Атомын бүтэц: нейтрон гэж юу вэ? Нейтроны цахилгаан орон.

4.1. Атомын найрлага

"Атом" гэдэг үгийг эртний Грек хэлнээс "хуваагдах боломжгүй" гэж орчуулсан байдаг. Бараг л ийм байх ёстой байсан XIX сүүлзуун. 1911 онд Э.Рутерфорд атомд эерэг цэнэгтэй болохыг олж мэдсэн гол. Бүслэгдсэн нь хожим нотлогдсон электрон бүрхүүл.

Тиймээс атом нь цөм ба электрон бүрхүүлээс бүрдсэн материаллаг систем юм.
Атомууд нь маш жижиг байдаг - жишээлбэл, цаасан хуудасны зузаан дээр хэдэн зуун мянган атомууд байрладаг. Атомын цөмийн хэмжээ нь атомын хэмжээнээс зуун мянга дахин бага хэвээр байна.
Атомын цөм нь эерэг цэнэгтэй боловч зөвхөн протоноос тогтдоггүй. Цөмд мөн 1932 онд нээгдсэн төвийг сахисан бөөмсүүд байдаг нейтрон. Протон ба нейтроныг хамтдаа гэдэг нуклонууд- өөрөөр хэлбэл цөмийн бөөмс.

Аливаа атом бүхэлдээ цахилгаан саармаг байдаг бөгөөд энэ нь атомын электрон бүрхүүл дэх электронуудын тоо нь түүний цөм дэх протонуудын тоотой тэнцүү гэсэн үг юм.

Хүснэгт 11.Электрон, протон, нейтроны хамгийн чухал шинж чанарууд

Онцлог шинж чанартай	Электрон
Нээлтийн жил
Илчлэгч	Жозеф Жон Томсон	Эрнест Рутерфорд	Жеймс Чадвик
Тэмдэг
Жин: тэмдэглэгээ утга учир	m(e–) 9.108. 10-31 кг	м(p+) 1.673. 10-27 кг	m(n o) 1.675. 10-27 кг
Цахилгаан цэнэг	-1.6. 10 –19 Кл = –1 д	1.6. 10 –19 Cl = +1 д
Радиус

• Электрон нэр нь хув гэсэн утгатай грек үгнээс гаралтай.
• Протон гэдэг нэр нь анхны гэсэн утгатай грек үгнээс гаралтай.
• Нейтрон гэдэг нэр нь "аль ч биш" гэсэн утгатай латин үгнээс гаралтай (цахилгаан цэнэгийг нь хэлдэг).
• Бөөмийн тэмдэгт дэх "–", "+" ба "0" тэмдгүүд нь баруун дээд үсгийн оронд байрлана.
• Электроны хэмжээ маш жижиг тул физикт (дотор орчин үеийн онол) энэ хэмжигдэхүүнийг хэмжих талаар ярих нь ерөнхийдөө буруу гэж үздэг.

ЭЛЕКТРОН, ПРОТОН, НЕЙТРОН, НУКЛОН, ЭЛЕКТРОН ХҮРЭЭ.
1. Протоны масс нейтроны массаас хэд дахин бага болохыг тодорхойл. Энэ ялгаа нь протоны массын хэдэн хувийг эзлэх вэ (үүнийг аравтын бутархай болон хувиар илэрхийлнэ үү)?
2. Аливаа нуклонын масс электроны массаас хэд дахин их (ойролцоогоор) вэ?
3. Атомд 8 протон, 8 нейтрон байвал атомын массын хэдэн хэсэг нь электронуудынх нь масстай тэнцэхийг тодорхойл. 4. Атомын массыг хэмжихдээ Олон улсын нэгжийн систем (SI) нэгжийг ашиглах нь тохиромжтой гэж та бодож байна уу?

4.2. Атом дахь бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэл. Атомын цөмүүд

Цахилгаан (электростатик) хүч нь атомын бүх цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хооронд үйлчилдэг: атомын электронууд цөмд татагдаж, нэгэн зэрэг бие биенээ түлхэж байдаг. Цэнэглэгдсэн бөөмсийн бие биендээ үзүүлэх үйлдлийг дамжуулдаг цахилгаан орон.

Та нэг талбарыг аль хэдийн мэддэг болсон - таталцал. Та физикийн хичээлээс ямар талбарууд болон тэдгээрийн зарим шинж чанаруудын талаар илүү ихийг мэдэх болно.

Цөм дэх бүх протонууд эерэг цэнэгтэй ба үүнээс үүдэлтэй цахилгаан хүчбие биенээ няцаах. Гэхдээ цөмүүд байдаг! Үүний үр дүнд цөмд цахилгаан статик түлхэлтийн хүчнээс гадна нуклонуудын хооронд өөр харилцан үйлчлэл байдаг бөгөөд тэдгээр нь хүчнээсээ болж бие биедээ татагддаг бөгөөд энэ харилцан үйлчлэл нь электростатикаас хамаагүй хүчтэй байдаг. Эдгээр хүчийг нэрлэдэг цөмийн хүчнүүд, харилцан үйлчлэл - хүчтэй харилцан үйлчлэл, мөн энэ харилцан үйлчлэлийг дамжуулах талбар нь хүчтэй талбар.

Электростатик харилцан үйлчлэлээс ялгаатай нь хүчтэй харилцан үйлчлэл нь зөвхөн богино зайд мэдрэгддэг - цөмийн хэмжээсийн дарааллаар. Гэхдээ энэ харилцан үйлчлэлийн улмаас үүссэн татах хүч ( Фби). хэд дахин илүү цахилгаан статик ( Ф e). Тиймээс цөмийн "хүч чадал" нь атомын "хүчээс" хэд дахин их байдаг. Тиймээс, in Химийн үзэгдэлд зөвхөн электрон бүрхүүл өөрчлөгддөг бол атомын цөм өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.

Цөм дэх нуклонуудын нийт тоог гэнэ массын тоомөн үсгээр тодорхойлогддог А. Нейтроны тооцөмд энэ нь үсгээр тэмдэглэгдсэн байдаг Н, А протоны тоо- захидал З. Эдгээр тоонууд нь хоорондоо энгийн харилцаатай байдаг:

Цөмийн бодисын нягт нь асар их юм: энэ нь нэг шоо см-т ойролцоогоор 100 сая тоннтой тэнцэх бөгөөд энэ нь ямар ч химийн бодисын нягттай харьцуулшгүй юм.

ЭЛЕКТРОН ХҮРЭЭ, АТОМЫН ЦӨМ, МАСС ТОО, ПРОТОНЫ ТОО, НЕЙТРОНЫ ТОО.

4.3. Нуклидууд. Элементүүд. Изотопууд

Химийн урвалын үед атомууд электроныхоо зарим хэсгийг алдаж эсвэл "нэмэлт" электроныг авч болно. Энэ тохиолдолд цэнэгтэй хэсгүүд нь төвийг сахисан атомуудаас үүсдэг. ионууд. Энэ тохиолдолд атомын химийн мөн чанар өөрчлөгддөггүй, өөрөөр хэлбэл хлорын атом нь азотын атом эсвэл бусад элементийн атом болж хувирдаггүй. Маш өндөр энергийн физик нөлөөлөл нь ерөнхийдөө атомаас электрон бүрхүүлийг бүхэлд нь "хурааж" чаддаг. Атомын химийн мөн чанар нь өөрчлөгдөхгүй - бусад атомуудаас электронуудыг салгасны дараа цөм дахин ижил элементийн атом эсвэл ион болж хувирна. Атом, ион, цөмийг хамтад нь нэрлэдэг нуклидууд.

Нуклидыг тодорхойлохын тулд элементүүдийн тэмдэглэгээг (тэдгээр нь нэг атомыг зааж өгч болно гэдгийг та санаж байна) зүүн индексээр ашигладаг: дээд нь массын тоотой тэнцүү, доод нь протоны тоо юм. Нуклидын тэмдэглэгээний жишээ:

Ерөнхийдөө

Одоо бид "химийн элемент" гэсэн ойлголтын эцсийн тодорхойлолтыг томъёолж болно.

Цөмийн цэнэгийг протоны тоогоор тодорхойлдог тул химийн элементҮүнийг ижил тооны протонтой нуклидын цуглуулга гэж нэрлэж болно. Догол мөрний эхэнд хэлсэн зүйлийг санаж, химийн хамгийн чухал хуулиудын нэгийг тодруулж болно.

At химийн урвал(мөн цөмд нөлөөлдөггүй физик харилцан үйлчлэлийн үед) нуклидууд гарч ирэхгүй, алга болдоггүй, бие биедээ хувирдаггүй.

Тиймээс массын тоо нь протон ба нейтроны тооны нийлбэртэй тэнцүү байна. А = З + Н. Ижил элементийн нуклидууд ижил цөмийн цэнэгтэй ( З= const), нейтроны тоо Н? Ижил элементийн нуклидын хувьд цөм дэх нейтроны тоо ижил эсвэл өөр байж болно. Тиймээс нэг элементийн нуклидын массын тоо өөр байж болно. Өөр өөр массын тоо бүхий ижил элементийн нуклидын жишээ бол шинж чанарыг нь Хүснэгтэнд өгсөн янз бүрийн тогтвортой цагаан тугалганы нуклидууд юм. 12. Ижил масстай нуклидууд ижил масстай боловч өөр өөр масстай нуклидууд өөр өөр масстай байдаг. Үүнээс үзэхэд ижил элементийн атомууд массын хувьд ялгаатай байж болно.

Үүний үр дүнд ижил изотопын нуклидууд ижил тоопротон (энэ нь нэг элемент учраас), ижил тооны нейтрон (энэ нь нэг изотоп учраас) ба байгалийн хувьд ижил масстай. Ийм нуклидууд нь бүрэн ижил байдаг тул үндсэндээ ялгагдахгүй. (Физикт "изотоп" гэдэг үг заримдаа тухайн изотопын нэг нуклид гэсэн утгатай)

Нэг элементийн өөр өөр изотопуудын нуклидууд нь массын тоогоор, өөрөөр хэлбэл тоогоор ялгаатай байдаг.
нейтрон ба масс.

Эрдэмтэд мэдэгдэж байгаа нуклидын нийт тоо 2000 дөхөж байна. Эдгээрээс 300 орчим нь тогтвортой, өөрөөр хэлбэл одоогоор 110 элемент, түүний дотор хиймэл аргаар олж авсан элементүүдийг ялгаж үздэг изобарууд- ижил масстай нуклидууд (цэнэгээс үл хамааран)
Олон элементүүд нь нэг байгалийн изотоптой байдаг, жишээлбэл, Be, F, Na, Al, P, Mn, Co, I, Au болон бусад. Гэхдээ ихэнх элементүүд нь хоёр, гурав ба түүнээс дээш тогтвортой изотопуудтай байдаг.
Атомын цөмийн бүтцийг тодорхойлохын тулд заримдаа үүнийг тооцоолдог хувьцааЭдгээр цөм дэх протон эсвэл нейтрон.

Хаана D би- бидний сонирхсон объектуудын эзлэх хувь (жишээлбэл, долооны нэг),
Н 1 - эхний объектуудын тоо,
Н 2 - хоёр дахь объектын тоо,
Н 3 - гурав дахь объектын тоо,
Н и- бидний сонирхсон объектын тоо (жишээлбэл, долооны нэг),
Nn- сүүлчийн объектуудын тоо.

Математикийн томъёог богиносгохын тулд тэмдэг нь бүх тооны нийлбэрийг илэрхийлдэг Н и, эхнийхээс ( би= 1) үргэлжлэх ( би = n). Манай томъёонд энэ нь бүх объектын тоог нэгтгэсэн гэсэн үг юм: эхнийхээс ( Н 1) сүүлчийнх хүртэл ( Nn).

Жишээ. Хайрцагт 5 ногоон харандаа, 3 улаан, 2 цэнхэр; та улаан харандааны эзлэх хувийг тодорхойлох хэрэгтэй.

N 1 = n h, Н 2 = Нруу, Н 3 = nв ;

Хувьцааг энгийн эсвэл аравтын бутархайгаар эсвэл хувиар илэрхийлж болно, жишээлбэл:

НУКЛИД, ИЗОТОП, ХУВААЛЦАХ
1. Атомын цөм дэх протоны эзлэх хувийг тодорхойл. .Энэ цөм дэх нейтроны эзлэх хувийг тодорхойл.
2. Нуклидын цөм дэх нейтроны эзлэх хувь хэд вэ
3. Нуклидын массын тоо 27. Түүний доторх протоны эзлэх хувь 48.2%. Энэ нуклид аль элемент нь нуклид вэ?
4. Нуклидын цөмд нейтроны фракц 0.582 байна. З-г тодорхойлно.
5. Цөм дэх 148 нейтрон агуулсан 92 U ураны хүнд изотопын атомын масс нь цөм дэх 135 нейтрон агуулсан хөнгөн ураны изотопын атомын массаас хэд дахин их вэ?

4.4. Атом ба химийн элементүүдийн тоон шинж чанар

Атомын тоон шинж чанараас харахад та массын тоо, цөм дэх нейтроны тоо, цөм дэх протоны тоо, цөмийн цэнэгийг аль хэдийн мэддэг болсон.
Протоны цэнэг нь энгийн эерэг цэнэгтэй тэнцүү тул цөм дэх протоны тоо ( З) ба энэ цөмийн цэнэг ( q i), энгийн цахилгаан цэнэгээр илэрхийлэгдэх нь тоон хувьд тэнцүү байна. Тиймээс протоны тоотой адил цөмийн цэнэгийг ихэвчлэн үсгээр тэмдэглэдэг З.
Протоны тоо нь элементийн бүх нуклидын хувьд ижил байдаг тул үүнийг тухайн элементийн шинж чанар болгон ашиглаж болно. Энэ тохиолдолд үүнийг дууддаг атомын дугаар.

Электрон нь аль ч нуклоноос бараг 2000 дахин "хөнгөн" тул атомын масс ( м o) голчлон цөмд төвлөрдөг. Үүнийг килограммаар хэмжиж болох боловч энэ нь маш тохиромжгүй юм.
Жишээлбэл, хамгийн хөнгөн атом болох устөрөгчийн атомын масс 1.674 байна. 10-27 кг, тэр байтугай дэлхий дээр байгаа хамгийн хүнд атомын масс болох ураны атом ердөө 3.952 байна. 10-25 кг. Грамын хамгийн бага аравтын бутархай - аттограммыг (ag) ашигласнаар бид устөрөгчийн атомын массын утгыг олж авдаг. м o(H) = = 1.674. 10-9 сар. Үнэхээр эвгүй.
Тиймээс атомын массыг хэмжих нэгж болгон тусгай атомын массын нэгжийг ашигладаг бөгөөд Америкийн нэрт химич Линус Паулинг (1901 - 1994) "далтон" гэсэн нэрийг санал болгосон.

Химийн хувьд хангалттай нарийвчлалтай атомын массын нэгж нь аливаа нуклонын масстай тэнцүү бөгөөд цөм нь нэг протоноос бүрдэх устөрөгчийн атомын масстай ойролцоо байна. 11-р ангийн физикийн хичээлээр энэ нь яагаад эдгээр бөөмсийн массаас арай бага байдгийг мэдэх болно. Хэмжилт хийхэд хялбар байх үүднээс атомын массын нэгжийг нүүрстөрөгчийн хамгийн түгээмэл изотопын нуклидын массаар тодорхойлдог.

Атомын массын нэгжийн тэмдэг нь a. e.m эсвэл Day.
1Dn = 1.6605655. 10-27 кг 1.66. 10-27 кг.

Хэрэв атомын массыг дальтоноор хэмждэг бол уламжлал ёсоор үүнийг "атомын масс" гэж нэрлэдэггүй. атомын масс. Атомын масс ба атомын масс ижил байна физик хэмжигдэхүүн. Бид нэг атомын (нуклидын) массын тухай ярьж байгаа тул үүнийг нуклидын атомын масс гэж нэрлэдэг.

Нуклидын атомын массыг үсгээр тэмдэглэнэ А Рнуклидын тэмдгийг зааж, жишээлбэл:
А Р(16 O) - 16 O нуклидын атомын масс,
А Р(35 Кл) - нуклидын атомын масс 35 Кл,
А Р(27 Al) – 27 Al нуклидын атомын масс.

Хэрэв элемент хэд хэдэн изотоптой бол уг элемент нь өөр өөр масстай нуклидуудаас бүрдэнэ. Байгалийн хувьд элементүүдийн изотопын найрлага нь ихэвчлэн тогтмол байдаг тул элемент бүрийн хувьд та тооцоолж болно дундаж атомын массэнэ элемент():

Хаана Д 1 , Д 2 , ..., D би- 1, 2 дахь хувь, ... , би-р изотоп;
м 0 (1), м 0 (2), ..., м 0 (би) – 1, 2, ..., i-р изотопын нуклидын масс;
n – нийт тооӨгөгдсөн элементийн изотопууд.
Хэрэв элементийн атомын дундаж массыг дальтоноор хэмждэг бол энэ тохиолдолд үүнийг дуудна элементийн атомын масс.

Элементийн атомын массыг нуклидын атомын масстай адил үсгээр тэмдэглэнэ. А r , гэхдээ хаалтанд нуклидын тэмдгийг зааж өгсөн боловч харгалзах элементийн тэмдэг, жишээлбэл:
А r (O) - хүчилтөрөгчийн атомын масс,
А r (Сl) - хлорын атомын масс,
А r (Al) - хөнгөн цагааны атомын масс.

Элементийн атомын масс ба энэ элементийн атомын дундаж масс нь ижил физик хэмжигдэхүүн бөгөөд өөр өөр хэмжүүрээр илэрхийлэгддэг тул элементийн атомын массыг тооцоолох томъёо нь тооцоолох томъёотой төстэй юм. дундаж жинЭнэ элементийн атомууд:

Хаана Д 1 , Д 2 , ..., Дн– 1, 2, ...-ын хувь, би- тэр изотоп;
А Р(1), А Р(2), ..., А Р(би) – 1, 2, ... атомын масс, би-р изотоп;
p -тухайн элементийн изотопын нийт тоо.

ЭЛЕМЕНТИЙН АТОМЫН ТОО, АТОМЫН МАСС (НУКЛИД), НУКЛИДЫН АТОМ МАСС, АТОМЫН НЭГЖ, ЭЛЕМЕНТИЙН АТОМ МАСС

4) a) N 2 O 5 азотын исэл дэх хүчилтөрөгчийн атомын эзлэх хувь хэд вэ; б) хүхрийн хүчил дэх хүхрийн атомууд? 5) Нуклидын атомын массыг массын тоотой тэнцүү авч, борын изотопуудын байгалийн хольц нь 10 В изотопын 19%, 11 В изотопын 81% -ийг агуулсан бол борын атомын массыг тооцоол.

6) Нуклидын атомын массыг массын тоотой тэнцүү авч, байгалийн хольц дахь изотопуудын эзлэх хувь (изотопын найрлага) нь: а) 24 мг – 0,796 25 мг – 0,091 бол дараах элементүүдийн атомын массыг тооцоол. 26 мг - 0.113
б) 28 Si – 92,2% 29 Si – 4,7% 30 Si – 3,1%
в) 63 Cu – 0,691 65 Cu – 0,309

7) Талли-207 ба талли-203 изотопууд байгальд байдаг ба таллийн атомын масс 204.37 Дн бол байгалийн таллийн изотоп найрлагыг (харгалзах изотопуудын фракцаар) тодорхойлно.

8) Байгалийн аргон нь гурван изотопоос бүрдэнэ. 36 ар нуклидын эзлэх хувь 0.34% байна. Аргоны атомын масс 39.948 хоног. Байгальд 38 Ар, 40 Ар хоёрын харьцааг тодорхойл.

9) Байгалийн магни нь гурван изотопоос бүрдэнэ. Магнийн атомын масс - 24.305 хоног. 25 мг изотопын эзлэх хувь 9.1% байна. 24 ба 26 масстай магнийн үлдсэн хоёр изотопын харьцааг тодорхойл.

10) Б дэлхийн царцдас(агаар мандал, гидросфер ба литосфер), лити-7 атом нь лити-6 атомаас ойролцоогоор 12.5 дахин их байдаг. Литийн атомын массыг тодорхойлно уу.

11) Рубидиумын атомын масс - 85.468 хоног. 85 Rb ба 87 Rb байгальд байдаг. Рубидиумын хөнгөн изотоп хүнд изотопоос хэд дахин их байгааг тодорхойл.

“Белоярскийн АЦС-ын BN-800 реакторын MOX түлшний угсралтын эхний таван түлшний угсралт хийгдсэн тул үйлдвэрлэлийн хөгжлийн үе шат дууссан технологийн цогцолбор MOX GCC" гэж МСК-ийн хэвлэлийн алба мэдээлэв.

Одоогийн байдлаар Уул уурхай, химийн цогцолбор Росатомын хэд хэдэн аж ахуйн нэгжтэй хамтран боловсруулж, жилийн 40 түлшний угсралтын төлөвлөгөөг биелүүлэхийн тулд үйлдвэрлэлийн бүтээмжийг нэмэгдүүлэхэд чиглэсэн арга хэмжээнүүд хэрэгжиж байна.

Белоярскийн АЦС-ын 4-р эрчим хүчний нэгж нь "хурдан" реактор дээр суурилсан цөмийн түлшний эргэлтийг хаах хэд хэдэн технологийг туршихад зайлшгүй шаардлагатай. Ийм хаалттай мөчлөгийн үед цөмийн "түлш"-ийн нөхөн үржихүйн хүрээг өргөжүүлснээр цөмийн энергийн түлшний бааз мэдэгдэхүйц өргөжиж, мөн "шаталтын улмаас цацраг идэвхт хаягдлын хэмжээг багасгах боломжтой" гэж үзэж байна. ” аюултай радионуклид. Шинжээчдийн үзэж байгаагаар Орос улс хурдан нейтрон реактор барих технологиор дэлхийд нэгдүгээрт ордог.

BN-800 реактор бүхий BNPP-ийн 4-р блок нь BN-1200 илүү хүчирхэг арилжааны "хурдан" эрчим хүчний нэгжийн загвар болжээ. Белоярскийн АЦС дээр мөн BN-1200 туршилтын нэгж барих шийдвэрийг 2020 оны эхээр гаргаж магадгүй гэж өмнө нь мэдээлж байсан.

