқатар  физикалық 

шамалар ендіріледі.  Солардың ішінде бізге ең жақсы  белгілілері масса, 

орташа өмір сүру уақыты,  спині,  электрлік заряды,  м агниттік моменті

439


болып табылады.  Бөлшектердің басқа да сипаттамалары,  оньщ ішіндс 

электр  зарядынан  айырмашылығы  бар  зарядтар  туралы,  тақырыпты 

баяндау барысында белгілі болады.

7.  Массасы 

т

  бөлшектердің Эйнштейннің 



  =  


т с 2

  ѳрнегіне сой 

кес энергия бірліктерімен  (М эВ немесе ГэВ)  ѳрнектеледі.  Оған мысал 

келтірейік

т ү  =

 0, 


т ѵ

  = 0


 

т е



  = 0 ,5 1 1   МэВ, 

т р  =


 938,28  М эВ, 

т п  =


 939,57  МэВ.

Қазіргі кезде белгілі ең ауыр деген бөлшектің (аралық бозон) мас­

сасы,  протон массасынан  100 есе артық.

8.  Орташаөмір сүру уақыты т   бөлшектің түрақтылығының өлшемі 

болып саналады  жэне ол секундпен ѳрнектеледі.

Электрон, протон, фотон жэне нейтрино абсалют тұрақты  (Т 

= ⑵),

 

былайша айтқанда,  олардьщ ьщырауы тәжірибе жүзінде тіркелмеген



т   Үәжр- ) 2 • 1022 жыл,  т рТ0Жр- ) 2 • 1032 жыл.

Нейтрон-квазитүрақты бөлшек, оның тәжірибеден анықталған (19S6

ж .)  орташа өмір сүру уақытының мәні 

Тп  -


  (898 

 16)с .  Орташа өмір 



сүру  уақыты  1 0 ^  ,10  8,10  10 ДО-13 с  болатың  бөлшектердің  тобы  д;і 

кездеседі.  Ең  өмірі  қы с қа   бөлшектерді  резонанстық  деп  атайды, 

т

  ~ 10  24 -^-10~23с •  Түрақсы з  бөлшектер  ү ш ін   кестеде  өмір  сүру 



уақытымен қатар ыдырау түрлері де көрсетіледі (мысалы, нейтрон үшіи

п —^ р  + е  + V e

  )•

9.  Бөлшектің  м енш ікті  импульс  моменті-спин 



J

,былайша  айт- 

қавда, оның тыныштықтағы санақ жүйесіндегі импульс момент! Спиннің 

классикалық ұқсасы ж о қ,  себебі элементар бөлшекті айналып түрған 

шарик түрінде елестетуге болмайды.  Көбіне,  спинді  ( y )  

fi

  бірлігімен 



өрнектейді және  ол 

-ны ң бүтін не жарты  мәніне тең болады.  Спині 



J

  болатын  бөлшектің  2 /  + 1  спиндік  күйлері  болады.  Олардын, бір- 

бірінен 

J _


  проекцияларының мәндерімен айырмашылықтары бар ж э ­

не  олар  мынаған  тең  -  7,  -  /  + 1

,

J  —  J


  болады.  Электронньщ, 

протонньщ,  нейтронның және нейтриноның спині 

J   =

1 /2 , фотондікі 



J  =1.

  Қазіргі кезде  спині 0-ден  (көптеген мезондар)  6-ға дейінгі  (ме- 

зондық резонанс 

г

  Серпухов  үдеткішінде  1983  ж.  ашылған)  бөлшек- 



тер  белгілі.  Элементар  бөлшектердің  спині  олардың  ең  маңызды  си- 

440


паттамаларының бірі.  Сонымен қатар сп и н н ің  мәні қарастырылатын 

бөлшек бағынатын статистиканьщ түрін анықтайды. Барлық бүтін санды 

сп и н і бар бөлшектер-безондар  (Бозе-Эйнштейн статистикасы),  бар- 

л ы қ жарты спинді бөлшектер-фемиондар  (Ф ерм и-Д ирак статистика­

сы)  болып саналады,  олар  үш ін   Паули  п р и н ц и п і дұрыс  болып табы­

лады.  Мысалы,  электрондар бұл фермиондар болса,  фотондар безон- 

дарға жатады.