BN-800 реактор нь орчин үеийн цөмийн энергийн үндэс болсон дулааны нейтрон реактороос ашигласан цөмийн түлшийг дахин боловсруулах явцад тусгаарлагдсан плутонийг ашиглах боломжтой MOX түлшийг ашиглах зориулалттай. ОХУ-ын цөмийн салбарын 20 гаруй байгууллагын оролцоотойгоор БН-800-д зориулсан MOX түлшний үйлдвэрийн үйлдвэрлэлийг Уул уурхай, химийн комбинатад барьсан.

BN-800 реакторын анхны түлшний ачааллыг ихэвчлэн уламжлалт ураны ислийн түлшнээс бүрдүүлдэг. Үүний зэрэгцээ, түлшний угсралтын хэсэг нь Росатомын бусад аж ахуйн нэгжүүдийн туршилтын үйлдвэрлэлийн байгууламжид үйлдвэрлэсэн MOX түлшийг агуулдаг - RIAR (Димитровград, Ульяновск муж) болон Маяк үйлдвэрлэлийн холбоо (ЗАТО Озерск, Челябинск муж). Цаг хугацаа өнгөрөхөд BN-800 реакторыг Уул уурхай, химийн комбинатын үйлдвэрлэсэн MOX түлш болгон хувиргах ёстой.

"Уул уурхай, химийн комбинат" Холбооны улсын нэгдсэн аж ахуйн нэгж (Росатомын цөмийн энергийн байгууламжийн амьдралын мөчлөгийн эцсийн шатны хэлтсийн нэг хэсэг) нь холбооны цөмийн байгууллагын статустай. МСК нь Росатомын цөмийн түлшний хаалттай циклийн технологийн цогцолборыг бий болгох гол байгууллага юм. шинэлэг технологишинэ үе. Дэлхийд анх удаа Уул Уурхайн Химийн Цогцолбор нь цөмийн цахилгаан станцын реакторын ашигласан цөмийн түлшийг хадгалах, түүнийг дахин боловсруулах, хурдан нейтрон реакторт зориулсан шинэ цөмийн MOX түлш үйлдвэрлэх гэсэн гурван өндөр технологийн процессыг нэг дор төвлөрүүлж байна.

Нейтрон (элементар бөөмс)

Энэхүү нийтлэлийг Владимир Горунович Wikiknowledge вэбсайтад зориулж бичсэн бөгөөд мэдээллийг сүйтгэгчдээс хамгаалах зорилгоор энэ сайтад байрлуулсан бөгөөд дараа нь энэ сайтад нэмэлтээр оруулсан болно.

ШИНЖЛЭХ УХААНЫ хүрээнд үйл ажиллагаа явуулдаг энгийн бөөмсийн талбайн онол нь ФИЗИК-ээр батлагдсан үндэслэл дээр суурилдаг.

• Сонгодог электродинамик,
• Квант механик
• Хамгаалалтын хуулиуд нь физикийн үндсэн хуулиуд юм.

Энэ бол үндсэн ялгаа юм шинжлэх ухааны хандлага, энгийн бөөмсийн талбайн онолд ашигладаг - Жинхэнэ онол нь байгалийн хуулийн хүрээнд хатуу ажиллах ёстой: энэ бол ШИНЖЛЭХ УХААН.

Байгальд байхгүй зүйлсийг ашигла энгийн бөөмс, байгальд байхгүй суурь харилцан үйлчлэлийг зохион бүтээх, эсвэл байгальд байгаа харилцан үйлчлэлийг гайхалтай зүйлээр солих, байгалийн хуулийг үл тоомсорлох, тэдгээрт математикийн арга барил хийх (шинжлэх ухааны дүр төрхийг бий болгох) - энэ бол маш олон үлгэр домог болсон. шинжлэх ухаан шиг. Үүний үр дүнд физик нь математикийн үлгэрийн ертөнц рүү гулсан орсон.

1 нейтроны радиус
2 Нейтроны соронзон момент
3 Нейтроны цахилгаан орон
4 Нейтроны тайван масс
5 Нейтроны амьдрах хугацаа
6 Шинэ физик: Нейтрон (элементар бөөмс) - хураангуй

Нейтрон - энгийн бөөмсквант тоо L=3/2 (спин = 1/2) - барион бүлэг, протоны дэд бүлэг, цахилгаан цэнэг+0 (системчилэл талбайн онолэнгийн бөөмс).

Энгийн бөөмсийн талбайн онолын дагуу (шинжлэх ухааны үндэслэлд суурилсан онол бөгөөд бүх элементийн бөөмсийн зөв спектрийг хүлээн авсан цорын ганц онол) нейтрон нь эргэдэг туйлширсан ээлжит цахилгаанаас бүрдэнэ. соронзон оронтогтмол бүрэлдэхүүн хэсэгтэй. Нейтрон нь кваркуудаас бүрддэг гэж үздэг Стандарт загварын бүх үндэслэлгүй мэдэгдэл нь бодит байдалтай ямар ч холбоогүй юм. - Физик нь нейтрон нь цахилгаан соронзон оронтой болохыг туршилтаар нотолсон (нийт цахилгаан цэнэгийн тэг утга нь диполь цахилгаан орон байхгүй гэсэн үг биш бөгөөд үүнийг Стандарт загвар хүртэл шууд бусаар хүлээн зөвшөөрөхөөс өөр аргагүй болсон. нейтроны бүтэц), мөн таталцлын орон. 100 жилийн өмнө энгийн тоосонцор нь цахилгаан соронзон оронтой төдийгүй тэдгээрээс бүрддэг гэдгийг физикчид гайхалтай таамаглаж байсан боловч 2010 он хүртэл онолыг бий болгох боломжгүй байв. Одоо 2015 онд энгийн бөөмсийн таталцлын онол гарч ирсэн бөгөөд энэ нь таталцлын цахилгаан соронзон шинж чанарыг тогтоож, таталцлын тэгшитгэлээс ялгаатай энгийн бөөмсийн таталцлын талбайн тэгшитгэлийг олж авсан бөгөөд үүний үндсэн дээр нэгээс олон тооны байна. барьсан математикийн үлгэрфизикт.

Бүтэц цахилгаан соронзон ороннейтрон (E - тогтмол цахилгаан орон, H - тогтмол соронзон орон, шар нь хувьсах цахилгаан соронзон орныг илтгэнэ).

Эрчим хүчний баланс (нийт дотоод энергийн хувь):

• тогтмол цахилгаан орон (E) - 0.18%,
• тогтмол соронзон орон (H) - 4.04%,
• хувьсах цахилгаан соронзон орон - 95.78%.

Хүчтэй тогтмол соронзон орон байгаа нь нейтрон цөмийн хүчийг эзэмшдэг болохыг тайлбарладаг. Нейтроны бүтцийг зурагт үзүүлэв.

Тэг цахилгаан цэнэгтэй хэдий ч нейтрон нь диполь цахилгаан оронтой байдаг.

1 нейтроны радиус

Элемент бөөмсийн талбайн онол нь энгийн бөөмийн радиусыг (r) төвөөс хамгийн их массын нягт хүрэх цэг хүртэлх зай гэж тодорхойлдог.

Нейтроны хувьд энэ нь 3,3518 ∙10 -16 м байх болно. Үүнд бид цахилгаан соронзон орны давхаргын зузааныг 1,0978 ∙10 -16 м нэмэх ёстой.

Дараа нь үр дүн нь 4.4496 ∙10 -16 м байх болно, ингэснээр нейтроны гаднах хил нь төвөөс 4.4496 ∙10 -16 м-ээс их зайд байрлах ёстой протон бөгөөд энэ нь гайхмаар зүйл биш юм. Элемент бөөмийн радиусыг квант тоо L ба үлдсэн массын утгаараа тодорхойлно. Хоёр бөөмс хоёулаа ижил төрлийн L ба M L квант тоотой бөгөөд тэдгээрийн амрах масс нь бага зэрэг ялгаатай.

2 Нейтроны соронзон момент

Үүний эсрэгээр квант онолЭлемент бөөмсийн талбайн онол нь цахилгаан цэнэгийн эргэлтийн нөлөөгөөр энгийн бөөмсийн соронзон орон үүсдэггүй, харин цахилгаан соронзон орны тогтмол бүрэлдэхүүн хэсэг болох тогтмол цахилгаан оронтой нэгэн зэрэг оршдог гэж үздэг. Тиймээс L>0 квант тоотой бүх энгийн бөөмс нь соронзон оронтой байдаг.

Энгийн бөөмсийн талбайн онол нь нейтроны соронзон моментийг хэвийн бус гэж үздэггүй - түүний утгыг квант тоонуудын багцаар тодорхойлдог. квант механикэнгийн бөөмс дотор ажилладаг.

Тиймээс нейтроны соронзон момент нь гүйдэлээр үүсгэгддэг.

• (0) с соронзон момент-1 eħ/m 0n c

Дараа нь бид үүнийг нейтроны хувьсах цахилгаан соронзон орны энергийн хувийг 100 хувиар үржүүлж, цөмийн магнетон болгон хувиргана. Цөмийн магнетонууд нь нейтрон (m 0n) биш харин протоны массыг (m 0p) харгалзан үздэг тул үр дүнг m 0p / m 0n харьцаагаар үржүүлэх ёстой гэдгийг мартаж болохгүй. Үүний үр дүнд бид 1.91304-ийг авна.

3 Нейтроны цахилгаан орон

Тэг цахилгаан цэнэгтэй хэдий ч энгийн бөөмсийн талбайн онолын дагуу нейтрон нь тогтмол цахилгаан оронтой байх ёстой. Нейтроныг бүрдүүлдэг цахилгаан соронзон орон нь тогтмол бүрэлдэхүүн хэсэгтэй тул нейтрон нь тогтмол соронзон орон, тогтмол цахилгаан оронтой байх ёстой. Цахилгаан цэнэг тэг байх тул тогтмол цахилгаан орон нь диполь болно. Өөрөөр хэлбэл, нейтрон нь ижил хэмжээтэй, эсрэг тэмдэгтэй хоёр тархсан зэрэгцээ цахилгаан цэнэгийн талбайтай төстэй тогтмол цахилгаан оронтой байх ёстой. Холын зайд нейтроны цахилгаан талбар нь цэнэгийн тэмдгийн талбаруудын харилцан нөхцлөөс болж бараг мэдэгдэхүйц биш байх болно. Гэхдээ нейтроны радиусын дарааллаар зайд энэ талбар нь ижил хэмжээтэй бусад энгийн бөөмстэй харилцан үйлчлэхэд чухал нөлөө үзүүлнэ. Энэ нь юуны түрүүнд атомын цөм дэх нейтроны протонтой, нейтронтой нейтронтой харилцан үйлчлэхтэй холбоотой юм. Нейтрон-нейтроны харилцан үйлчлэлийн хувьд эдгээр нь эргэлтийн ижил чиглэлд түлхэх хүч, эргэлтийн эсрэг чиглэлд татах хүч байх болно. Нейтрон-протоны харилцан үйлчлэлийн хувьд хүчний тэмдэг нь зөвхөн эргэлтийн чиглэлээс гадна нейтрон ба протоны цахилгаан соронзон орны эргэлтийн хавтгай хоорондын шилжилтээс хамаарна.

Тэгэхээр нейтрон нь хоёр тархсан зэрэгцээ тэгш хэмтэй цагираг цахилгаан цэнэгийн диполь цахилгаан оронтой байх ёстой (+0.75e ба -0.75e), дундаж радиус , зайд байрладаг

Нейтроны цахилгаан диполь момент (энгийн бөөмсийн талбайн онолын дагуу) дараахтай тэнцүү байна.

Энд ħ нь Планкийн тогтмол, L нь энгийн бөөмсийн талбайн онолын үндсэн квант тоо, e нь энгийн цахилгаан цэнэг, m 0 нь нейтроны амрах масс, m 0~ -д агуулагдах нейтроны амрах масс. хувьсах цахилгаан соронзон орон, c - гэрлийн хурд, P - цахилгаан диполь моментийн вектор (нейтроны хавтгайд перпендикуляр, бөөмийн төвөөр дамжин эерэг цахилгаан цэнэг рүү чиглэсэн), s - хоорондох дундаж зай цэнэг, r e нь энгийн бөөмийн цахилгаан радиус юм.

Таны харж байгаагаар цахилгаан цэнэгүүд нь нейтрон дахь кваркуудын цэнэгтэй (+2/3e=+0.666e ба -2/3e=-0.666e) хэмжээтэй ойролцоо боловч кваркуудаас ялгаатай нь цахилгаан соронзон орон нь байгальтай, мөн тогтмолтой төстэй бүтэцтэй Аливаа саармаг элементар бөөмс нь эргэлтийн хэмжээнээс үл хамааран цахилгаан оронтой ба... .

SI систем дэх (А) цэг дэх нейтроны цахилгаан диполь талбайн потенциал (ойролцоогоор 10s > r > s ойролцоо) дараах байдалтай тэнцүү байна.

Энд θ нь диполь моментийн вектор хоорондын өнцөг Пба ажиглалтын цэгийн чиглэл А, r 0 - хэвийн болгох параметр r 0 =0.8568Lħ/(m 0~ c), ε 0 - цахилгаан тогтмол, r - элементийн тэнхлэгээс (хувьсах цахилгаан соронзон орны эргэлт) зай бөөмөөс ажиглалтын А цэг хүртэлх зай, h - бөөмийн хавтгайгаас (түүний төвөөр дамжин өнгөрөх) ажиглалтын А цэг хүртэлх зай, h e - дундаж өндөрсаармаг элементар бөөмс дэх цахилгаан цэнэгийн байршил (0.5с-тэй тэнцүү), |...| - тооны модуль, P n - векторын хэмжээ П n. (GHS системд үржүүлэгч байдаггүй.)

SI систем дэх нейтроны цахилгаан диполь талбайн E хүч (ойролцоо 10s > r > s бүсэд) дараахтай тэнцүү байна.

Хаана n=r/|r| - ажиглалтын цэгийн (A) чиглэлд диполийн төвөөс нэгж вектор, цэг (∙) нь скаляр үржвэрийг илэрхийлнэ, векторуудыг тодоор тэмдэглэв. (GHS системд үржүүлэгч байдаггүй.)

Нейтроны цахилгаан диполь талбайн хүч чадлын бүрэлдэхүүн хэсгүүд (ойролцоогоор 10s>r>s бүсэд) уртааш (| |) (дипольоос өгөгдсөн цэг хүртэл татсан радиус векторын дагуу) ба хөндлөн (_|_) хэсэгт. SI систем:

Энд θ нь диполь момент векторын чиглэлийн хоорондох өнцөг юм П n ба ажиглалтын цэг хүртэлх радиус вектор (SGS системд хүчин зүйл байхгүй).

Цахилгаан орны хүч чадлын гурав дахь бүрэлдэхүүн хэсэг нь диполь моментийн вектор байрлах хавтгайд ортогональ байна. П n нейтрон ба радиус вектор, - үргэлж тэгтэй тэнцүү байна.

Нейтроны цахилгаан диполь талбайн (n) өөр саармаг элементар бөөмийн (2) цахилгаан диполь талбайн алс бүсийн (r>>s) SI дахь (A) цэгийн харилцан үйлчлэлийн потенциал энерги U. систем нь тэнцүү байна:

Энд θ n2 нь диполь цахилгаан моментуудын векторуудын хоорондох өнцөг юм П n ба П 2, θ n - диполь цахилгаан моментийн вектор хоорондын өнцөг П n ба вектор r, θ 2 - диполь цахилгаан моментийн вектор хоорондын өнцөг П 2 ба вектор r, r- диполь цахилгаан моментийн төвөөс p n диполь цахилгаан моментийн төв рүү p 2 (ажиглалтын цэг хүртэл) вектор. (GHS системд үржүүлэгч байхгүй)

Ойролцоох бүсийн сонгодог электродинамик ба интеграл тооцоолол ашиглан тооцоолсон E-ийн утгын хазайлтыг багасгахын тулд хэвийн болгох параметр r 0-ийг нэвтрүүлсэн. Хэвийн байдал нь хавтгайд хэвтэж буй цэг дээр тохиолддог хавтгайтай зэрэгцээнейтрон, нейтроны төвөөс хол зайд (бөөмийн хавтгайд) зайлуулж, h=ħ/2m 0~ c өндөртэй шилжилттэй, энд m 0~ нь хувьсах цахилгаан соронзон орон дахь массын хэмжээ юм. тайван байдалд байгаа нейтроны (нейтроны хувьд m 0~ = 0.95784 м. Тэгшитгэл бүрийн хувьд r 0 параметрийг бие даан тооцно. Талбайн радиусыг ойролцоо утга болгон авч болно:

Дээр дурдсан бүхнээс үзэхэд нейтроны цахилгаан диполь талбар (энэ нь байгальд байгаа талаар 20-р зууны физикт ямар ч ойлголтгүй байсан) сонгодог электродинамикийн хуулиудын дагуу цэнэгтэй элементар бөөмстэй харилцан үйлчлэлцэх болно.

4 Нейтроны тайван масс

Сонгодог электродинамик ба Эйнштейний томъёоны дагуу нейтроныг оролцуулан L>0 квант тоотой энгийн бөөмсийн үлдсэн массыг тэдгээрийн цахилгаан соронзон орны энергийн эквивалент гэж тодорхойлдог.

Тодорхой интеграл нь энгийн бөөмийн бүх цахилгаан соронзон орныг эзэлдэг бол E нь цахилгаан орны хүч, H нь соронзон орны хүч юм. Энд цахилгаан соронзон орны бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг харгалзан үздэг: тогтмол цахилгаан орон (нейтрон байдаг), тогтмол соронзон орон, хувьсах цахилгаан соронзон орон. Энэхүү жижиг, гэхдээ маш их физикийн багтаамжтай томьёо нь үндсэн бөөмсийн таталцлын талбайн тэгшитгэлийг гаргаж авсан нь нэгээс илүү үлгэрийн "онолыг" хаягдал руу илгээх болно - тийм ч учраас тэдний зарим зохиогчид үзэн яддаг.

Дээрх томъёоноос дараах байдлаар: нейтроны үлдсэн массын утга нь нейтрон байрлах нөхцлөөс хамаарна. Тиймээс, нейтроныг тогтмол гадаад цахилгаан талбарт (жишээлбэл, атомын цөм) байрлуулснаар бид E 2-д нөлөөлөх бөгөөд энэ нь нейтроны масс болон түүний тогтвортой байдалд нөлөөлнө. Нейтроныг тогтмол соронзон орон дээр байрлуулах үед ижил төстэй нөхцөл байдал үүснэ. Иймээс атомын цөм доторх нейтроны зарим шинж чанар нь талбайгаас хол, вакуум дахь чөлөөт нейтроны шинж чанараас ялгаатай байдаг.

5 Нейтроны амьдрах хугацаа

Физикийн тогтоосон 880 секундын амьдралын хугацаа нь чөлөөт нейтронтой тохирч байна.

Элемент бөөмсийн хээрийн онол нь энгийн бөөмийн амьдрах хугацаа нь түүний орших нөхцлөөс хамаарна гэж үздэг. Нейтроныг гадаад талбарт (жишээлбэл, соронзон орон) байрлуулснаар бид түүний цахилгаан соронзон орон дахь энергийг өөрчилдөг. Нейтроны дотоод энерги буурахын тулд та гадаад талбайн чиглэлийг сонгож болно. Үүний үр дүнд нейтроны задралын үед бага энерги ялгарах бөгөөд энэ нь задралыг улам хүндрүүлж, энгийн бөөмийн амьдрах хугацааг уртасгах болно. Нейтроны задралд нэмэлт энерги шаардагдах тул нейтрон тогтвортой болохын тулд гадаад талбайн хүч чадлын ийм утгыг сонгох боломжтой. Энэ нь атомын цөмд (жишээлбэл, дейтерий) ажиглагддаг зүйл бөгөөд хөрш зэргэлдээ протонуудын соронзон орон нь цөмийн нейтрон задрахаас сэргийлдэг. Бусад тохиолдолд цөмд нэмэлт энерги орох үед нейтроны задрал дахин боломжтой болно.

6 Шинэ физик: Нейтрон (элементар бөөмс) - хураангуй

Стандарт загварт (энэ зүйлд орхигдсон боловч 20-р зуунд үнэн гэж мэдэгдсэн) нейтрон нь нэг "дээш" (u) ба хоёр "доош" (d) кварк гэсэн гурван кваркийн холбогдсон төлөв гэж заасан байдаг. нейтроны санал болгож буй кварк бүтэц: udd ). Байгальд кварк байгаа нь туршилтаар нотлогдоогүй тул байгаль дээрх таамагласан кваркуудын цэнэгтэй тэнцэх хэмжээний цахилгаан цэнэг илрээгүй бөгөөд зөвхөн кваркуудын ул мөр байгаа гэж тайлбарлах шууд бус нотолгоо байдаг. энгийн бөөмсийн зарим харилцан үйлчлэл, гэхдээ бас өөрөөр тайлбарлаж болно, дараа нь мэдэгдэл Нейтрон нь кварк бүтэцтэй гэсэн стандарт загвар нь зөвхөн батлагдаагүй таамаглал хэвээр байна. Аливаа загвар, түүний дотор Стандарт загвар нь нейтроныг оролцуулаад энгийн бөөмсийн дурын бүтцийг авах эрхтэй боловч хурдасгуур дээр нейтрон бүрдсэн харгалзах бөөмсийг илрүүлэх хүртэл загварын мэдэгдлийг нотлогдоогүй гэж үзнэ.

Нейтроныг дүрсэлсэн стандарт загвар нь байгальд байдаггүй глюонтой кваркуудыг (хэн ч бас глюоныг олоогүй), байгальд байдаггүй талбар, харилцан үйлчлэлийг нэвтрүүлж, энерги хадгалагдах хуультай зөрчилддөг;

Эгэл бөөмсийн талбайн онол ( Шинэ физик) байгальд үйлчилж буй хуулиудын хүрээнд байгальд орших талбарууд болон харилцан үйлчлэлд тулгуурлан нейтроныг дүрсэлдэг - энэ бол ШИНЖЛЭХ УХААН юм.

Владимир Горунович

Нэгдүгээр бүлэг. ТОГТВОРТОЙ ЦӨМИЙН ШИНЖ

Цөм нь цөмийн хүчээр холбогдсон протон ба нейтроноос бүрддэг гэж дээр хэлсэн. Хэрэв бид цөмийн массыг атомын массын нэгжээр хэмжих юм бол массын тоо гэж нэрлэгддэг бүхэл тоогоор үржүүлсэн протоны масстай ойролцоо байх ёстой. Хэрэв цөмийн цэнэг массын тоо бол энэ нь цөмд протон ба нейтрон агуулагддаг гэсэн үг юм. (Цөм дэх нейтроны тоог ихэвчлэн дараах байдлаар тэмдэглэдэг

Цөмийн эдгээр шинж чанарууд нь бэлгэдлийн тэмдэглэгээнд тусгагдсан бөгөөд үүнийг дараа нь хэлбэрээр ашиглах болно

Энд X нь атом нь хамаарах элементийн нэр (жишээлбэл, цөм: гелий - , хүчилтөрөгч - , төмөр - уран

Тогтвортой цөмийн гол шинж чанарууд нь: цэнэг, масс, радиус, механик ба соронзон моментууд, өдөөгдсөн төлөвийн спектр, паритет ба квадруполь момент юм. Цацраг идэвхит (тогтворгүй) цөмүүд нь тэдгээрийн ашиглалтын хугацаа, цацраг идэвхт хувирлын төрөл, ялгарах бөөмсийн энерги болон бусад олон шинж чанаруудаар тодорхойлогддог бөгөөд үүнийг доор авч үзэх болно.

Юуны өмнө цөмийг бүрдүүлдэг энгийн бөөмс болох протон ба нейтронуудын шинж чанарыг авч үзье.

§ 1. ПРОТОН, НЕЙТРОНЫ ҮНДСЭН ОНЦЛОГ

Жин.Электрон массын нэгжээр: протоны масс, нейтроны масс.

Атомын массын нэгжээр: протоны масс, нейтроны масс

Эрчим хүчний нэгжүүдэд протоны үлдсэн масс нь нейтроны үлдсэн масс юм.

Цахилгаан цэнэг. q нь цахилгаан оронтой бөөмийн харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог параметр бөгөөд электрон цэнэгийн нэгжээр илэрхийлэгдэнэ.

Бүх энгийн бөөмс нь 0 эсвэл протоны цэнэгтэй тэнцүү хэмжээний цахилгаан тээдэг. Нейтроны цэнэг тэг байна.

Ээрэх.Протон ба нейтроны спин нь хоёулаа фермион бөгөөд Ферми-Диракийн статистикт захирагддаг тул Паули зарчимд захирагддаг.

Соронзон мөч.Хэрэв бид электрон массын оронд электроны соронзон моментийг тодорхойлдог томьёо (10)-д протоны массыг орлуулах юм бол бид үүнийг олж авна.

Хэмжигдэхүүнийг цөмийн магнетон гэж нэрлэдэг. Протоны эргэлтийн соронзон момент нь электронтой адилтгаж болно Гэсэн хэдий ч туршлагаас харахад протоны өөрийн соронзон момент нь цөмийн магнетоноос их байдаг: орчин үеийн мэдээллээр.

Нэмж дурдахад, цэнэггүй бөөмс - нейтрон нь тэгээс ялгаатай, тэнцүү соронзон моменттэй болох нь тогтоогджээ.

Нейтрон дахь соронзон момент байгаа эсэх гэх мэт их үнэ цэнэпротоны соронзон момент нь эдгээр бөөмсийн цэгийн шинж чанарын талаархи таамаглалтай зөрчилддөг. Хэд хэдэн туршилтын өгөгдлийг олж авсан сүүлийн жилүүдэд, протон ба нейтрон хоёулаа нарийн төвөгтэй нэг төрлийн бус бүтэцтэй болохыг харуулж байна. Нейтроны төвд эерэг цэнэг, захын хэсэгт бөөмийн эзэлхүүнд тархсан хэмжээтэй тэнцүү сөрөг цэнэг байдаг. Гэхдээ соронзон момент нь зөвхөн урсах гүйдлийн хэмжээгээр төдийгүй түүний бүрхсэн талбайгаар тодорхойлогддог тул тэдгээрийн үүсгэсэн соронзон моментууд тэнцүү биш байх болно. Тиймээс нейтрон нь ерөнхийдөө төвийг сахисан хэвээр байх үед соронзон моменттэй байж болно.

Нуклонуудын харилцан хувиргалт.Нейтроны масс нь протоны массаас 0.14% их буюу электроны массаас 2.5 дахин их,

Чөлөөт төлөвт нейтрон нь протон, электрон болон антинейтрино болж задардаг: Түүний дундаж наслалт 17 минут орчим байдаг.

Протон бол тогтвортой бөөмс юм. Гэсэн хэдий ч цөм дотор энэ нь нейтрон болж хувирдаг; энэ тохиолдолд урвал нь схемийн дагуу явагдана

Зүүн ба баруун талын бөөмсийн массын зөрүү нь цөм дэх бусад нуклонуудын протонд өгсөн энергиээр нөхөгддөг.

Протон ба нейтрон нь ижил спинтэй, бараг ижил масстай бөгөөд бие биенээ хувиргаж чаддаг. Хосоор эдгээр бөөмсийн хооронд үйлчилж буй цөмийн хүч ч мөн адил байдгийг дараа харуулах болно. Тиймээс тэдгээрийг нийтлэг нэрээр - нуклон гэж нэрлэдэг бөгөөд нуклон нь цахилгаан соронзон оронтой харьцах харьцаагаараа ялгаатай протон ба нейтрон гэсэн хоёр төлөвт байж болно гэж тэд хэлдэг.

Нейтрон ба протонууд нь цахилгаан бус шинж чанартай цөмийн хүч байдгаас болж харилцан үйлчилдэг. Цөмийн хүч нь мезон солилцохоос үүдэлтэй. Хэрэв бид протон ба бага энергитэй нейтроны хоорондын харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги нь тэдгээрийн хоорондын зайнаас хамааралтай болохыг дүрслэн үзвэл ойролцоогоор 1-р зурагт үзүүлсэн графиктай адил болно. 5, а, өөрөөр хэлбэл энэ нь боломжит худгийн хэлбэртэй байна.

Цагаан будаа. 5. Боломжит харилцан үйлчлэлийн энергийн нуклон хоорондын зайнаас хамаарах хамаарал: a - нейтрон-нейтрон эсвэл нейтрон-протон хосын хувьд; b - протон-протон хосын хувьд

Нейтрон гэж юу вэ? Түүний бүтэц, шинж чанар, чиг үүрэг юу вэ? Нейтрон бол атомыг бүрдүүлдэг бөөмсүүдийн хамгийн том нь бөгөөд бүх бодисын барилгын материал юм.

Атомын бүтэц

Нейтронууд нь цөмд байдаг, атомын нягт бүс нь мөн протоноор (эерэг цэнэгтэй бөөмс) дүүрдэг. Эдгээр хоёр элементийг цөмийн гэж нэрлэгддэг хүч нэгтгэдэг. Нейтронууд нь төвийг сахисан цэнэгтэй байдаг. Протоны эерэг цэнэгийг электроны сөрөг цэнэгтэй тааруулж саармаг атом үүсгэдэг. Цөм дэх нейтрон нь атомын цэнэгт нөлөөлдөггүй ч цацраг идэвхт байдлын түвшинд зэрэг атомд нөлөөлдөг олон шинж чанартай хэвээр байна.

Нейтрон, изотоп, цацраг идэвхт байдал

Атомын цөмд байрлах бөөмс нь протоноос 0.2%-иар том нейтрон юм. Тэд хамтдаа нэг элементийн нийт массын 99.99% -ийг бүрдүүлдэг бөгөөд өөр өөр тооны нейтронтой байж болно. Эрдэмтэд атомын массыг хэлэхдээ дундаж атомын массыг хэлдэг. Жишээлбэл, нүүрстөрөгч нь ихэвчлэн 12 атомын масстай 6 нейтрон, 6 протонтой байдаг ч заримдаа 13 (6 протон, 7 нейтрон) атомын масстай байдаг. Атомын дугаар 14-тэй нүүрстөрөгч бас байдаг, гэхдээ ховор байдаг. Тиймээс нүүрстөрөгчийн атомын масс дунджаар 12.011 байна.

Атомууд өөр өөр тооны нейтронтой бол тэдгээрийг изотоп гэж нэрлэдэг. Эрдэмтэд эдгээр бөөмсийг цөмд нэмж, илүү том изотопуудыг бий болгох арга замыг олжээ. Одоо нейтрон нэмэх нь цэнэггүй тул атомын цэнэгт нөлөөлөхгүй. Гэсэн хэдий ч тэд атомын цацраг идэвхт чанарыг нэмэгдүүлдэг. Энэ нь цэнэггүй болох маш тогтворгүй атомуудад хүргэдэг өндөр түвшинэрчим хүч.

Гол нь юу вэ?

Химийн хувьд цөм нь атомын эерэг цэнэгтэй төв бөгөөд протон ба нейтроноос бүрддэг. "Цөм" гэдэг үг нь "самар" буюу "цөм" гэсэн утгатай үгийн нэг хэлбэр болох латин цөмөөс гаралтай. Энэ нэр томьёог 1844 онд Майкл Фарадей атомын төвийг тодорхойлох зорилгоор гаргажээ. Цөмийг судлах, түүний бүтэц, шинж чанарыг судлахад оролцдог шинжлэх ухааныг нэрлэдэг цөмийн физикболон цөмийн хими.

Протон ба нейтроныг хүчтэй цөмийн хүчээр холбодог. Электронууд цөмд татагддаг боловч маш хурдан хөдөлдөг тул эргэлт нь атомын төвөөс тодорхой зайд явагддаг. Нэмэх тэмдэгтэй цөмийн цэнэг нь протоноос гардаг, гэхдээ нейтрон гэж юу вэ? Энэ бол цахилгаан цэнэггүй бөөмс юм. Протон ба нейтрон нь электроноос хамаагүй их масстай тул атомын бараг бүх жин цөмд агуулагддаг. Атомын цөм дэх протоны тоо нь түүний элемент болохыг тодорхойлдог. Нейтроны тоо нь атомын аль изотоп болохыг илэрхийлдэг.

Атомын цөмийн хэмжээ

Цөм нь атомын ерөнхий диаметрээс хамаагүй бага байдаг, учир нь электронууд төвөөс хол зайд байрладаг. Устөрөгчийн атом нь цөмөөсөө 145,000 дахин, ураны атом нь төвөөсөө 23,000 дахин том. Устөрөгчийн цөм нь нэг протоноос бүрддэг тул хамгийн жижиг нь юм.

Цөм дэх протон ба нейтронуудын зохион байгуулалт

Протон ба нейтроныг ихэвчлэн бөмбөрцөгт нэгтгэж, жигд тархсан байдлаар дүрсэлдэг. Гэсэн хэдий ч энэ нь бодит бүтцийг хялбарчлах явдал юм. Нуклон бүр (протон эсвэл нейтрон) тодорхой энергийн түвшин, байршлын хүрээг эзэлж болно. Цөм нь бөмбөрцөг хэлбэртэй байж болох ч лийр, бөмбөрцөг, диск хэлбэртэй байж болно.

Протон ба нейтроны цөм нь кварк гэж нэрлэгддэг хамгийн жижиг хэсгүүдээс бүрддэг барионууд юм. Таталцлын хүч нь маш богино зайтай тул протон ба нейтронууд хоорондоо маш ойрхон байх ёстой. Энэхүү хүчтэй таталт нь цэнэглэгдсэн протонуудын байгалийн түлхэлтийг даван туулдаг.

Протон, нейтрон, электрон

зэрэг шинжлэх ухааныг хөгжүүлэх хүчирхэг түлхэц цөмийн физик, нейтроны нээлт (1932) байв. Үүний төлөө бид Рутерфордын шавь байсан Английн физикчдээ талархах ёстой. Нейтрон гэж юу вэ? Энэ бол чөлөөт төлөвт 15 минутын дотор массгүй төвийг сахисан бөөмс гэгдэх протон, электрон, нейтрино болон задарч чаддаг тогтворгүй бөөмс юм.

Бөөм нь цахилгаан цэнэггүй, төвийг сахисан учраас энэ нэрийг авсан. Нейтрон нь маш нягт юм. Тусгаарлагдсан төлөвт нэг нейтрон ердөө 1.67·10 - 27 масстай байх ба хэрвээ та нейтроноор нягт дүүргэсэн цайны халбага авбал үүссэн материйн хэсэг хэдэн сая тонн жинтэй болно.

Элементийн цөм дэх протоны тоог атомын дугаар гэнэ. Энэ тоо нь элемент бүрт өөрийн өвөрмөц онцлогийг өгдөг. Нүүрстөрөгч зэрэг зарим элементийн атомуудад цөм дэх протоны тоо үргэлж ижил байдаг ч нейтроны тоо өөр байж болно. Цөмд нь тодорхой тооны нейтрон агуулсан өгөгдсөн элементийн атомыг изотоп гэнэ.

Ганц нейтрон аюултай юу?

Нейтрон гэж юу вэ? Энэ нь протонтой хамт багтдаг бөөмс боловч заримдаа тэд өөрсдөө оршин тогтнож чаддаг. Нейтронууд атомын цөмөөс гадуур байх үед аюултай шинж чанарыг олж авдаг. Тэд өндөр хурдтай хөдөлж байхдаа үхлийн аюултай цацраг үүсгэдэг. Хүмүүс, амьтдыг хөнөөх чадвараараа алдартай нейтрон бөмбөг гэж нэрлэгддэг бөмбөг нь амьд бус биет бүтцэд хамгийн бага нөлөө үзүүлдэг.

Нейтрон бол атомын маш чухал хэсэг юм. Эдгээр бөөмсийн өндөр нягтрал нь хурдтай хослуулан тэдэнд туйлширч өгдөг хор хөнөөлтэй хүчболон эрчим хүч. Үүний үр дүнд тэд цохиж буй атомуудын цөмийг өөрчлөх эсвэл бүр таслах боломжтой. Хэдийгээр нейтрон нь цэвэр саармаг цахилгаан цэнэгтэй боловч цэнэгийн хувьд бие биенээ үгүйсгэдэг цэнэглэгдсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрддэг.

Атом дахь нейтрон бол жижиг бөөмс юм. Протонуудын нэгэн адил тэдгээр нь электрон микроскопоор ч харагдахааргүй дэндүү жижиг боловч атомын үйл ажиллагааг тайлбарлах цорын ганц арга зам учраас тэдгээр нь тэнд байдаг. Нейтрон нь атомын тогтвортой байдалд маш чухал боловч атомын төвөөс гадуур удаан оршин тогтнох боломжгүй бөгөөд дунджаар ердөө 885 секундын дотор (15 минут) ялзардаг.