10. 


Электрлік заряд 

q

  бөлшектің электронмагниттік өзара әсерле- 



сулерге қатысу мүмкіндігін сипаттайды жэне элементар заряд бірлігімен

өрнектеледі 

е ~ 1,6

-10 


19 Ю і.

Е ркін өмір  сүретін  барлық бөлшектер  үш ін,  ол  бүтін мәнді бола­

ды,  көбінесе  0  және  ± 1 ,кейбір  резонанстар  үш ін   ± 2 .   Бұл  электр 

зарядының  квантталу  ережесі өте үлкен дәлдікпен орындалады: соңғы 

өлшеулерге қарағанда

I



 |

И Г 21



|



+

|



10

_21へ



 

(82.1)


1 1 . М е н ш ікті  магнит  моментінің  векторы 

р т


  тыныш тықтағы 

бөлшектің сыртқы магнит өрісімен әсерлесуін сипаттайды

F   = grad

f   ^


Г  —

Р т В


М

  =


5

Р т   В


W  = -

5

р т в



/

一  



-

\

 



(82.2)


Мұндағы 

р т


  жэне 

В

  векторлары  өзара  параллель,  сондықтан 



мынадай теңцікті жазуға болады

Р т = Ү ^   •

 

(82.3)


Егер  векторлар бағыттас болса,  онда  у ) 0  ,  егер қарама-қарсы ба-

ғыгга  болса,  онда  у ( 0 .  Z   өсінің  бағытына 

р т

  векторыньщ 



p mz 

проекциясын бьшай жазуға болады

Pmz  =   Y  J z -

 

(82-4)



J ^

  квантталатын болғандықтан 

p mz

  -  те  квантталады.



441

J .  — ]

  максимал мәніне жауапты 

р т_

  мәнін бөлшектің 



магаиттік

моменті  (меншікті)  деп  атайды  жэне  оны 

  символымен  белгілейді. 



Сонымен

!Л = ү   J .

 

(82.5)


Бүл  айтылғандардан  шығатыны  магнит  моменті 

ß

  оң  болуы  да



(

р т


  және 

J

  векторларының бағыттары бірдей бір ж аққа бағытталған),



теріс  болуы  да  ( 

р т


  және 

J

  векторлары  қарама-қарсы  бағытталған)



немесе  нөлге тең болуы  (дербес жағдайда, 

J

  -  0 ) да м үм кін.  Элемен­



тар  бөлшектердің  магниттік  моментін  көбінесе  магнетондарға  тиісті 

бірліктермен  өрнектейді  /г0  =  

efi(2m).

  Егер 


т  = т е

  болса,  онда 

ju0 - 

Бор  магнетоны;  егер 



m = т р

  болса,  онда  ядролық  магнетонды 

[Ля 

аламыз


[ і Б  = e ti/(2 m e),

  Мл 


= e h / { lm p).

 

(82.6)



Фотон мен нейтринода  "  =  0 ,ал электронда, протонда жэне ней- 

тронда


2 ,

79 " я ,А   = —

91



л .

Көпке  шейін  ғалымдар 

{Ле  =

 

деп  жүрді,  алайда  тек  1947  ж.



олардың арасында сэл гана ауытқушылық бар екені анықталды.

Б ірінш і жуықтауда электронньщ магнит моменті мынадай болады

ß e

  - ^ 5 [і + а /( 2 л :



)], 

(82.7)


мұндағы

а   = е2 і(Апе0Пс)

 -1 /1 3 4 ,0 4  

(82.8)


- жіңішке қүрылымның түрақтысы.  Бұл теория жүзінде  алынған  (82.7) 

/ле


  м әні 

{лБ


 -ден небәрі 0,

1  %-ға айырмашылығы бар екенін көрсетеді. 

Ал  осы  нәтиже  тәжірибе  жүзінде  алынғанмен  жақсы  сәйкес  келетіні 

анықталды

/ие

 /  


ілБ

  =1,0011596567 ± 35 . 

(82.9)

Қорыта  келгенде,  теория  мен  тәжірибедегі  мүндай  сәйкестік, 



электронмагниттік өзара әсерлесулердің кванттық теориясының мүлтіксіз 

жетілгендігін көрсетеді.

442

1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   29


©emirsaba.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет