Protonlar ve nötronlar: maddenin içindeki yırtık. İki protonun ve iki nötronun bir parçacıklarının nükleer sentezi hakkında bilimsel tavsiyeler
Her şeyden önce, ayrılan dört ayrı enerji türünün olduğunu anlamak gerekir:
1) Otomobillerimizi ve ayrıca modern medeniyet cihazlarının çoğunu besleyen kimyasal enerji;
2) Nükleer bölünmenin enerjisi, tüketilen elektriğin yaklaşık% 15'inde çalışmak için kullanılır;
3) Güneşi ve en çok yıldızları besleyen sıcak nükleer sentezin enerjisi;
4) Laboratuar çalışmaları altında bazı deneyciler ve varlığı tarafından görülen soğuk nükleer sentezin enerjisi çoğu bilim adamı tarafından reddedilir.
Kimyasal enerjinin izolasyonu sırasında üç türün de 10 milyon katı üç tipte üç türün de vurgulanan nükleer enerjinin (ısı / pound) miktarı. Bu tür enerji türleri arasındaki fark nedir? Bu konuya baş etmek için, bazı kimya ve fizik bilgisi gereklidir.
Bu çevrimiçi mağazanın tekliflerini kullanarak ev için mal satan ürünleri, makul fiyatlarla herhangi bir öğeyi kolayca satın alabilirsiniz.
Doğa bize iki tür istikrarlı yüklü partikül verdi: protonlar ve elektronlar. Proton, bir kural olarak, çok küçük, pozitif yüklü bir partiküldür. Elektron genellikle hafif, büyük, bulanık sınırlar ile ve negatif bir yüke sahiptir. Mıknatısın Kuzey Kutbu gibi birbirine pozitif ve negatif ücretler birbirlerine çekilir. Kuzey Kutbu'nun mıknatısı başka bir mıknatısın güney kutbunu getirmekse, karşılaşacaklar. Çarpışmada, ısı şeklinde az miktarda enerji vurgulanır, ancak kolayca ölçülmesi çok az. Mıknatısların bağlantısını kesmek için, çalışmanız gerekir, yani enerji harcamak. Taşları tepeye geri getiren aynı şey hakkında.
Taş tepeden aşağıya doğru yuvarlandığında, az miktarda ısı ayırt edilir, taşın geri kaldırma işlemi enerji tüketimi gerektirecektir.
Aynı şekilde, protonun pozitif yükü elektronun negatif yüküne bakar, "bağlar", enerji vurgulanır. Sonuç olarak, N. hidrojen atomu olarak gösterilen bir hidrojen atomu oluşturulur - bulanık bir elektrondan başka bir şey değildir, küçük bir protonu saran. Elektronu hidrojen atomundan geçerseniz, orijinal protondan daha fazlası olmayan pozitif yüklü bir iyon H + olacaktır. "İyon", bir veya daha fazla elektron kaybeden veya edinilen atom veya moleküle uygulanan addır ve bunun sonucunda nötr olmaktan vazgeçtiler.
Bildiğiniz gibi, doğada birden fazla atom var. Oksijen atomları, azot atomları, demir atomları, helyum atomları ve diğerleri var. Hepsi nasıl farklı? Hepsinde farklı tipte bir çekirdek var ve tüm çekirdekler farklı sayıda proton içeriyor, bu da farklı bir pozitif yükü var. Helyum çekirdeği 2 proton içerir, bu bir şarj artı 2'ye sahip olduğu ve şarjı nötralize etmek için 2 elektron gerekli olduğu anlamına gelir. Elektronun 2 yapıştırıldığı zaman, bir helyum atomu oluşturulur. Oksijen çekirdeği 8 proton içerir ve bir şarj 8 vardır. 8 elektron 8 elektron olduğunda, bir oksijen atomu oluşur. Azot atomu 7 elektron vardır, bir demir atomu yaklaşık 26'dır. Bununla birlikte, tüm atomların yapısı kabaca çakışıyor: bulanık elektronların bulutunda bulunan küçük, pozitif yüklü bir çekirdek. Çekirdek ve elektronlar arasındaki boyuttaki fark çok büyüktür.
Güneşin çapı, dünyanın çapından sadece 100 kat daha büyüktür. Atomdaki elektron bulutun çapı çekirdek çapının 100.000 katıdır. Hacimdeki farkı elde etmek için, bu sayıları küpte inşa etmeniz gerekir.
Şimdi kimyasal enerjinin olduğunu anlamaya hazırız. Elektriksel olarak nötr olan atomlar, gerçekte birbirlerine bağlanabilir, daha fazla enerji kaybolabilir. Başka bir deyişle, daha istikrarlı konfigürasyonlara bağlanabilirler. Elektronlar zaten atomda dağıtılmaya çalışıyorlar, böylece Kerica'ya mümkün olduğunca yakın yaklaşması gerekir, ancak bulanık doğası sonucunda belirli bir alan gerektirir. Bununla birlikte, diğer atomun elektronlarıyla bağlanır, genellikle çekirdeğe daha yakın gelmelerini sağlayan daha yakın bir konfigürasyon oluştururlar. Örneğin, 2 hidrojen atomu, her bir hidrojen atomu elektron bulutunu iki proton arasında bölünmüş 2 elektrondan verirse, daha kompakt bir konfigürasyona bağlanabilir.
Böylece, tek bir bulutun içinde iki elektrondan oluşan bir grup ve alanla ayrılmış iki proton, ancak yine de, elektronların bulutunun içinde. Sonuç olarak, ısı salınması ile akan kimyasal bir reaksiyon meydana gelir: H + H \u003d\u003e n m (işaret "\u003d\u003e" "içine girer" veya "olur" anlamına gelir). Yapılandırma H2, bir hidrojen molekülüdür; Hidrojenle bir silindir satın aldığınızda, o zaman bir atomun elektronlarının elektronlarının iki elektron H2 ve 8'i daha da fazla bir kompakt konfigürasyon oluşturabilir. Gerçekte, su molekülü, içinde üç nokta çekirdekli olan tek bir elektron bulutudur. Böyle bir molekül minimum enerji yapılandırmasıdır.
Böylece, yağ veya kömür yakmak, elektronları yeniden dağıtıyoruz. Bu, elektron bulutlarının içindeki nokta çekirdeğinin daha istikrarlı konfigürasyonlarının oluşumuna yol açar ve ısı salınması eşlik eder. Bu kimyasal enerjinin doğasıdır.
Önceki muhakemede, görüşten bir noktayı kaçırdık. Neden doğada çekirdek, başlangıçta iki veya daha fazla proton içeriyor? Her protonun pozitif bir şarjı vardır ve pozitif yükler arasındaki mesafe o kadar küçük olduğunda, çekirdeği çevreleyen alanla orantılıdır, birbirlerini güçlü bir şekilde kovarlar. Arasında ortaya çıkan itme gibi aynı masrafların itme kuzey kutupları Yanlış bağlanmaya çalışırken iki mıknatıs. Bu itmenin üstesinden gelen bir şey olmalı, aksi takdirde sadece hidrojen atomları var. Neyse ki, olmadığını görüyoruz.
Protonu etkileyen başka bir türün gücü var. Bu nükleer bir güçtür. Çok büyük olması nedeniyle, parçacıklar neredeyse birbirlerini sıkıca tutulur. Ek olarak, protondan sadece olumlu ya da olumsuz bir şarj olmadığı gerçeğiyle farklı bir ikinci tip ağır partikül vardır. Protonun olumlu bir şarjı ile kovulmazlar. Bu parçacıklar, elektriksel olarak nötr olduklarından "nötronlar" denir. Bir özellik, parçacıkların sabit durumunun yalnızca çekirdeğin içinde mümkün olmasıdır. Parçacık çekirdeğin dışında olduğuna döndüğünde, yaklaşık 10 dakika boyunca bir proton, elektron ve çok hafif antineutrininoya dönüşür. Ancak, çekirdeğin içinde, uzun süre değişmeden kalabilir. Olabileceği gibi, nötron ve proton birbirine çok güçlü bir şekilde etkilenir. Yeterli mesafeye yaklaşmak, birbirlerine bağlı, çok dayanıklı bir çift oluşturur, d + tarafından gösterilen Deuteron denilen deuteron. Tek bir elektron ile bağlanan tek deuteron, D tarafından belirtilen, ağır bir hidrojen atomu veya deuteryum oluşturur.
İkinci nükleer reaksiyon, iki deuteron etkileşime girdiğinde meydana gelir. İki deuteronas etkileşime geçmek zorunda kaldığında, birbirlerine bağlanırlar, çift şarjlı bir parçacık oluştururlar. İki protonun ve iki nötronun gruplanması, gruplandırmadan daha kararlıdır proton nötron deuteron'da. 2 elektron ile nötralize yeni partikül, gösterilmeyen helyum atomunun çekirdeği olur. Doğada, karbon çekirdeği, azot, oksijen, demir ve diğer atomlar olan büyük gruplar vardır. Tüm bu grupların varlığı, birbirleriyle etkileşime girdiklerinde partiküller arasında meydana gelen veya toplam boşluk hacmini çekirdeğin büyüklüğüne bölünen nükleer güç nedeniyle mümkündür.
Şimdi normal nükleer enerjinin doğasını anlayabiliriz, bu aslında nükleer bölünmenin enerjisidir. İçin erken tarih Evren büyük yıldızlar oluşturuldu. Bu tür masif yıldızların patlaması sırasında, tür kümelerinin çekirdekler oluşturuldu ve tekrar dış boşluğa girdi. Güneş gibi gezegenler ve yıldızlar bu kitleden kuruldu.
Belki de patlama sırasında, olası tüm sürdürülebilir protonlar ve nötron yapılandırmaları, uranyum çekirdeği gibi pratik olarak sürdürülebilir grupların yanı sıra ortaya çıktı. Aslında, üç çeşit uranyum atomu çekirdeği vardır: Uranyum-234, Uranyum-235 ve Uranyum-238. Bu "izotoplar" nötronların sayısında farklılık gösterir, ancak hepsi 92 proton içerir. Herhangi bir türün uranyum atomlarının çekirdeği, helyum çekirdeğinin emisyonları ile daha az enerji konfigürasyonuna dönüşebilir, ancak bu süreç çok nadirendir, o kadar nadirdir.
Bununla birlikte, uranyum çekirdeğinin yapılandırılmasını bozmanın başka bir yolu vardır. Genel olarak, protonların ve nötronların gruplandırılması, yaklaşık 60 çift proton nötronu içerdiğinde en stabildir. Uranyum çekirdeğinde bulunan bu tür çiftlerin sayısı bu rakamdan üç kat daha yüksektir. Sonuç olarak, çok miktarda ısıyı vurgulamak, iki parçaya bölünmeyi amaçlamaktadır. Bununla birlikte, doğa bölünmesine izin vermez. Bunu yapmak için önce daha yüksek enerji yapılandırmasına ihtiyaç duyar. Bununla birlikte, 235 u'yu gösteren uranyum - uranyum-235 türlerinden biri, nötronu yakalayan gerekli enerji ile elde edilir. Böylece gerekli enerjiyi elde etmek, çekirdek parçalanır, çok miktarda enerji vurgulayarak ilave nötronlar üretir. Bu ilave nötronlar, zincir reaksiyonuna yol açan Uranyum-235 çekirdekten ayrılabilir.
Bu gerçekleşen bu süreçtir nükleer enerji santralleriNükleer çürümenin nihai ürünü olan ısının suyunu, buharın oluşumunu ve elektrik jeneratörünün dönüşünü kaynatmak için kullanılır. (Bu yöntemin dezavantajı, güvenilir bir şekilde ortadan kaldırılması gereken radyoaktif atıkların tahsisidir).
Şimdi sıcak nükleer sentezin özünü anlamaya hazırız. Sınıf 5'te belirtildiği gibi, protonların ve nötronların gruplandırılması, proton ve nötronların sayısı, demir atomunun çekirdeğindeki sayılarına karşılık geldiğinde en kararlıdır. Normal durumda çok fazla nötron protonu içerdiği uranyum gibi, hidrojen, helyum, karbon, azot ve oksijen gibi ışık elemanları, bu tür çiftleri içerir.
Yaratırsan gerekli koşullar Bu çekirdeklerin etkileşime girmesi için, ısı tahliye ile daha istikrarlı gruplara bağlanacaktır. Sentez sürecinin nasıl gerçekleştiği budur. Doğada, güneş olarak böyle yıldızlarda buluşuyor. Doğada, sıkıştırılmış hidrojen kuvvetlice ısıtılır ve bir süre sonra sentez reaksiyonu meydana gelir. İlk işlem zaten bir çift proton ve nötron içeren deuteronlarla ortaya çıkarsa, yıldızlardaki reaksiyonlar nispeten kolayca akar. Her bir tür tipin atomunun benzer atomlar bulutunun içine hareket ettiği hız, doğrudan sıcaklığa bağlıdır. Sıcaklık ne kadar büyük olursa, hız daha yüksektir ve atomları birbirine yaklaştırır ve tek adımlı çarpışma yapar.
Yıldızlarda, sıcaklık yeterince büyüktür, böylece elektronlar çekirdeği terk eder. Böylece, gerçekte karışık bir elektron bulutu ve çekirdeklerle uğraştığımızı söyleyebiliriz. Çarpışma sırasında çekirdeğin çok yüksek bir sıcaklığında, nükleer güç içeren, birbirlerine çeken birbirlerine çok yakındır. Sonuç olarak, çekirdek "bulanık" olabilir ve ısıdan çıkan protonların ve nötronların daha düşük bir enerji grubuna dönüşebilir. Sıcak nükleer sentez, bu süreci, dedeeryum ve üçlü hidrojen (çekirdeği 1 proton ve 2 nötron içeren) gaz olarak laboratuar koşullarında gerçekleştirme girişimidir. Sıcak sentez için, yüz milyonlarca derecede gaz sıcaklığının korunması gerekir; manyetik alan Elde edilebilir, ancak sadece 1-2 saniye. Gaz sıcaklığının daha uzun süre korunmanın mümkün olacağı umut var. Sıcaklık yeterince yüksek iken, nükleer reaksiyon çekirdek çarpışmasının zamanında ilerler.
Enerjinin ayırt edildiği ana form, yüksek enerjili nötronların ve protonların serbest bırakılmasıdır. Protonlar çok hızlı bir şekilde ısıya dönüştürülür. Nötron enerjisi ayrıca ısıya dönüşebilir, bununla birlikte, ekipman radyoaktif hale gelir. Devre dışı bırakma ekipmanı çok zor görünüyor, bu yüzden sıcak sentezin ticari enerji üretimi için bir yöntem olarak uygun değil. Her durumda, sıcak sentezin enerjisi, zaten en az 50 yıl olan bir rüyadır. Bununla birlikte, çoğu bilim adamı, sıcak sentezi sentez enerjisi üretmenin tek yolu olarak görüyor. Sıcak sentez sürecinde, daha az radyasyon, bölündüğünden daha az radyasyon oluşturulur, dünyaya çevre dostu ve neredeyse sınırsız bir yakıt kaynağıdır (modern enerji tüketimine göre, milyonlarca yıl boyunca yeterli olurdu).
Son olarak, soğuk sentezin açıklanmasına yaklaştık. Soğuk sentez, sentezin enerjisinin enerjisinin atılması basit ve gelişimsel olmayan bir yöntem olabilir. Soğuk sentez sürecinde, bir çekirdeğin protonları ve nötronları, protonlar ve nötronlarla başka birinin tamamen farklı şekilde etkileşime girer.
Aynı zamanda, nükleer enerji daha istikrarlı bir konfigürasyon oluşturmaları gerçeğine katkıda bulunur. Herhangi bir nükleer reaksiyon için, reaksiyonlu çekirdeğin toplam alan hacmine sahip olması gerekir. Bu gereksinime partikül uygunluğu denir. Sıcak sentez ile, parçacıkların kombinasyonu, iki pozitif masrafın itme dayanımı üstesinden gelince ve çekirdeklerin yüzleşmesi durumunda kısa bir süredir meydana gelir. Soğuk bir sentez sırasında, partikül kombinasyonu koşulu, dederyum çekirdeğinin, elektronlar gibi bulanık parçacıklar gibi davranması ve küçük nokta parçacıkları gibi davranması için gerçekleştirilir. Hafif veya ağır hidrojen eklendiğinde ağır metal, her bir hidrojenin her "atomu", her taraftan ağır metal atomlarla çevrili olduğu bir konuma sahiptir.
Bu hidrojenin şekli orta derecede denir. Ara hidrojen ile birlikte hidrojen atomlarının elektronları, metaldeki elektron kütlesinin bir parçası haline gelir. Her hidrojen çekirdeği, bir sarkaç gibi, olumsuz yüklü bir metal elektron bulutundan geçiren bir sarkaç gibi dalgalanır. Bu tür bir titreşim, kuantum mekaniğinin postulatlarına uygun olarak, çok düşük bir sıcaklıkta bile meydana gelir. Böyle bir hareket, sıfır noktasının hareketi denir. Aynı zamanda, çekirdekler atomdaki elektronlar olarak bulanık nesneler haline gelir. Bununla birlikte, bir hidrojen çekirdeğinin diğeri ile etkileşime girmesine izin vermek için böyle bir bulanıklık yeterli değildir.
İki veya daha fazla hidrojen çekirdeğinin aynı alan olduğu ortaya çıktığı bir durum daha gereklidir. Metalde elektronlar tarafından taşınan elektrik akımı, titreşimli bir gerçek dalga gibi davranır ve nokta parçacıkları gibi davranır. Elektronlar içinde davranmadıysa katı gövdeler Dalgalar gibi, transistör veya modern bilgisayarlar olmazdı. Bir dalga formundaki elektron, Bloch işlevinin elektronu denir. Bloch fonksiyonunun bir deuteronunu elde etme ihtiyacında soğuk sentezin sırrı. İki veya daha fazla dedenin toplamı için toplam boşluğa sahip olması için, içeride veya katı yüzeyinde, dalga desenleri gereklidir. Bloch fonksiyonunun deuteronları yaratıldığı anda, nükleer güç ve protonlar ve deuteronun bir parçası olan protonlar ve nötronlar, ısı tahliye eşlik eden Bloch işlevinin helyumunun daha kararlı bir konfigürasyonuna yeniden düzenlenmeye başlar. .
Soğuk sentezi incelemek için, deneyci deuteronların dalga durumuna gitmesi ve bunları böyle bir durumda sürdürmesi gerekir. Aşırı ısının salınımını gösteren soğuk sentez üzerinde deneyler, bunun mümkün olduğunu kanıtlamaktadır. Ancak, hiçbir kimsenin, benzer bir süreci en güvenilir şekilde nasıl yapacağını bilemez. Soğuk sentezin kullanımı, milyonlarca yıldır yeterli olan bir enerji kaynağı almayı vaat ediyor ve küresel ısınma ya da radyoaktivite konusunda hiçbir problem olmayacak - bu yüzden bu fenomeni incelemek için ciddi çabalar yapılmalıdır.
Aktobe, 2014.
Hegan.Güçlü etkileşime dahil olan ilköğretim parçacıklarının sınıfı. Hadronlar kuarklardan oluşur ve iki gruba ayrılır: baryon (üç kuarktan) ve mesonlar (Quark ve Antiquark'tan). Bizim tarafımızdan gözlenen maddelerin çoğu baryumlardan oluşur: protonlar ve atomların çekirdeğinde yer alan nükleonlar.
Radyoaktif radyasyon kaynağının aktivitesi- Radyoaktif çekirdeğin toplam bozulma sayısının radyoaktif kaynağın bozulma süresi ile oranı.
Alfa radyasyonu - İyonize radyasyon tipi, radyoaktif çürüme L nükleer reaksiyonlar sırasında ortaya çıkan pozitif yüklü parçacıkların (alfa parçacıklarının) akışıdır. Alfa radyasyonunun penetrasyon kabiliyeti küçüktür (bir kağıda geciktirilir). Organizmanın içindeki alfa radyasyon kaynaklarını gıda, hava veya sızıntı hasarı ile girmek son derece tehlikelidir.
Alfa çürüğü(veya a-çürüğü), alfa parçacıklarının spontan emisyonudur Atomik çekirdek (helyum atomu)
Alfa parçacık - İki protondan ve iki nötr alandan oluşan bir parçacık. Helyum atomunun çekirdeği ile aynı.
Yok etme (yok etme) - İlköğretim partikülünün ve antipartikülün etkileşimi, bunun bir sonucu olarak kayboldukları ve enerjileri dönüşüyor elektromanyetik radyasyon.
Annigilation, diğer parçacıklardaki bir çarpışma olduğunda, partikül ve antiparikülün dönüşümünün reaksiyonudur.
AntipArticle - Aynı kitlelere sahip partikül, spin, şarj vb. fiziki ozellikleri"Çifte" -caster olarak, ancak etkileşimin bir kısmının (örneğin bir elektrikli şarj işareti) bazı özelliklerini belirten.
Antikaskiler - farklı ilköğretim parçacıklarının iki katı son tanıdık Elektrik yükü ve diğer bazı özelliklerin belirtileri. Parçacıklar ve antipartiküller, kütleleri, sırtları, yaşam zamanlarını aşamalıdır.
AC - bir nükleer santral - bir veya daha fazla nükleer güç reaktörü ve gerekli personel ile gerekli sistemler, cihazlar, ekipman ve yapıların bir kompleksini kullanarak elektrik veya ısı enerjisinin üretimi için bir sanayi kuruluşu,
Atom - özelliklerini koruyan kimyasal elemanın en küçük parçacıkları. Çekirdeğin etrafında hareket eden protonlar ve nötronlar ve elektronlar olan bir çekirdekten oluşur. Atomdaki elektron sayısı çekirdeğindeki proton sayısına eşittir.
Atom kütle - Kimyasal elemanın atomunun kütlesi, toplu (a.e.m.) atomik birimlerinde ifade edilir. 1 AE.M. 1/12 karbon izotop kütlesinin bir kısmı atomik ağırlık 12. 1A.m. \u003d 1,6605655 · 10-27 kg. Atom kütlesi, belirli bir atomdaki tüm protonların ve nötronların kütlelerinden oluşur.
Atom çekirdeği - Atomun pozitif olarak şarjlı bir orta kısmı, etrafında elektronların döndüğü ve atomun neredeyse tüm kütlesinin konsantre edildiği. Proton ve nötronlardan oluşur. Çekirdeğin şarjı, çekirdeğindeki protonların toplam şarjı ile belirlenir ve elemanların periyodik sistemindeki kimyasal elemanın atomik sayısına karşılık gelir.
Baryonlar - Kuantum numaralarını belirleyen üç kuarktan oluşan parçacıklar. Tüm baryonlar, proton hariç, kararsızdır.
Havuz deposu - Radyoaktiviteyi ve artık ısı üretimini azaltmak için nükleer enerji santralinin geçici olarak depolanması için nükleer enerji santralinin reaktör platformuna yerleştirilir.
Beckel (BC) - SI'de radyoaktif bir maddenin bir aktivitesi birimi. 1 BK, 1 sn sırasında bir çürüme eyleminin meydana geldiği, böyle bir radyoaktif maddenin aktivitesine eşittir.
β-ışınları - Hızlı elektronlar akışı.
α ışınları - Helyum çekirdeğinin akışı.
γ-ışınları - elektromanyetik dalgalar Çok kısa dalga boyu (l ~ 10 -10 m).
Beta radyasyonu - İyonize radyasyonun türü, nükleer reaksiyonlar veya radyoaktif bozunma altında yayılan elektronların veya pozitronların akışıdır. Beta radyasyonu vücudun dokusuna 1 cm'ye nüfuz edebilir. Hem dış ve iç ışınlama açısından bir insan için bir tehlikedir.
Beta parçacıkları- Atomik çekirdeklerin yaydığı elektronlar ve pozitronların yanı sıra beta çürüğü ile serbest bir nötron. Atom çekirdeğinin elektronik beta çürümesinde, çekirdeğin positron çürüğü ile bir elektron E - (ve antineutrinino) yayılır - positron E + (ve nötrino ν). Serbest nötronun (N) dağılımı ile, elektron ve antinutrininin proton (P) oluşturulur: n → P + E - +.
Elektron ve positron - Lepton sınıfına ilişkin olarak J \u003d 1/2 (hareket miktarının iç mekanik anı) ile sabit parçacıklar. Positron elektronla ilgili bir antipariküldür.
Biyolojik koruma - Röleğin ve soğutma sisteminin aktif bölgesi etrafında yaratılan radyasyon bariyeri, nötron ve gama radyasyonunun personel, popülasyonun zararlı etkilerini önlemek için çevre. Ana malzeme tarafından nükleer santralde biyolojik koruma beton. Yüksek güçlü reaktörler için, beton koruyucu ekranın kalınlığı birkaç metreye ulaşır.
Boksörler (Hint fiziği S. BOZ'nin soyadından) - temel parçacıklar, Atomik çekirdekler, sıfır veya tüm dönüşe sahip atomlar (0ћ, 1ћ, 2ћ, ...).
Hızlı nötronlar - Kinetik enerjisi belirli bir miktardan daha yüksek olan nötronlar. Bu değer geniş bir aralıkta değişebilir ve uygulamaya (reaktörlerin fiziği, koruma veya dozimetri) bağlıdır. Reaktörler fiziğinde, bu değer en sık 0,1 MEV'ye eşit olarak seçilir.
Vilson kamera - Parçanın (iz) parçacıklarının, hareketinin yörüngesi boyunca sıvının küçük damlacıkları zincirlerini oluşturduğu ilköğretim yüklü parçacıkların tayini.
Gama radyasyonu- İyonize radyasyon türü, radyoaktif çürüme ve nükleer reaksiyonlar ile yayılan, ışık hızında yayılır ve yüksek enerjiye ve nüfuz edici bir yeteneğe sahip olan elektromanyetik radyasyondur. Kurşun gibi ağır elementlerle etkileşime girerken etkili bir şekilde zayıfladı. Nükleer enerji santrallerinin nükleer reaktörlerdeki gama radyasyonunu azaltmak için, betondan kalın duvarlı bir koruyucu ekran kullanılır.
Radyoaktif çürüme hukuku - Karşılaşmayan atomların sayısının bulunduğu yasa bulunur: n \u003d n 0 2 -t / t.
Döteryum- Atomik ağırlık 2 ile "ağır" hidrojen izotopu.
İyonize radyasyon dedektörü- İyonize radyasyonu kaydetmek için tasarlanmış ölçüm cihazlarının hassas bir unsuru. İşlemi, radyasyonun madde boyunca geçişinden kaynaklanan fenomenlere dayanmaktadır.
Radyasyon dozu - Radyasyon güvenliğinde - iyonlaştırıcı radyasyonun biyolojik nesneye, özellikle bir kişinin etkilerinin ölçülmesi. Maruz kalma, emilen ve eşdeğer dozlar vardır.
Fazla kütle(veya masaj defekti) - Enerji birimlerinde, nötr atomundaki kütle farkı ve bu atomun çekirdeğindeki nükleon sayısının (toplam proton ve nötron sayısı) ürününün ürünü, kütleğin atom birimine
İzotoplar- Aynı atom sayısına sahip olan, ancak çeşitli atom kütlelerine sahip olan nüklidler (örneğin, uranyum-235 ve uranyum-238).
İzotoplar - Aynı sayıda protonlara sahip olan atom çekirdekleri, farklı sayıda nötron N ve bu nedenle farklı bir kütle numarası A \u003d Z + N. örneği: kalsiyum izotopları (Z \u003d 20) - 38 ca, 39 ca, 40 ca, 41 ca, 42 ca.
Radyoaktif İzotoplar - Radyoaktif çürüme yaşayan izotoplar çekirdekleri. İyi bilinen izotopların çoğu radyoaktif (~ 3500).
Vilson kamera - Yüksek hızda hareket etme izlerini gözlemlemek için bir cihaz (elektronlar, protonlar, a-partiküller vb.). 1912'de İngilizce fizikçi Wilson tarafından oluşturuldu.
Kuark, güçlü bir etkileşime katılan ilk bir yüklü partiküldür. Protonlar ve nötronlar, üç kuarkların her birinden oluşur.
Uzay radyasyonu - Arka fon İyonlaştırıcı radyasyongelen birincil radyasyondan oluşan uzayve birincil radyasyonun atmosferle etkileşiminden kaynaklanan ikincil radyasyon.
Uzay ışınları - interplaneter ve yıldızlararası uzayda yayılan ve sürekli "bombardıman" arazide yayılan yüksek enerji (çoğunlukla protonlar, alfa parçacıkları ve elektronlar) şarjlı ilköğretim parçacıklarının akışı.
Üreme katsayısı - Belirli bir nesil sayısının nötron sayısının nötron sayısının, sonsuz bir ortamdaki nötron sayısının nötron sayısının oranını gösteren zincir fisyon tepkisinin en önemli özelliği. Üreme katsayısının diğer belirlenmesi genellikle kullanılır - nötronların üretme ve emilimi hızının oranı.
Kritik kitle - Aktif bölgenin belirli bir tasarım ve bileşimi altında bölen çekirdenlerin kendi kendine sürdürülen zincir reaksiyonunun (örneğin, yakıt bileşimi, geciktirici, aktif bölgenin formları, vb.) Bölündüğü en küçük yakıt kütlesi. .
Curie (Ki) - Bir tesadüfi bir aktivite birimi, başlangıçta 1 g radyum-226 izotop aktivitesi. 1Ki \u003d 3.7 · 1010 M.Ö.
Kritik kitle (T k) - zincir nükleer reaksiyonun yapıldığı en küçük nükleer yakıt kütlesi (uranyum, plütonyum).
Curie (Ki) - radyoaktif bir maddenin tesadüfi bir birimi. 1 KI \u003d 3.7 10 10 BC.
Leptons(Yunanca'dan. Leptolar hafif, küçüktür) - Güçlü etkileşime dahil olmayan, spin 1 / 2ћ ile bir nokta partikül grubudur. Lepton boyutu (varsa)<10 -17 см. Лептоны считаются точечными бесструктурными частицами. Существует три пары лептонов:
- elektron (E -) ve Elektron Neutrino (ν E),
- muon (μ -) ve muon nötrino (ν μ),
- tau-Lepton (τ -) ve Tau-Neutrinos (τ τ),
Magic Nuclei, sihirli sayıda proton veya nötron sayısını içeren atom nükleidir.
| Z. | |||||||
| N. |
Bu çekirdekler, komşu çekirdeklerden daha fazla bağlayıcı enerjiye sahiptir. Nükleon ayrımının daha fazla enerjisi ve doğada prevalansı arttırdılar.
Kütle Numarası (A) - Atom çekirdeğindeki toplam nükleon sayısı (Proto ^ ve nötron); Atom çekirdeğinin temel özelliklerinden biri.
Doz gücü - Radyasyon dozunun zaman aralığının bu aralığa kadar artışının oranı (örneğin: Ber / C, SV / C, MBER / H, MSV / H, ICBER / H, MKZV / H).
Nötron- Nötr temel, bir kütle ile sık sık, protonun yakın ağırlığını. Protonlarla birlikte nötronlar nükleer bir çekirdek oluşturur. Serbest durumda, dengesiz ve proton ve elektron üzerinde parçalanır.
Nüklid- Atomik kütle ve atomik (ordinal) numarası ile karakterize edilen çekirdeğin içinde belirli sayıda proton ve nötron içeren bir atomun görünümü.
Zenginleştirme (izotop tarafından):
2. İşlem, bunun bir sonucu olarak, belirli bir izotopun içeriğinin izotopların bir karışımında artar.
Uranyum cevheri yetiştirme - Mineral uranyum içeren hammaddelerin birincil işleme işlemlerinin bir kombinasyonu, uranyumun bir parçası olan diğer minerallerden kaynaklanan diğer minerallerden. Aynı zamanda, minerallerin bileşimi oluşmaz, ancak sadece cevher konsantresini elde etmek için mekanik ayrılmaları.
Zenginleştirilmiş nükleer yakıt - Bölme çekirdelerinin içeriğinin orijinal doğal hammaddeden daha büyük olduğu nükleer yakıt.
Zenginleştirilmiş Uran. - Uranyum-235 izotop içeriğinin doğal uranyumdan daha yüksek olduğu Uranium.
Yarım hayat (T) - İlk çekirdeğin yarısının yarısının yanında zaman aralığı ele geçirilecektir.
Yarım hayat- Radyoaktif çekirdeğin yarısının yarısı bozulduğu zaman. T 1/2 ile gösterilen bu değer, bu radyoaktif çekirdek (izotop) için bir sabittir. T 1 / 2'nin değeri, radyoaktif çekirdeğin çürümesinin oranını açıkça nitelendiriyor ve bu hızı karakterize eden diğer iki sabitlere eşdeğerdir: radyoaktif çekirdeğin ortalama ömrü ve radyoaktif çekirdeğin bozulma olasılığı λ .
Radyasyonun emilen dozu - İyonize radyasyonun emilen enerjinin, ışınlanmış maddenin kütlesine oranı.
Bora'yı seçin. - N. Borov'un kanıtı olmadan tanıtılan ana varsayımlar, kuantum teorisi Atom.
Yer Değiştirme Kuralı: A-bozunma ile çekirdek, pozitif bir ücret 2e kaybeder ve kütlesi yaklaşık 4 A.M.; B-çürüğü ile çekirdeğin şarjı 1E'de artar ve kütle değişmez.
Radyonüklid yarı ömür - Spontan çürümesinin bir sonucu olarak bu radyonüklidün çekirdeğinin sayısının iki kez azaldığı süre.
Positron - Bir elektronun kütlesine eşit bir kütleye sahip bir elektron antipArticle, ancak pozitif bir elektrik yükü.
Proton - şarj 1.61 · 10-19 CL ve 1.66 · 10-27 kg ağırlığında olumlu bir şekilde şarj edilmiş temel partikül. Proton, hidrojen atomunun (geçiş) "ışık" izotopunun çekirdeğini oluşturur. Herhangi bir elemanın çekirdeğindeki proton sayısı, çekirdek ve bu elemanın atom sayısının yükünü belirler.
Radyoaktivite - İyonize radyasyonun emisyonu ile eşliğinde, başka bir nüklid içine dengesiz nüklidin spontan dönüşümü (radyoaktif ayrışma).
Radyoaktivite - Bazı atom çekirdeğinin, çeşitli parçacıkların yayan diğer çekirdeğin kendiliğinden dönüşebilmesi.
Radyoaktif bozunma - Spontan nükleer dönüşüm.
Reaktör-çarpan - Dönüşüm katsayısının 1'i aştığı ve nükleer yakıtın genişletilmiş çoğaltılmasının gerçekleştirildiği hızlı bir reaktör.
Chapeter Geiger.(veya Geiger Muller Sayacı), sayacı gaz hacminin ikincil iyonizasyonu nedeniyle güçlendirilen elektriksel sinyalin gaz dolu bir sayacıdır ve bunun içindeki partikül tarafından kalan enerjiye bağlı değildir. Ses.
Çiğnemek - Yakıt elemanı. Heterojen reaktörün aktif bölgesinin ana yapısal unsuru, bunun üzerine yakıtın içine yüklendiği formda. Fwells'te, enerji salınması ve ısı taşıyıcısının bunlardan kaynaklandığı şekilde eşliğinde, ağır bir Nuclei U-235, PU-239 veya U-233'ün bir bölümü vardır. İkizler bir yakıt çekirdeği, kabuk ve uç maddelerden oluşur. Tweela tipi, reaktörün türü ve amacı, soğutucunun parametreleri ile belirlenir. Twel, yakıttan ısı taşıyıcısına güvenilir ısı çıkarılmasını sağlamalıdır.
Vücut çalışması - Orta (soğutucu), termal enerjiyi mekanik olarak dönüştürmek için kullanılır.
Karanlık madde - görünmez (yayan ve emilmez) maddeyi. Yerçekimi etkileri varlığı hakkında tanımlanmaktadır. Bu gözlemler ayrıca bu karanlık maddenin iki bölüme ayrıldığını da ifade eder:
- birincisi, yoğunluğu olan karanlık madde (karanlık madde) olarak adlandırılır.
W Dm \u003d 0.20-0.25, - - Bilinmeyen, zayıf bir şekilde etkileşime giren masif parçacıklar (BARYON değil). Bu, örneğin, 10 GEV / C2 ila 10 TEV / C2'den, varsayımsal nötrinolar da dahil olmak üzere süpersimetrik modeller tarafından tahmin edilen 10 GEV / C2 ila 10 TEV / C2 ile sabit nötr parçacıklar olabilir;
İkincisi, yoğunluğu olan karanlık enerji (koyu enerji) olarak adlandırılır.
W λ \u003d 0.70-0.75), bir vakum olarak yorumlanır. Bu, özel madde şeklini ifade eder - fiziksel vakum, yani. Alana nüfuz eden fiziksel alanların en düşük enerji durumu.
Termonükleer reaksiyonlar- Yüksek sıcaklıklarda akan ışık çekirdeklerinin (sentez) birleştirin. Bu reaksiyonlar genellikle enerji salınımıyla gider, çünkü ortaya çıkan birleştiğinde nükleon çekirdeği daha duyarlıdır, yani. Ortalama olarak, muhteşem iletişim enerjisi ilk birleştirme çekirdeğinden daha fazla. Nükleonların aşırı toplam yapıştırma enerjisi, reaksiyon ürünlerinin kinetik enerjisi formunda serbest bırakılır. "Termonükleer reaksiyonlar" adı, bu reaksiyonların yüksek sıcaklıklarda geldiği gerçeğini yansıtır ( > 10 7 -10 8 K), ışık çekirdeklerinin füzyonu, nükleer güçlüklerin aksiyonlarının yarıçapına eşit mesafelere yakın olmalı, yani. ≈10 -13 cm mesafeye kadar.
Transuran elemanları - Uranyumdan daha büyük olan şarj (protonlar) ile kimyasal elemanlar, yani Z\u003e 92.
Zincir fisyon zinciri - Nötronların sürekli olarak çoğaltıldığı, yeni ve yeni çekirdekleri bölünen ağır çekirdek bölümünün kendi kendine sürdürülmesi reaksiyonu.
Zincir fisyon zinciri - Ağır atomların fisyon reaksiyonu nötronlar veya diğer temel parçacıklarla etkileşime girer, bunun bir sonucu olarak, daha hafif çekirdekler oluştuğu, yeni nötronlar veya diğer temel parçacıklar ve nükleer enerji ayırt edilir.
Zincir nükleer reaksiyon - sıra nükleer reaksiyonlarHer bir reaksiyon eyleminde doğan parçacıklar (örneğin, nötronlar) tarafından heyecanlandırılır. Önceki birini takip eden ortalama reaksiyon sayısına bağlı olarak, daha küçük, eşit veya üstün olan reaksiyon, çürüyen, kendinden sürdürme veya artış denir.
Zincir nükleer reaksiyonlar- Çekirdek zincirin sürekli olarak dahil olduğu kendi kendine sürdürülen nükleer reaksiyonlar. Bu, nükleer reaksiyon ürünlerinden biri başka bir çekirdekle reaksiyona girdiğinde, ikinci reaksiyonun ürünü bir sonraki çekirdeğe, vb. Aşağıdaki nükleer reaksiyonların bir zinciri var. Çoğu bilinen örnek Böyle bir reaksiyon, nötronun neden olduğu bir nükleer fisyon reaksiyonudur.
Ekzotermik reaksiyonlar - Enerji salınımıyla meydana gelen nükleer reaksiyonlar.
Temel parçacıklar - En küçük fiziksel madde parçacıkları. İlköğretim parçacıkları hakkındaki fikirler, modern bilimin elde ettiği maddenin yapısının bilgisinde sahneyi yansıtmaktadır. Yaklaşık 300 ilköğretim partikül, antipartiküllerle birlikte açıktır. "İlköğretim parçacıkları" terimi şartlıdır, çünkü birçok ilköğretim parçacık karmaşık bir iç yapıya sahiptir.
Temel parçacıklar- Bileşenlere ayrılamayan malzeme nesneleri. Bu tanım doğrultusunda, moleküller, atomlar ve atomik çekirdekler, bileşenlere ayrılabilen ilköğretim parçacıklarına atfedilemez - atom çekirdeğe ve orbital elektronlara, çekirdeğe nükleonlara ayrılır.
Nükleer reaksiyonun enerji verimi - Çekirdeğin geri kalanının enerjisindeki fark ve partiküller reaksiyona ve reaksiyondan sonra.
Endotermik reaksiyonlar - Enerji emilimiyle akan nükleer reaksiyonlar.
Atomik Çekirdek İletişim Enerjisi (EC) - Çekirdekteki nükleonların etkileşiminin yoğunluğunu karakterize eder ve çekirdeği kinetik enerjinin mesajı olmadan ayrı tüketmeyen nükleonlara bölmek için eklenmesi gereken maksimum enerjiye eşittir.
Etkisi mössba wera - GAMMA QUANTA atomik çekirdeklerinin rezonans emiliminin olgusu, dürtü oranına enerji kaybı olmadan.
Nükleer (Planet) Atom Modeli - Merkezde pozitif yüklü bir çekirdek vardır (yaklaşık 10 -15 m çap); Çekirdek çevresinde, güneş sisteminin gezegenleri gibi, elektronlar dairesel yörüngeler etrafında hareket ediyor.
Nükleer modeller- Önceden bilinen karakteristik özelliklere sahip bir nesne biçiminde çekirdeğin görünümüne dayanan atomik çekirdeklerin basitleştirilmiş teorik açıklamaları.
Nükleer fisyon reaksiyonu - Ağır elementlerin atomik çekirdeklerinin nötron etkisi altındaki tepkisi.
Nükleer reaksiyon - Atomik çekirdeğin dönüşümünün birbirleriyle veya herhangi bir temel parçacıklarla etkileşimin bir sonucu olarak tepkisi.
Nükleer güç- Bu, atom çekirdeğinin iç yeniden yapılandırılmasının bir sonucu olarak muaf tutulan enerjidir. Nükleer enerji, çekirdeğin nükleer reaksiyonlarında veya radyoaktif çürümesinde elde edilebilir. Ana nükleer enerji kaynakları, ağır çekirdeklerin ve akciğer çekirdeğinin sentezi (bağlantıları) bölümünün tepkisidir. Son işlem de termonükleer reaksiyonlar denir.
Nükleer güç - Atomik çekirdeklerde nükleonlar arasında hareket eden kuvvetler ve çekirdeklerin yapısını ve özelliklerini belirler. Kısa menzilli, eylem yarıçapları 10-15 m'dir.
Nükleer reaktör - Çekirdek bölümün kontrollü zincir reaksiyonunun yapıldığı bir cihaz yapılır.
Kendi kendine sürdürülen bir zincir fisyon reaksiyonu, üreme katsayısının K\u003e \u003d 1'in bir ortamda zincir reaksiyonudur.
Nükleer kaza- Nükleer kazaya reaktörde veya eğitimde zincir reaksiyon kontrolünün kaybı olarak adlandırılır. kritik kitle Fuelvers'ın aşırı yüklenmesi, nakliyesi ve depolanması ile. Tahsis edilen ve drenaj ısısını dolandırıcılık nedeniyle nükleer bir kaza sonucunda, radyoaktif fisyon ürünlerinin çıktısına iki yollar hasar görür. Bu durumda, insanların potansiyel olarak olası tehlikeli ışınlanması ve çevresindeki bölgenin enfeksiyonu olur. .
Nükleer güvenlik - Nükleer kurulumun özelliklerini normal çalışma sırasında karakterize eden ortak bir terim ve bir kaza durumunda personel, nüfus ve çevre üzerindeki radyasyon etkisini sınırlamak için bir kaza durumunda izin verilecek.
Nükleer fisyon ;
Nükleer malzeme - Herhangi bir kaynak malzeme, özel nükleer malzeme ve bazen cevher ve cevher atıkları.
Nükleer dönüşüm - Bir çekirdeği diğerine çevirmek.
Nükleer reaktör - Kontrollü bir zincir nükleer reaksiyonun yapıldığı bir cihaz. Nükleer reaktörler, reçeteli, nötron enerjisi, soğutucu tipi ve bir moderatör, aktif bölgenin yapısı, yapısal yürütme ve diğer karakteristik özellikler olarak sınıflandırılır.
Nükleer reaksiyon - İlköğretim parçacıklarıyla veya birbirleriyle etkileşimlerinin neden olduğu atomik çekirdeğin dönüşümü, çekirdeğin kütle, şarj veya enerji durumundaki bir değişiklikle eşlik eder.
Nükleer yakıt - Bir nükleer reaktöre yerleştirilen bölme çekirdekler içeren malzeme, bir zincir nükleer reaksiyona izin verir. Çok yüksek bir enerji yoğunluğu ile karakterize edilir (1 kg U-235'in tam bölümü ile, enerji J'ye eşit olarak salınırken, siparişin enerjisi (3-5) J, yakıt türüne bağlı olarak) sırasında serbest bırakılır. 1 kg organik yakıtın yanması).
Nükleer Yakıt Döngüsü - nükleer malzeme akışıyla ilgili işletmeler sisteminde yapılan nükleer reaktörlerin işleyişini ve uranyum madenleri dahil olmak üzere, uranyum cevheri, uranyumun dönüşümü, yakıtın dönüştürülmesi, yakıtın işlenmesi, yakıtın dönüştürülmesi, yakıtın dönüşümü Reaktörler, harcanan yakıt depolama tesisleri, işleyen işçiler harcanan yakıt ve ilişkili ara depolama ve radyoaktif atıkların imhası için ara depolama tesisleri
Nükleer kurulum - Herhangi bir kurulum, oluşturulan kurulum işlenir veya dolaşımdaki radyoaktif veya nükleer güvenlik sorunlarının dikkate alınması gereken bu tür maddelerde birleştirilir.
Nükleer güç - Nükleer bölünme veya nükleer reaksiyonlar sırasında serbest bırakılan atomik çekirdeklerin iç enerjisi.
Nükleer güç reaktörü - Asıl amacı, enerji üretimi olan nükleer reaktör.
Nükleer reaktör - Nükleer reaktör, birleştirilmiş bir kendi kendine sürdüren zincir reaksiyonunun organizasyonuna yönelik bir cihaz denir - yeni çekirdeklerin bölünmesi için serbest nötronların ayırt edildiği bir nükleer fisyon reaksiyonu dizisi.
Hızlı nötronlarda nükleer reaktör - Reaktörler nötrok spektrumunda önemli ölçüde farklılık gösterir - nötronların enerjilerle dağılımı ve sonuç olarak, nötronların emilen spektrumuna göre (bölünme neden). Aktif bölge, elastik saçılımın bir sonucu olarak yavaşlatmak için özel olarak tasarlanmış hafif çekirdekler içermezse, hemen hemen tüm yavaşlamalar, ağır ve orta ölçekli çekirdeklerde nötronların inelastik saçılmasından kaynaklanmaktadır. Aynı zamanda, çoğu bölümün, yaklaşık onlarca ve yüzlerce CEV'in enerjileri olan nötronlardan kaynaklanmaktadır. Bu tür reaktörler hızlı nötron reaktörleri denir.
Termal nötronlarda nükleer reaktör - Aktif bölge, böyle bir sayıda moderatör içerdiği reaktör, nötron enerjisini azaltmayı amaçlayan bir malzeme, çoğu bölümün çoğu bölümün 1 EV'den az olan nötronlardan kaynaklandığı gözle görülür bir absorpsiyon olmadan.
Nükleer güç - Çekirdeğe nükleon (protonlar ve nötronlar) tutun.
Nükleer güç kısa mesafe . Sadece 10 -15 m'lik çekirdeğindeki nükleonlar arasındaki çok düşük mesafelerde tezahür ettiler. Uzunluk (1.5 - 2.2) · 10 -15 denir nükleer kuvvet yarıçapı .
Nükleer kuvvetler tespit edilir bağımsızlık şarjı , yani, iki nükleon arasındaki çekicilik, nükleonların şarj durumundan - proton veya nötrondan bağımsızdır.
Nükleer güç sahibi emlak Doygunluğu Hangisi çekirdeğin çekirdeğinin, yalnızca en yakın sınırlı sayıda komşu nükleon ile etkileşime girmesi gerçeğini gösterir. Nükleer kuvvetlerin pratik olarak tam doygunluğu, çok sürdürülebilir bir eğitim olan α parçacıklarında elde edilir.
Nükleer güç etkileşen nükleon dönüşlerinin yönlendirilmesine bağlıdır . Bu, Orto'nun nötron saçılma moleküllerinin farklı doğası ile doğrulanır.
Nükleer güç merkezi kuvvetler değil .
- Aktar
Her atomun ortasında, protonlar ve nötronlar denilen küçük bir parçacık seti olan bir çekirdek vardır. Bu yazıda, kuarklardan, gluonlardan ve antikalardan daha küçük parçacıklardan oluşan protonların ve nötronların doğasını inceleyeceğiz. (Fotonlar gibi gluonlar, antipartiküllerdir). Kuarklar ve Gluons, bildiğimiz kadarıyla, gerçekten temel olabilir (bölünmez ve daha küçük bir şeyden oluşmaz). Ama onlar daha sonra.
Ne kadar şaşırtıcı bir şekilde olursa olsun, protonlar ve nötronlar neredeyse aynı kütleye sahipler - yüzde doğruluğu ile:
- 0,93827 GEV / C2 protonda,
- 0.93957 GEV / C 2 nötron.
Çok benzer olduklarından ve bu parçacıklar çekirdeklerden, protonlar ve nötronlardan oluştuğundan, genellikle nükleon denir.
Protonlar, yaklaşık 1920'de tanımlandı ve tarif edildi (daha önce açık olmalarına rağmen, hidrojen atomunun çekirdeği sadece ayrı bir protondur) ve 1933'te bir yerde bulundu. Protonların ve nötronların birbirlerine çok benzemesi, neredeyse hemen anlaşılıyor. Ancak, çekirdeğin büyüklüğüyle karşılaştırılabilir ölçülebilir bir boyuta sahip olmaları (yarıçaptaki atomdan yaklaşık 100.000 kat daha az), 1954'e kadar bilmiyordu. Kuark, antika ve gluonlardan oluştukları gerçeği, 1960'ların ortalarından 1970'lerin ortalarına kadar kademeli olarak anlaşıldı. 70'lerin sonunda ve 80'lerin başında, protonların anlayışımız, nötronlar ve bunlardan oluştukları, çoğunlukla wept ve o zamandan beri değişmeden kaldılar.
Nükleonlar atomlardan veya çekirdeklerden çok daha zor açıklar. Prensipteki atomların basit olduğunu söylememek, ancak en az birinin helyum atomunun helyumun küçük çekirdeği etrafındaki yörüngede iki elektrondan oluştuğunu düşünmeden söyleyebilir; Ve helyum çekirdeği, iki nötron ve iki protonun oldukça basit bir gruptur. Ancak nükleonlarla her şey çok basit değil. "Bir proton nedir ve onun içinde olan nedir?" Makalesinde zaten yazdım. Atomun zarif bir minuete benziyor ve nükleon vahşi bir partide.
Görünüşe göre proton ve nötrronun karmaşıklığı şüphelidir ve eksik fiziksel bilgiden doğmaz. Kuarkları, antikaları ve gluonları tanımlamak için kullanılan denklemlere sahibiz ve aralarında meydana gelen güçlü nükleer etkileşimler. Bu denklemler "kuantum kromodinamik" den CCD olarak adlandırılır. Denklemlerin doğruluğu, büyük hadron çarpıştırıcısında görünen partikül sayısının ölçümü de dahil olmak üzere çeşitli şekillerde kontrol edilebilir. KPD denklemlerini bir bilgisayara yerine koymak ve protonların ve nötronların ve nötron özelliklerinin hesaplanmasını ve diğer benzer parçacıkların ("HADRON" olarak) piyasaya sürülmesini sağlamak, bu partiküllerin özelliklerinin öngörülmelerinin öngörülmelerinin gerçek dünya. Bu nedenle, QCD denklemlerinin yalan söylemediğine ve proton ve nötron hakkındaki bilgilerimizin sadık denklemlere dayandığına inanmak için bir nedenimiz var. Ancak basitçe doğru denklemler yeterli değil, çünkü:
- W. basit denklemler Çok zor çözümler olabilir,
- Bazen karmaşık çözümleri basit bir şekilde tanımlamak imkansızdır.
Nükleonların iç karmaşıklığı nedeniyle, okuyucu, bir seçim yapmak zorunda kalacaksınız: Açıklanan karmaşıklık hakkında ne bilmek istiyorsunuz? Bunu size ne kadar tatmin edeceğiniz önemli değil, büyük olasılıkla, getirmeyecek, daha fazla öğreneceksiniz, ne kadar açık olursanız, konu ne kadar net olursanız, ancak nihai cevap aynı kalır - proton ve nötron çok karmaşıktır. Size detaylı bir artışla, size üç anlayış seviyesini sunabilirim; Herhangi bir seviyeden sonra kalabilir ve diğer konulara gidebilir veya sonuna dalabilirsiniz. Her seviyede, sorular ortaya çıkıyor, aşağıdakilerde kısmen verebileceğim cevaplar, ancak yeni cevaplar yeni sorulara neden olur. Sonuç olarak - meslektaşları ve ileri düzey öğrencilerle mesleki tartışmalarda yaptığım gibi - sadece size gerçek deneylerde elde edilen verilere, çeşitli etkili teorik argümanlara ve bilgisayar simülasyonlarına gönderebilirim.
İlk anlayış seviyesi
Protonlar ve nötronlar nedir?İncir. 1: Sadece iki üst kuarktan ve bir alttan oluşan protonların aşırı basitleştirilmiş versiyonu ve sadece iki alt kuarktan ve bir üstten oluşan nötronlar
Davayı basitleştirmek için, birçok kitap, makale ve sitelerde protonların üç kuarktan (iki üst ve bir alt) ve Şekil gibi bir şeyi boyadığı belirtilir. 1. Nötron aynıdır, sadece bir üst ve iki alt kuarktan oluşur. Bu basit görüntü, bazı bilim insanlarının esas olarak 1960'larda neler olduğuna inandığını göstermektedir. Ancak yakında bu bakış açısının artık doğru olmadığı bir ölçüde aşırı derecede basitleştirildiği açıklandı.
Daha karmaşık bilgi kaynaklarından, protonların üç kuarktan (iki üst ve bir alt) oluştuğunu, gluonlar ile birlikte tutulan ve Şekil 2'ye benzer şekilde görünebileceğini öğreneceksiniz. 2, Gluonların Kuarkları tutan yaylar veya iplik şeklinde çizilir. Nötronlar aynıdır, sadece bir üst kuarkla ve iki daha düşüktür.
İncir. 2: İyileştirme şek. 1, güçlü nükleer etkileşimin önemli rolü, protonda kuark tutarak vurgu nedeniyle
Nükleonları tanımlamak için böyle kötü bir yol değil, çünkü güçlü nükleer etkileşimin önemli bir rolüne odaklandığından, gluonlar nedeniyle protonda kuark tutulur (fotonun elektromanyetik etkileşime bağlı olduğu şekilde, ışığın bağlı olduğu bir parçacık ). Ancak aynı zamanda kafa karıştırıcı, çünkü aslında gluonların ne olduğunu ve ne yaptıklarını açıklamıyor.
Yaptığım gibi hareket etmenin ve tarif etmenin sebepleri var: Proton, üç kuarktan (iki üst ve bir alt), kuark antika çiftinin (çoğunlukla üst ve alt kuarkların) yığınlarını (iki üst ve bir alt), (çoğunlukla üst ve alt kuarklar) oluşur. ). Hepsi oraya uçuyor ve burada çok yüksek bir hızla (ışık hızına yaklaşıyor); Bütün bu set güçlü nükleer etkileşim ile tutulur. Şekil l'de gösterdim. 3. nötron tekrar aynı, ancak bir üst ve iki alt kuark ile; Kuark aidiyetini değiştirmek okla belirtilir.
İncir. 3: daha gerçekçi, hala protonların ve nötronların hala olmayan bir görüntüsü olmasına rağmen
Bu kuarklar, antikalar ve gluonlar sadece çılgınca değil, aynı zamanda birbirlerine de yanarlar ve partiküllerin yok edilmesi (aynı tipteki kuark ve antikanın iki gluona dönüştürüldüğü veya tersi ) Veya gluonun emilimi ve emisyonu (hangi kuark ve gluonun yanı sıra kuark ve iki gluon oluşturabilir ve bunun tersi olabilir).
Genelin bu üç açıklamasını:
- Protonda iki üst litre ve alt kuark (artı başka bir şey).
- Nötronda bir üst kuark ve iki alt litre (artı başka bir şey).
- Nötronlarda "başka bir şey" protonlardaki "bir şey" ile çakışıyor. Yani, "başka bir şey" nükleonları aynıdır.
- Protonun kütlesinde küçük bir fark ve nötron, alt kuark ve üst kuark kütlelerinin farkından dolayı görünür.
- Üst kuarklarda, elektrik yükü 2/3 E (E, bir proton şarjı, -e - elektron şarjıdır),
- alt kuarklarda, şarj -1 / 3E,
- gluons şarjı 0,
- herhangi bir kuarkta ve karşılık gelen anti-koçda, genel ücret 0 (örneğin, Örneğin, Antingenian Quark Şarjı + 1 / 3E'de, böylece alt kuark ve alt antiquark onu şarj edecektir - 1/3 E +1/3 E \u003d 0),
- protonun yaygın elektrik yükü 2/3 E + 2/3 E - 1/3 E \u003d E,
- genel Elektrik Şarj Nötron 2/3 E - 1/3 E - 1/3 E \u003d 0.
- nükleonun içinde ne kadar "başka bir şey",
- ne yapar
- kütlenin kütlesi ve enerjisi nerede (E \u003d MC 2, partikül dinlense bile, orada bulunan enerji) nükleon.
İncir. 1, aslında kuarkların, proton veya nötronun bir çeyrek veya 1/12 çekirdek çekirdeğinin bir çeyreğini nasıl temsil ettiği gibi, nükleonun üçte biri olduğunu göstermektedir. Bu rakam doğru olsaydı, nükleondaki kuarklar nispeten yavaş hareket eder (oldukça küçük hızlarda), aralarında hareket eden nispeten zayıf etkileşimlerle nispeten zayıf etkileşimlerle (daha fazla güçlü bir güçle de olsa). Kuark kütlesi, üst ve alt, daha sonra proton kütlesinin yaklaşık üçte biri yaklaşık 0.3 GEV / C2 olur. Ancak bu basit bir görüntü ve onlara uygulanan fikirler sadece yanlış.
İncir. 3. Işığa yakın hızlarla süren bir partikül kazanı olarak, protonun tamamen farklı bir fikrini verir. Bu parçacıklar birbirlerine yüzleşir ve bu çatışmalarda, bazıları yok olurken, diğerleri yerlerinde yaratılır. Gluons kitleleri yoktur, üst kuarkların kütlesi, yaklaşık 0.004 GEV / C2'yi oluşturur ve düşük - yaklaşık 0.008 GEV / C2 - yüzlerce kez protondan daha az. Proton kütlesinin enerjisinden, soru karmaşıktır: bunun bir kısmı kuark ve antika kütlelerinin enerjisinden, kısım - hareketli kuarkların, antika ve gluonların enerjisinden ve kısımdan (belki de olumlu, muhtemelen olumsuz) Güçlü nükleer etkileşimde depolanan enerjiden, kuarkları, antiquark ve gluonları birlikte tutarak.
Bir anlamda, pirinç. 2, pirinç arasındaki farkı ortadan kaldırmaya çalışıyor. 1 ve Şek. 3. Şekil 1'i basitleştirir. Şekil 3'te, prensip olarak, sürekli olarak ortaya çıkıp kayboldukları ve gerekli olmadığı için, efemeral olarak adlandırılabilen bir sürü kuark-antiquarian çiftin çıkarılması. Ancak, nükleonlardaki gluonların proton tutan güçlü bir nükleer etkileşimin hemen bir parçası olduğunu etkiliyor. Ve proton kütlesinin nereye alındığını açıklamaz.
İncirde. 1, proton ve nötron dar bir çerçevesi dışında başka bir dezavantaj var. Diğer hadronların bazı özelliklerini, örneğin Şakayık ve Ro-Meson'u açıklamaz. Şekil 2'deki aynı problemler var. 2.
Bu kısıtlamalar, öğrencilerinin ve sitemde, incir ile bir resim vermese yol açtı. 3. Fakat daha sonra düşüneceğim çok fazla kısıtlamaya sahip olduğuna uyarmak istiyorum.
Yapının acil karmaşıklığının, ima edilen Şekil. 3, güçlü bir nükleer etkileşim olarak birlikte böyle güçlü bir kuvveti tutan bir nesneden beklemeye değerdi. Ve bir şey daha: Kuark-antika çiftler grubunun bir parçası olmayan üç kuark (iki üst ve alt protondan biri), genellikle "değerlik kuarkları" olarak adlandırılır ve kuark-antika eşyaları "deniz kenarında Quark Steam ". Birçok durumda böyle bir dil teknik olarak uygundur. Ancak, protonun içine bakabilseydin ve belli bir kuareye bakabilecekseniz, derhal denizin veya değerliğin bir parçası olup olmadığını hemen söyleyebileceğiniz yanlış bir izlenim verir. Bunu yapmak imkansız, bu yöntem basitçe değil.
Proton kütlesi ve nötron kütlesi
Protonun ve nötronun kitleleri çok benzer olduğundan ve proton ve nötron sadece üst kuarkın alt tarafından değiştirilmesinde farklılık gösterdiğinden, kitlelerinin aynı şekilde sağlanması muhtemel görünüyor, bir kaynaktan geliyorlar, Ve farkları, üst ve alt kuarklar arasında hafif bir farktır.. Ancak sunulan üç çizim, proton kütlesinin kökenine ilişkin üç farklı görüşün varlığı hakkında konuşuyor.İncir. 1, üst ve alt kuarkların, proton ve nötron kütlesinin 1 / 3'ünü oluşturduğunu önerir: yaklaşık 0.313 GEV / C2 veya protonda kuark tutmak için gereken enerji nedeniyle. Ve protonun kütleleri ile nötron arasındaki fark yüzdesinin bir kısmı olduğundan, üst ve alt kuark kütleleri arasındaki farkın yüzde bir kısmı da olmalıdır.
İncir. 2 daha az anlaşılabilir. Proton kütlesinin hangi kısmı gluonlardan kaynaklanıyor? Ancak, prensip olarak, proton kütlesinin çoğunun, Şekil 2'deki gibi kuarkların kütlesinden geldiği çizimden takip eder. bir.
İncir. 3 Proton kütlesinin gerçekte nasıl göründüğüne (doğrudan bilgisayar hesaplama protonunu kontrol edebileceğimiz ve doğrudan diğer matematiksel yöntemler kullanarak kontrol edebileceğimiz gibi) daha ince bir yaklaşımı yansıtır. Şekil 2'de sunulan fikirlerden çok farklı. 1 ve 2 ve bu kadar basit değil.
Nasıl çalıştığını anlamak için, protonun kütle m'si açısından değil, kütle ile ilişkili enerji, E \u003d MC 2'nin enerjisi açısından düşünmek gerekir. Kavramsal olarak doğru soru "Proton M kütlesinin geldiği, daha sonra E, C2's üzerindeki m'yi çarpabilir ve bunun tersi:" Proton'un kütlesinin enerjisi nereden yararlanır ", ardından Hesaplanan M kitlesi, C 2'de E bölünmesi.
Proton kütlesinin enerjisine katkıları üç grup tarafından sınıflandırmak faydalıdır:
A) Kuarkların (enerji enerjisi) enerjisi, içinde bulunan kuarklar ve antikalar (gluons, massess parçacıklar, katkı yok).
B) Hareket enerjisi (kinetik enerji) kuarklar, antikalar ve gluonlar.
C) Protonu tutarak, güçlü bir nükleer etkileşimde (daha kesin, gluon alanlarında) depolanan etkileşimin enerjisi (tahvil enerjisi veya potansiyel enerji).
İncir. 3, protonun içindeki parçacıkların yüksek hızda hareket ettiğini ve kütlesiz gluonlarla dolu olduğunu, böylece katkı b) daha fazla olduğunu göstermektedir. Genellikle, çoğu fiziksel sistemde B) ve B), C ile karşılaştırılabilir, C) genellikle olumsuz. Böylece Protonun (ve nötron) kütlesinin enerjisi esas olarak B) ve B) kombinasyonundan elde edilir ve A) küçük bir oran sağlar. Bu nedenle, protonun ve nötronun kütleleri, çoğunlukla, içinde bulunan parçacıkların kütlelerinin kütleleri ve bu parçacıkların hareketinin enerjisi ve bunların etkileşimlerinin enerjisini ve belirsiz güçleri üreten Gluon alanlarıyla ilişkili enerjinin enerjisi nedeniyle görünür. proton. Diğer tanıdık sistemlerde, enerji dengesi farklı şekilde dağıtılır. Örneğin, atomlarda ve içinde Güneş Sistemi A) ve b) ve c) baskınları çok daha küçüktür ve büyüklükle karşılaştırılabilir.
Özetle, şunu belirtiyoruz:
- İncir. 1, protonun energie kütlesinin katkıdan oluştuğunu önerir.
- İncir. 2, A) ve B'nin her iki katkıda bulunduğunu ve B'nin önemli olduğunu öne sürmektedir ve bir miktar payları b).
- İncir. 3, B) ve B) olduğunu ve Katkı A )'nın önemsiz olduğunu göstermektedir.
Eğer pilav 3 Yalan söylemez, kuark ve antiquark kütlesi çok küçük. Onlar gerçekten ne? Üst kuarkın (antika) ağırlığı, Şekil 1'den itibaren 0.313 GEV / C2'den çok daha küçük olan 0.005 GEV / C2'yi geçmez. 1. (Üst kuarın ağırlığı ölçmek zordur ve bu değer ince etkiler nedeniyle değişiyor, bu nedenle 0.005 GEV / C2'den daha az olabilir). Alt kuarın ağırlığı yaklaşık 0.004 GEV / C 2 büyük kütlesidir. Bu, herhangi bir kuark veya antikanın kütlesinin proton kütlesinin yüzdesini geçmediği anlamına gelir.
Bunun, alt kuark kütlesinin kütlesinin üst kısmına oranının birine yaklaşmadığı anlamına geldiğini unutmayın. Alt kuarkın ağırlığı, üst olanın en az iki katıdır. Nötron ve proton kütlelerinin, üst ve alt kuarkların kütlelerinin benzer olması, ancak üst ve alt kuarkların kütlelerinin çok küçük olması gerçeğinde değil, aynı zamanda Aralarındaki fark, proton ve nötron kütlelerine göre küçüktür. Protonu nötron'a dönüştürmek için, sadece üst kuarklarından birini alt (Şekil 3) değiştirmeniz gerekir. Bu değiştirme, bir nötron az miktarda proton yapmak için yeterlidir ve şarjını 0 ile C + E ile değiştirin.
Bu arada, protonun içindeki çeşitli parçacıkların birbirlerine yüzleşmesi ve sürekli görünmesi ve kaybolması, tartıştığımız şeyleri etkilemez - enerji herhangi bir çarpışmada korunur. Kuarkların ve gluonların hareketinin kütlesinin ve enerjisinin kütlesi, etkileşimlerinin enerjisinin yanı sıra değişebilir, ancak protonun toplam enerjisi değişmez, ancak içindeki her şey sürekli değişir. Böylece proton kütlesi, iç kasırgasına rağmen sabit kalır.
Şu anda, alınan bilgileri durdurabilir ve absorbe edebilirsiniz. Tuhaf! Sıradan bir konuda yer alan tüm kitlenin neredeyse tamamı, atomlarda nükleon kütlesinden geliyor. Ve bu kitlenin çoğu, kuarkların, gluonların ve antikaları nükleonlardaki hareketlerinin enerjisinden ve nükleonu bir bütün olarak tutan güçlü nükleer etkileşimlerin çalışmalarının enerjisinden doğan kaoslardan oluşur. Evet: Gezegenimiz, vücudumuz, nefesimiz böyle bir sessizliğin sonucudur ve yakın zamana kadar düşünülemez bir kalabalıktır.
Doğanın tüm fiziksel organları, madde denilen çeşitli maddeden yapılmıştır. Maddeler iki ana gruba ayrılır - maddeler basit ve karmaşıktır.
Kompozit maddelerin, kimyasal reaksiyonlar, diğer, daha basit maddeler üzerinde ayrıştırılabilen bu tür maddeler denir. Karmaşıklığın aksine basit maddeler Bunlar, kimyasal yollar olarak adlandırılır, daha basit maddeler üzerinde ayrıştırılamaz.
Karmaşık bir maddeye örnek olarak su olabilir kimyasal reaksiyon İki, daha basit madde - hidrojen ve oksijene ayrıştırılabilir. Son ikisine gelince, artık daha basit maddeler üzerinde ayrıştırılamazlar ve bu nedenle basit maddeler veya başka türlü, kimyasal elementlerdir.
XIX yüzyılın ilk yarısında, bilimde kimyasal elementlerin birbirleriyle ortak bir bağlantısı olmayan değişmeyen maddeler olduğu bir varsayım vardı. Ancak, Rus bilimcisi D. I. Mendeleev (1834 - 1907) 1869'da ilk kez ortaya çıktı kimyasal elementlerHer birinin nitel özelliğinin nicel karakteristik - atomik ağırlığına bağlı olduğunu göstermek.
Kimyasal elementlerin özelliklerini incelemek D. I. Mendeleev, eşlerinin atom ağırlığına bağlı olarak periyodik olarak tekrarlandığını belirtti. Bu frekansı, "Mendeleev Elementlerinin Periyodik Sistemi" olarak adlandırılan bilime giren bir tablo biçiminde yer değiştirdi.
Aşağıda, Mendeleev'in modern bir kimyasal elementlik tablosudur.
Atomlar
Modern bilim kavramlarına göre, her kimyasal eleman, atom denilen en küçük malzeme (gerçek) parçacıklardan oluşur.
Atom, kimyasal elemanın en düşük payı, artık diğer, daha küçük ve basit malzeme parçacıkları üzerindeki kimyasal yolla ayrıştırılamaz.
Atomlar doğada farklıdır, kimyasal elemanlar fizikokimyasal özellikleri, yapısı, boyutları, kütlesi, atom ağırlığı, kendi enerjisi ve diğer bazı özellikleri ile birbirlerinden farklıdır. Örneğin, bir hidrojen atomu, özelliklerinde ve yapılarında bir oksijen atomundan ve uranyum atomundan vb.
Kimyasal elementlerin atomlarının büyüklükte son derece küçük olduğu tespit edilmiştir. Eğer geleneksel olarak atomların küresel bir şekle sahip olması durumunda, çapları, santimetrenin venomil çizgisine eşit olmalıdır. Örneğin, hidrojen atomunun çapı, doğada en küçük atomdur - santimetrenin (10 -8 cm) bir kadife payına eşittir ve en büyük atomların değişkenleri, örneğin, uranyum atomları, üç kademeliği geçmez Santimetre (3 · 10 -8 cm). Sonuç olarak, bir santimetre yarıçapı olan bir topdan daha kısa bir sürede bir hidrojen atomu, bu, sonun dünyadan daha küçük olduğu.
Çok küçük bir atom boyutuna göre, kütleleri de çok küçüktür. Örneğin, hidrojen atomunun kütlesi, t \u003d 1.67 · 10 -24'e eşittir. Bu, bir gram hidrojenin yaklaşık 6 · 10 23 atom içerdiği anlamına gelir.
Kimyasal elementlerin atomik ağırlıklarını ölçme şartlı birimi için, 1/16, oksijen atomunun ağırlığının bir parçasıdır, bu doğrultuda, kimyasal elemanın atom ağırlığı dikkati dağılmış bir sayı olarak adlandırılır, Bu kimyasal elemanın ağırlığı, oksijen atomunun ağırlığının 1/16 kısmından büyüktür.
İÇİNDE periyodik tablo D. I. MendeleV elemanları, tüm kimyasal elementlerin atom ağırlıklarıdır (elemanın adı altına yerleştirilen numaraya bakın). Bu tablodan, en düşük atomun atomik ağırlık 1.008'e sahip bir hidrojen atom olduğunu görüyoruz. Karbonun atom ağırlığı 12, oksijen - 16, vb.
Daha ağır kimyasal elementlere gelince, atom ağırlığı, hidrojenin atomik ağırlığını iki yüz kez aşar. Böylece, Merkür'in atomik versiyonu 200.6, radyum - 226, vb. Ve kimyasal eleman tarafından işgal edilen sayının üstünde, atomik ağırlık arttırır.
Kimyasal elementlerin atomik ağırlıklarının çoğu ifade edilir kesirli sayılar. Bu, bu tür kimyasal elemanların, çeşitli atomlarla ağırlıkça kaç çeşit atomlu atomların, aynı kimyasal özelliklerden oluşması nedeniyle bir dereceye kadar bir ölçüdedir.
Bir elementin periyodik sisteminde tek bir sayıyı işgal eden ve sonuç olarak aynı kimyasal özelliklere sahip, ancak farklı atom ağırlıklarına sahip olan kimyasal elementler izotoplar denir.
Çoğu kimyasal elementte bulunan izotoplar, iki izotop, kalsiyum - dört, çinko - beş, kalay - onbir, vb. Sahip bir pek çok izotoplar, aralarında bazıları büyük pratik öneme sahip.
İlköğretim maddelerinin parçacıkları
Uzun süre, kimyasal elementlerin atomlarının, maddenin ayrılabilirliğinin, yani evrenin temel "tuğlaları" olduğu gibi, madde bölünebilirliğinin sınırları olduğuna inanılmaktadır. Modern bilim, bu hipotezi reddetti, herhangi bir kimyasal elecyumun atomunun atomunkinden daha küçük bir malzeme parçacıkları kümesidir.
Maddenin yapısının elektronik teorisine göre, herhangi bir kimyasal elemanın atomu, çevresinde "temel" gerçek parçacıkların döndürüldüğü, elektronlar adı verilen bir merkezi çekirdekten oluşan bir sistemdir. Atomik çekirdekler, genel olarak kabul edilen görüşlere göre, bir dizi "temel" gerçek parçacıklar - protonlar ve nötronlardan oluşur.
İçlerinde atomların ve fiziko-kimyasal işlemlerin yapısını anlamak için, kendilerini atomların bir parçası olan temel parçacıkların temel özelliklerini en azından kısaca tanımak gerekir.
Kararlı elektron, doğada gözlenen en küçük olumsuz elektrik yüküne sahip gerçek bir parçacıktır..
Geleneksel olarak elektronun bir parçacık olarak küresel bir şekle sahip olduğunu varsayarsa, elektron çapı 4'e eşit olmalıdır. · 10 -13 cm, yani on binlerce kez herhangi bir atomun çapından daha azdır.
Elektron, diğer gerçek parçacıklar gibi bir kitleye sahiptir. Elektronun "barış kütlesi", yani göreceli dinlenme durumunda sahip olduğu kitle m o \u003d 9.1 · 10 -28'e eşittir.
Elektronun son derece küçük bir "dinlenme kütlesi", elektronun inert özelliklerinin son derece zayıf bir şekilde tezahür ettiğini, yani bir elektrik enerjisi değişkeni etkisi altındaki bir elektronun, saniyede birçok milyar süre sıklığıyla uzayda dalgalanabileceği anlamına gelir.
Elektron kütlesi o kadar küçük ki, bir gram elektron elde etmek için 1027 birim almaları gerekir. Bunun en azından fiziksel bir şekilde anlaşılması için çok sayıda fiziksel anlayışa sahip olmak için böyle bir örnek veriyoruz. Bir gram elektron birbirine yakın düz bir çizgide yerleştirilebilirse, dört milyar kilometre uzunluğunda bir zincir oluştururlar.
Elektronun kütlesi, diğer gerçek mikropartiküllerin yanı sıra hareketinin hızına bağlıdır. Elektron, göreceli dinlenme durumunda olmak, her fiziksel vücudun kütlesi gibi, mekanik bir yapıya sahip olan bir "barış masasına" sahiptir. Bir elektronun "hareketinin kütlesi" gelince, hareketinin hızında bir artışla arttıkça, elektromanyetik kökenlidir. Bir elektromanyetik alanın, bir kütle ve elektromanyetik enerjiyle belirli bir madde türü olarak bir elektromanyetik alanın varlığından kaynaklanmaktadır.
Elektrone hareket eden elektromanyetik alanın inert özellikleri ne kadar hızlı olursa, dolayısıyla ikincisinin kütlesinden daha fazla ve sırasıyla, elektromanyetik enerji. Elektromanyetik alanıyla elektron tek, organik olarak ilişkili bir malzeme sistemi olduğundan, elektronun elektromanyetik alanının kütlesinin doğrudan elektronun kendisine bağlanabileceği doğaldır.
Elektron, bir parçacıkların özelliklerine ek olarak, her iki dalga özelliğine de sahiptir. Deneysel olarak, bir ışık akışı gibi elektron akışının, dalga benzeri bir hareket biçiminde dağıtıldığı tespit edilir. Uzayda elektron akışının dalga hareketinin doğası, elektron dalgalarının paraziti ve kırınımı ile doğrulanır.
Elektron paraziti - Bu, birbirlerine elektronik iradeyi dayatmanın olgusudur ve elektron kırınımı - Bu, elektronik akış yoluyla, dar bir yuvanın elektron dalgaları ile zarfın fenomenidir. Sonuç olarak, elektron sadece bir partikül değil, uzunluğu uzunluğu kütleye ve elektron hareketinin hızına bağlıdır.
Elektronun yanında olduğu tespit edildi. ulaşımEkseni etrafındaki dönme hareketi yapar. Bu tip elektron hareketine "döndürme" denirdi ( İngilizce kelime. "Spin" - Mil). Böyle bir hareketin bir sonucu olarak, bir elektron, elektrik yükünün neden olduğu elektriksel özelliklere ek olarak, bu konuda bir temel mıknatıs'a benzeyen manyetik özellikler elde etmektedir.
Proton, bir elektronun mutlak bir elektrik yüküne eşit pozitif bir elektrik yüküne sahip gerçek bir parçacıktır.
Proton ağırlığı 1,67'ye eşittir · 10 -24 g, yani, yaklaşık 1840 kat daha fazla "dinlenme kütlesi" elektronudur.
Elektron ve protonun aksine, nötron elektrik yükü yoktur, yani maddenin elektronik bir "ilköğretim" partikülüdir. Nötron kütlesi, protonun kütlesine neredeyse eşittir.
Elektronlar, protonlar ve nötronlar, atomlarda olmak, birbirleriyle etkileşime girer. Özellikle, elektronlar ve protonlar birbirlerine çok boyutlu elektrik yüklerine sahip parçacıklar olarak karşılıklı olarak ilerler. Aynı zamanda, elektrondan ve protondan protondan bir elektron, aynı adın elektrik yükleriyle parçacıklar olarak geçirilir.
Tüm bu elektriksel olarak yüklenen parçacıkların etkileşimi, elektrik alanlarından oluşur. Bu alanlar, foton adlı bir temel malzeme parçacıklarından oluşan özel bir madde türüdür. Her foton, içeride var olan enerji miktarı (enerji kuantum) tarafından kesinlikle belirlenmiştir.
Elektriksel olarak yüklenmiş malzeme madde partiküllerinin etkileşimi, bunları birbirleriyle değiştirerek gerçekleştirilir. Elektrik yüklü parçacıkların etkileşiminin gücü genellikle denir elektrik gücü.
Atomik çekirdeklerde olan nötronlar ve protonlar da birbirleriyle etkileşime girer. Bununla birlikte, bu etkileşim artık elektrik alanı üzerinden yapılmamaktadır, çünkü nötron, bir maddenin elektronize edilmiş bir parçacık olduğundan ve sözde nükleer alan boyunca.
Bu alan aynı zamanda Meson adlı bir temel malzeme parçacıklarından oluşan özel bir maddedir. Nötronların ve protonların etkileşimi, bunları birbirleriyle değiştirerek gerçekleştirilir. Nötronların ve protonların birbirleriyle etkileşiminin gücü nükleer güç denir.
Nükleer kuvvetlerin, yalnızca küçük mesafelerdeki atom çekirdeğinde hareket ettiği - yaklaşık 10 - 13 cm.Nükleer kuvvetler, atomun çekirdeğinde protonların karşılıklı itmesinin elektrik kuvvetlerinin büyüklüğünden önemli ölçüde üstündür. Bu, yalnızca protonların karşılıklı itmesinin atomlarının çekirdeklerinin üstesinden gelmek için değil, aynı zamanda protonların ve nötronların toplamından çok güçlü bir çekirdek sistemi yaratması gerçeğine yol açar.
Her bir atomun çekirdeğinin istikrarı, iki çelişkili kuvvetin oranı - nükleer (protonların ve nötronların karşılıklı çekiciliği) ve elektrik (protonların karşılıklı itme).
Atomik çekirdeğin içinde hareket eden güçlü nükleer güçler, nötronların ve protonların birbirine dönüşümüne katkıda bulunur. Bu nötronların ve protonların bu bağlantıları, meson gibi çakmak ilköğretim parçacıklarının izolasyonu veya emiliminin bir sonucu olarak gerçekleştirilir.
Bizim tarafımızdan kabul edilen parçacıklar temeldir çünkü bir dizi diğer, daha basit bir madde meselesinden oluşmazlar. Ancak aynı zamanda, birbirlerine dönüşebildiklerini unutmak, birbirlerinin pahasına ortaya çıkmalarını unutmamak gerekli değildir. Böylece, bu parçacıklar bazı karmaşık oluşumlardır, yani ilkellikleri şartlıdır.
Kimyasal Yapı Atomları
Birinin cihazındaki en basit olanı bir hidrojen atomudur. Sadece iki ilköğretim parçacıklarının bir kombinasyonundan oluşur - proton ve elektron. Hidrojen Atom Sistemindeki proton, merkezi çekirdekten rolünü oynar, etrafında bir elektronun bazı yörüngede döndüğü. İncirde. 1, hidrojen atomunun modelini şematik olarak gösterir.
İncir. 1. Hidrojen atomunun yapısının şeması
Bu model gerçekliğe sadece kaba bir yaklaşımdır. Gerçek şu ki, elektronun "parçacık dalgası" olarak sert bir ortamdan keskin bir şekilde sınırlandırılmamasıdır. Ve bu, bir elektronun doğru doğrusal yörüngeleri hakkında, ancak tuhaf bir elektronik bulut hakkında dikkat edilmesi gerektiği anlamına gelir. Aynı zamanda elektron en sık bazıları tarafından işgal edilir. orta hat Atomun olası yörüngelerinden biri olan bulut.
Elektron yörüngesinin kendisi sıkı bir şekilde değişmediği ve atomda sabit olduğu söylenmelidir - aynı zamanda elektronun kütlesindeki değişikliklerden kaynaklanıyor, bazı dönme hareketi yapar. Sonuç olarak, atomdaki elektron hareketi nispeten karmaşıktır. Hidrojen atomunun (proton) çekirdeği ve etrafındaki elektronun etrafındaki elektronun çok kişilik elektrikli masraflara sahip olduğundan, karşılıklı olarak çekildiler.
Aynı zamanda, atomun çekirdeği etrafında dönen elektronun enerjileri, çekirdeğinden çıkarmak isteyen santrifüj kuvveti geliştirir. Sonuç olarak, atomun çekirdeğinin ve elektronun çekirdeğinin ve elektronda hareket eden santrifüj kuvvetinin elektrik gücü, çelişkinin gücüdür.
Dengede, elektronları atomdaki bazı yörüngelerde nispeten istikrarlı bir konumdadır. Elektronun kütlesi çok küçük olduğundan, atomun çekirdeğinin çekirdeğini dengelemek için saniyede yaklaşık 6 · 10 15 dönüşün büyük bir hızıyla dönmesi gerekir. Bu, hidrojen atomu sistemindeki elektronun yanı sıra diğer atomların yanı sıra, yörüngesinde saniyede bin kilometreyi aşan doğrusal bir hızla hareket ettiği anlamına gelir.
Normal koşullar altında, elektron çekirdeğe en yakın bir tür yörüngenin atomunda döner. Aynı zamanda, minimum miktarda enerji miktarı vardır. Örneğin, bir nedenden ötürü, örneğin, başka herhangi bir malzeme parçacıklarının etkisi altında, bir atom sistemi istila ederek, elektron, atomdan daha fazla uzaklaştırılacak, zaten biraz büyük miktarda enerjiye sahip olacaktır.
Bununla birlikte, bu yeni yörüngede, elektron ancak ihmal edilebilir bir zamandır, daha sonra çekirdeğe en yakın yörüngeye döner. Aynı zamanda, enerjisini manyetik radyasyon-radyant enerji filinin bir kuantum biçiminde kazandırır (Şekil 2).
İncir. 2. Bir atomun çekirdeğine daha yakın olan uzak bir yörüngeden geçerken elektron, bir rantum radyant enerji yayar.
Enerjilerden daha büyük olanlar dışarıdan elde edilir, çekirdeklerden çıkarılan enerjiler, hareket eder ve elektromanyetik enerji miktarı, yörüngeye en yakın yörüngeye döndüğünde yaydığı elektromanyetik enerji miktarı artar.
Elektronun, çeşitli yörüngelerden atomun çekirdeğine en yakınına geçişinde yayılan enerji miktarını ölçmek, hidrojen atom sistemindeki elektronun, diğer atomların sisteminde olduğu gibi, Harici güç eylemi altında aldığı enerjiye göre kesinlikle tanımlanmış herhangi bir keyfi yörüngeye geçin. Atomun bir elektronu işgal edebilecek yörüngeler izin verilen yörüngeler denir.
Hidrojen atomunun çekirdeğinin (proton şarjı) pozitif yükü ve negatif elektron şarjı sayısal olarak eşit olduğundan, toplam şarj sıfırdır. Bu, normal durumda olan bir hidrojen atomunun bir elektrofetral parçacık olduğu anlamına gelir.
Bu, tüm kimyasal elementlerin atomları için geçerlidir: normalde duran herhangi bir kimyasal elemanın atomu, sıradan ve negatif ücretlerinin sayısal eşitliği nedeniyle bir elektrofetral parçacıktır.
Sadece bir "ilköğretim" partikül - proton, hidrojen atomunun çekirdeğine dahil edildiğinden, bu çekirdeğin sözde kitle sayısı birine eşittir. Herhangi bir kimyasal elemanın atomunun çekirdeğinin kitle sayısı, toplam çekirdeğin toplam proton ve nötron sayısı olarak adlandırılır.
Doğal hidrojen, çoğunlukla birine eşit büyük bir sayıya sahip bir dizi atomdan oluşur. Bununla birlikte, bileşiminde, iki sayıda hidrojen atomu vardır. Bu ağır hidrojenin atomlarının çekirdekleri deuteron denir, iki partikülden oluşur - proton ve nötron. Bu hidrojen izotopu deuterium denir.
Doğal hidrojende, deuteryum çok az miktarda içerir. Her altı bin ışık hidrojen atomu için (bire eşit kitle numarası) sadece bir deuteryum atomu (ağır hidrojen) vardır. Başka bir hidrojen izotopu var - tritia denilen süper uçlu hidrojen. Bu hidrojen izotopunun atomunun çekirdeğinde üç parçacık vardır: bir proton ve birbirleriyle ilişkili iki nötron vardır. Trityum atomunun çekirdeğinin kitle sayısı üçe eşittir, yani atom tritum, hafif hidrojenin zor atomunun üç katıdır.
Her ne kadar hidrojen izotopom atomunun farklı kütlelere sahip olsa da, hala aynı kimyasal özelliklere sahipler, örneğin, ışık hidrojenine sahip, oksijen ile kimyasal etkileşime girerek, bununla birlikte karmaşık bir madde oluşturur. Bu hidrojen izotopuna benzer - deuteryum, oksijenle bağlanır, su formları, bu, sıradan su ağır su olarak adlandırılır. Ağır su, büyük ölçüde nükleer (atomik) enerji üretme sürecinde kullanılır.
Dolayısıyla kimyasal özellikler Atomlar, çekirdeklerinin kütlesine değil, ancak yalnızca bir atomun elektronik kabuğunun yapısına bağlıdır. Açık hidrojen, deuteryum ve trityum atomlarında, aynı miktarda elektron vardır (bir atom başına), bu izotoplar aynı kimyasal özelliklere sahiptir.
Hidrojenin kimyasal elemanı, yanlışlıkla elemanların periyodik sisteminde ilk sayıyı işgal etmemektedir. Gerçek şu ki, elemanların periyodik sistemdeki herhangi bir unsurun sayısı ile bu elemanın atomunun çekirdeğinin yükünün değeri arasında bir bağlantı vardır. Böyle formüle edilebilir: elementlerin periyodik sistemindeki herhangi bir kimyasal elemanın sekans numarası, bu elemanın çekirdeğinin pozitif yüküne ve dolayısıyla etrafta dönen elektronların sayısının sayısal olarak eşittir.
Hidrojen, elementlerin periyodik sisteminde ilk sayıyı kapladığından, atomunun çekirdeğinin pozitif yükünün birine eşit olduğu ve bir elektronun çekirdek etrafında döndüğü anlamına gelir.
Kimyasal eleman helyum, ikinci sayıyı elementlerin periyodik sisteminde kaplar. Bu, çekirdeğin pozitif bir elektrik yüküne sahip olduğu, iki birime eşit, yani, çekirdeğinin bileşimi iki proton olmalıdır ve atomun elektronik kılıfında - iki elektrot olmalıdır.
Doğal helyum iki izotoptan oluşur - ağır ve hafif helyumdur. Ağır helyumun kitlesel sayısı dörde eşittir. Bu, ağır helyum atomunun çekirdeği, yukarıdaki iki protona ek olarak iki nötron içermesi gerektiği anlamına gelir. Hafif helyum için, kitle numarası üçe eşittir, yani çekirdeği, iki protona ek olarak başka bir nötron içermelidir.
Doğal helyumda, hafif helyum atomlarının sayısı, ağır geniin atomlarının yaklaşık bir milyonuncu payı olduğu tespit edilmiştir. İncirde. Şekil 3, helyum atomunun şematik bir modelini göstermektedir.
İncir. 3. Helyum atomunun yapısının şeması
Kimyasal element atomlarının yapısının daha fazla komplikasyonu, bu atomların çekirdeklerindeki protonların ve nötronların sayısındaki bir artıştan kaynaklanmaktadır ve aynı zamanda çekirdekler etrafında dönen elektron sayısındaki bir artış nedeniyle (Şekil 4). ). Kullanma periyodik sistem Elementler, çeşitli atomların bir parçası olan elektron, proton ve nötronların sayısını belirlemek kolaydır.
İncir. 4. Atomların çekirdeğinin yapısının şemaları: 1 - Helyum, 2 - Karbon, 3 - Oksijen
Kimyasal elemanın sıra numarası sayıya eşit Atomun çekirdeğinde bulunan protonlar, aynı zamanda çekirdeğin etrafında dönen bu elektron sayısı ile aynı zamanda. Atomik ağırlık için olduğu gibi, yaklaşık olarak atomun kitlesel sayısına, yani çekirdeğe protonların ve nötronların sayısı. Sonuç olarak, öğenin sekans numarasına eşit semomik ağırlık elemanına eşit sayı, bu çekirdekte kaç nötronun bulunduğu belirlenebilir.
Nükleer kuvvetler nispeten büyük olduğundan, eşit derecede protonların ve nötronların eşit derecede protonlarının ve nötronların çok yüksek bir şekilde farklılık gösterdiği, hafif kimyasal elementlerin çekirdeklerinin çok yüksek olduğu tespit edilmiştir. Örneğin, ağır bir helyum atomunun çekirdeği, iki protondan ve birbirleriyle ilişkilendirilen iki nötrondan güçlü nükleer kuvvetleri olan iki nötrondan oluştuğu için son derece büyük gücü farklılık gösterir.
Daha ağır kimyasal elementlerin atomlarının çekirdekleri, bileşiminde zaten eşit olmayan miktarda proton ve nötron içerir, bu nedenle çekirdeğe olan bağlantıları hafif kimyasal elementlerin çekirdeğinden daha zayıftır. Bu elemanların çekirdekleri, atomik "kabukları" (nötronlar, helyum atomu, vb. Nükleatları vb.)
En ciddi kimyasal elementler için, özellikle radyoaktif olarak, çekirdekleri, kendiliğinden parçalara ayrıldıkları kadar düşüktür. Örneğin, radyonakarın radyoaktif elemanının atomları, bir dizi 88 proton ve 138 nötrondan oluşan, kendiliğinden dağılır, radon radyoaktif elemanın atomlarına dönüşür. İkincisinin atomları, diğer elementlerin atomlarına dönüşerek bileşenlere parçalanır.
Kimyasal elementlerin nükleer atomlarının bileşenleri ile kısa gördükten sonra, atomların elektronik kabuklarının yapısını düşünün. Bilindiği gibi, elektronlar atomların çekirdeğinin etrafında sadece kesinlikle tanımlanmış yörüngelerde dönebilir. Aynı zamanda, her bir atomun elektronik bir kabuğunda gruplandırılır, bu da ayrı elektron katmanlarını ayırabilir.
Her katmanda, kesinlikle tanımlanmış bir sayıyı aşmayan elektron sayısı olabilir. Örneğin, birincisinde, atomun çekirdeğine en yakın elektron tabakası, ikincisinde en fazla sekiz elektron, vb.
Harici elektronik katmanların tamamen doldurulduğu atomlar, en istikrarlı elektronik kabuğuna sahiptir. Bu demektir bu atom Tüm elektronlarını sıkıca tutuyor ve dış miktarından elde edilmesine gerek yoktur. Örneğin, bir helyum atomunun, tamamen birinci elektron katmanını tamamen dolduran iki elektrona sahiptir ve neon atomunun, birinci ikisinin birinci elektron katmanıyla tamamen doldurulduğu on elektron vardır ve kalan - ikincisi (Şek. 5 ).
İncir. 5. Neon Atomun Yapısının Şeması
Sonuç olarak, helyum ve neon atomları tamamen istikrarlı elektronik kabukları vardır, bir şekilde nicel olarak değişiklik yapmazlar. Bu tür öğeler kimyasal olarak inert, yani diğer elemanlarla kimyasal etkileşime girmeyin.
Bununla birlikte, çoğu kimyasal element, harici elektron katmanlarının tamamen elektronlarla dolu olmadığı bu tür atomlara sahiptir. Örneğin, potasyum atomunun, ilk üç katmanın on sekiz ile doldurulduğu ve on dokuzuncu elektron olanı aşağıdaki, doldurulmamış elektronik katmanda olduğu on dokuz elektron vardır. Dördüncü elektronik tabakanın elektronlar tarafından en hızlı doldurulması, atomik çekirdeğin en harici - on dokuzuncu elektronun çok zayıf bir şekilde tutulması gerçeğine yol açar ve bu nedenle ikincisi atomdan kolayca çekilebilir. .
Veya, örneğin, bir oksijen atomunun, ikisinin birinci katmanla tamamen doldurulmuş sekiz elektron vardır ve kalan altı, ikinci katmana yerleştirilir. Böylece, ikinci elektron katmanının oksijen atomunda inşa edilmesini tamamlamak için, sadece iki elektrondan yoksundur. Bu nedenle, bir oksijen atomu sadece altı elektronunu ikinci katmanda sıkı bir şekilde tutmaz, aynı zamanda ikinci elektronik tabakasını doldurmak için iki elektronu çıkarabilme yeteneğine sahiptir. Bu, harici elektronların çekirdekleriyle kötü bir şekilde bağlandığı bu tür elementlerin atomlu bir kimyasal bileşiğe ulaşır.
Atomları tamamen dış elektron katmanlarının elektronlarıyla tamamen doldurulmuş kimyasal elementler, kural olarak kimyasal olarak aktiftir, yani isteyerek kimyasal etkileşime girer.
Böylece, kimyasal elementlerin atomlarındaki elektronlar kesin olarak tanımlanmış bir sırayla bulunur ve mekansal düzenlemelerindeki herhangi bir değişiklik veya atomun elektron kılıfındaki miktarı, ikincisinin fizikokimyasal özelliklerinde bir değişikliğe yol açar.
Atom sisteminde elektron ve protonların sayısının eşitliği, toplam elektrik yükünün sıfır olması nedenidir. Elektron sayısının eşitliği ve atom sistemindeki protonlar bozulursa, atom elektriksel olarak şarj edilmiş bir sistem haline gelir.
ATOM, sistemde, farklı elektrik yüklerinin dengesinin, elektronlarının bir kısmını kaybettiği veya aksine, bir iyon olarak adlandırılan ekstra miktarları elde ettiği gerçeğinden dolayı kırılır.
Aksine, atomun bazı gereksiz sayıda elektron elde edilmesi durumunda, o zaman negatif iyon olur. Örneğin, bir ekstra elektroni alan bir klorin atomu, tek şarjlı bir negatif iyon klor SL'ine dönüşür. Gereksiz iki elektrona alınan oksijen atomu, iki yüklü bir negatif iyon oksijen OH, vb.
Bir iyona dönüşme atomu, elektriksel olarak şarj edilmiş bir sistem tarafından dış çevreye göre olur. Ve bu, atomun sahip olmaya başladığı anlamına gelir elektrik alanıTek bir malzeme sistemi oluşturduğu ve bu alandan bir arada, maddenin iyonlarının, elektronların, elektronların, pozitif yüklü atomik çekirdekler vb.
Varyans iyonlarının birbirleriyle karşılıklı olarak çekilmesi, kimyasal olarak bağlı olmaları, maddenin moleküllerinin daha karmaşık parçacıklarını oluşturmasının nedenidir.
Sonuç olarak, atomun boyutlarının, oluştukları gerçek parçacıkların boyutuyla karşılaştırıldığında çok büyük olduğu belirtilmelidir. Tüm elektronlarla birlikte en karmaşık atomun çekirdeği, atomun hacmindeki milyarlarca payını kaplar. Basit bir sayım, eğer bir kübik platin kübik metre, geçişsizlik ve interatral boşlukları ortadan kaybolması için çok sıkıcı olsaydı, yaklaşık bir kübik milimetreye eşit bir hacim olacaktır.
Maddenin yapısını incelemek, atomların yapıldığı öğrenilen fizikçiler atomik çekirdeğe gitti ve protonlara ve nötronlara bölün. Tüm bu adımlar kolayca verildi - sadece partikülleri istenen enerjiye dağıtmak, bunları birbirleriyle itmek için gereklidir ve sonra kendileri ayrıldılar.
Ancak protonlar ve nötronlarla, böyle bir numara artık geçmiyor. Kompozit parçacıklar olmalarına rağmen, diğer güçlü çarpışmalarda "parçalara ayrılamazlar". Bu nedenle, fizikçiler, protonun içine bakmanın farklı yollarını ortaya çıkarmak için yıllardır, cihazını ve şeklini görmeleri için yıllardır. Günümüzde, proton yapısının incelenmesi, temel parçacıkların fiziğinin en aktif bölgelerinden biridir.
Doğa ipuçları verir
Proton ve nötronların yapısını inceleme tarihi 1930'lardan bu yana kaynaklanmaktadır. Nötronlar, protonlara (1932) ek olarak keşfedildiğinde, daha sonra kütlelerinin ölçülmesi, fizikçiler proton kütlesine çok yakın olduğuna şaşırdı. Dahası, protonların ve nötronların "hissi" nükleer etkileşiminin tam olarak aynı olduğu ortaya çıktı. Öyleyse, nükleer kuvvetlerin bakış açısına göre, proton ve nötron, aynı partikülün iki tezahürü olduğu gibi düşünülebilir: proton elektriksel olarak şarj edilmiş bir nükleondur ve nötron nötr bir nükleondur. Nötronlardaki protonları değiştirin - ve nükleer kuvvetler (neredeyse) hiçbir şey fark etmeyecektir.
Fizik bu doğanın bu özelliği, simetri - nükleer etkileşim olarak, noktaların nötronlar üzerindeki protonların değiştirilmesine göre, tıpkı sağdaki solun değiştirilmesi hakkında simetrik olan bir kelebek gibidir. Bu simetri, nükleer fizikte önemli bir rol oynadığı dışında, aslında nükleonların ilginç bir iç yapıya sahip olduğu ilk ipucu oldu. Doğru, daha sonra, 30'lu yıllarda fizik bu ipucunu anlamadı.
Anlayış daha sonra geldi. 1940-50'lerde, protonların çarpışmalarının çeşitli unsurların çekirdekleriyle reaksiyonlarında, bilim adamlarının tüm yeni ve yeni parçacıklar tarafından şaşırdıkları gerçeğiyle başladı. Proton olmayanlar, nötronlar değil, nükleonlardaki nükleon ve bazı yeni parçacıklar olan PI-MESONS zamanında açılmaz. Tüm çeşitliliğiyle, bu yeni parçacıklar iki tane var. ortak özellikler. İlk olarak, nükleer etkileşimlere çok isteyerek katılan nükleonların yanı sıra, bu tür parçacıklara adreze denir. Ve ikincisi, sadece kararsızlardı. En çok dengesiz, atomik çekirdeğin büyüklüğüne bile uçmak için zaman geçirmeyecek olan nanosaniyanların sadece trilyon oranındaki diğer parçacıkları parçaladı!
Uzun süredir, hadronların "hayvanat bahçesi", kendinden tamamen bir araya gelmişti. 1950'lerin sonlarında fizik zaten birçok farklı hadron türünü öğrendiler, bunları birbirleriyle karşılaştırmaya başladılar ve aniden bazı genel simetri, hatta özelliklerinin sıklığı gördüler. Bir tahmin, tüm hadronların (nükleonlar dahil), bazı basit nesnelerin "kuarklar" olarak adlandırıldığı belirtildi. Kuarkları birleştirmek farklı yollar, Farklı hadronlar alabilirsiniz ve bu tür bu tür deneylerde bulunan bu türlerdendir.
Proton proton nedir?
Fizikçiler Hadrons'un kuark cihazını açtıktan ve kuarkların birkaç çeşit çeşit olduğunu öğrendikten sonra, birçok farklı parçacıkın kuarklardan yapılması gerektiği açıkça ortaya çıktı. Yani, sonraki deneylerin birbiri ardına yeni hadron bulduktan sonra devam ettiğinde kimse şaşırmadı. Ancak tüm hadronlar arasında, tıpkı bir proton gibi, sadece iki kişiden oluşan bütün bir parçacık ailesi uKrequers ve bir d.- Kaynak. Tek "meslektaşları" proton. Ve burada, fizikçiler bir sürpriz uyudum.
İlk önce basit bir gözlem yapalım. Aynı "tuğlalardan" oluşan birkaç öğeye sahip olursak, daha sonra daha fazla "tuğla" ve daha hafif - daha az. Bu, kombinasyon ilkesi veya üst yapı prensibi olarak adlandırılabilecek çok doğal bir ilkedir ve bu konuda mükemmel bir şekilde gerçekleştirilir. gündelik Yaşamve fizikte. Atomik çekirdeğin cihazında bile tezahür eder - sonuçta, daha ağır çekirdeklerden oluşur daha Protonlar ve nötronlar.
Bununla birlikte, kuarkların düzeyinde, bu ilke hiç çalışmaz ve itiraf edilmelidir, fizikçiler henüz nedenini tamamen çözmediler. Şiddetli proton meslektaşlarının aynı zamanda proton ile aynı kuarklardan oluştuğu ortaya çıkıyor, ancak protonun bir buçuk olmasına ya da bile iki kat daha fazla olmalarına rağmen. Protondan farklıdırlar (ve birbirleriyle farklılık gösterir) kompozisyonve karşılıklı yerkuarklar, bu kuarkların hangi durumunda birbirlerine göre görecelidir. Kuarkların karşılıklı konumunu değiştirmek yeterlidir - ve biz protondan biz bir başkasını alacağız, belirgin şekilde daha şiddetli, parçacık.
Ve eğer üçten fazla kuark alır ve toplarlarsa ne olacak? Yeni ağır parçacık çalışır mı? Şaşırtıcı bir şekilde, işe yaramaz - kuarklar üçü kıracak ve birkaç dağınık parçacıklara dönüşecek. Bazı nedenlerden dolayı, birçok kıtanı bir bütün olarak birleştirmek için "sevmiyor"! Sadece son zamanlarda, kelimenin tam anlamıyla son yıllarİpuçları, bazı kalabalık parçacıkların hala var olduğu gerçeğinde ortaya çıkmaya başladı, ancak doğanın onlardan nasıl hoşlanmadığını vurguluyor.
Bu kombinatörlerden, çok önemli ve derin bir sonuç takip edilir - yığın kütlesi, kuark kütlesinden hiç oluşmaz. Ancak, adrononun kütlesi, tuğlalarının bileşenlerini basitçe hatırlayarak artırılabilir veya azaltılabiliyorsa, tüm kuarkların kendilerinde Hadrons kitlesinden sorumlu olmadıkları anlamına gelir. Ve aslında, aşağıdaki deneylerde, kuarkların kendilerinin kütlesinin, proton kütlesinin sadece yüzde iki olduğu ve şiddetin geri kalanının güç alanı nedeniyle gerçekleştiğini öğrenmek mümkündü (özel parçacıklar, BT - Gluons), Quark'ı birlikte bağlar. Kuarkların karşılıklı konumlarını değiştirerek, örneğin onları birbirinden uzaklaştırarak, bu nedenle Gluon Cloud'u değiştiririz, daha büyük hale getirir, bu da adrononun kütlesini artırır (Şekil 1).
Hızlı bir uçan proton içinde ne oluyor?
Yukarıda açıklanan her şey, fizikçilerin dilinde, sabit bir protonla ilgilidir - bu, dinlenme sisteminde bir proton cihazıdır. Bununla birlikte, deneyde, proton yapısı ilk önce diğer koşullarda keşfedildi - içinde hızlı bir şekilde uçan Proton.
1960'ların sonunda, hızlandırıcılar üzerindeki parçacıkların çarpışmasındaki deneylerde, protone uçan protonların içlerinin içindeki enerji eşit şekilde dağılmadığı gibi davrandığı, ancak ayrı kompakt nesnelerde konsantre olduğu görülmüştür. Protonların içindeki bu tür maddelerin ünlü fizikçi Richard Feynman'ı aramayı teklif etti. paralel(İngilizceden bölüm -bölüm).
Daha sonraki deneylerde, partonun birçoğu, örneğin elektrik yükü, bunların her birinin taşıyan proton enerjisinin sayıları ve oranıdır. Çıkar, şarj edilmiş partiler kuarklardır ve nötr parotonlar gluonlardır. Evet, Proton'un dinlenme sisteminde basitçe "istirahat" kuarkları ", birbirlerine çeken" kuarkları "sunan, şimdi bağımsız partilerdir ve kuarklarla birlikte" madde "ve hızlı bir uçan protonun enerjisidir. Deneyler, enerjinin yaklaşık yarısının kuarklarda depolandığını ve yarısı gluonlarda bulunduğunu göstermiştir.
Parçalar, protonların elektronlarla çarpışmasında çalışmak için en uygundur. Gerçek şu ki, protonun aksine, elektron güçlü nükleer etkileşimlere katılmıyor ve bir protonla çarpışması oldukça basit görünüyor: Elektron çok kısa sürede, şarj edilmiş bir partona çarpan ve üreten sanal bir foton boşalıyor Sonunda büyük sayı Parçacıklar (Şekil 2). Elektronun, protonun "açılışı" için mükemmel bir neşter olduğu söylenebilir ve onu ayrı parçalara bölerek - gerçek sadece çok kısa bir süredir. Hızlandırıcı üzerindeki bu tür işlemlerin ne sıklıkla gerçekleştiğini bilmek, protonun içindeki parton sayısını ve bunların ücretlerini ölçebilirsiniz.
Aslında partiler kimler?
Ve burada fizikçileri yapan, ilköğretim partiküllerinin çarpışmalarını yüksek enerjilerdeki çarpışmalarını inceleyen başka bir çarpıcı keşif haline geldik.
Normal koşullar altında, bunun ya da bu öğenin tüm referans sistemleri için evrensel bir yanıt vermek olduğu sorusu. Örneğin, su molekülü iki hidrojen atomundan ve bir oksijen atomundan oluşur - ve sabit veya hareketli bir moleküle bakıp bakmamız önemli değildir. Ancak, bu kural - görünür, çok doğal! - Eğer ihlal ederse konuşuyoruz Işık hızına yakın hızlarla hareket eden ilköğretim parçacıklarında. Bir referans sisteminde, karmaşık partikül bir işe alım setinden ve başka bir referans sisteminden - diğerinden oluşabilir. Meğer ki kompozisyon - Göreceli Kavramı!
Bu nasıl olabilir? Buradaki anahtar önemli bir özelliktir: Dünyamızdaki parçacıkların sayısı sabit değildir - parçacıklar doğabilir ve kaybolabilir. Örneğin, iki elektronu yeterince büyük bir enerji ile bir araya getirirseniz, o zaman bu iki elektrona ek olarak, bir foton veya bir elektron-positron çifti veya diğer parçacıklar doğabilir. Bütün bunların kuantum yasaları tarafından izin verilir, bu tam olarak gerçek deneylerde olan şeydir.
Ancak bu "kefil" yasası "parçacıkların çalıştığı Çarpışmadaparçacıklar. Fakat aynı protonun farklı bakış açısındaki protonların farklı parçacıkların farklı aramasından çıktığı neye dikkat çekiyor? Gerçek şu ki, protonun birlikte katlanmış üç litre olmamasıdır. Kuarklar arasında bir güç gluon alanı var. Genel olarak, güç alanı (örneğin, bir yerçekimi veya elektrik alanı olarak), boşluğa nüfuz eden ve parçacıkların birbirleri üzerinde güç etkisine sahip olmasını sağlayan bir tür malzeme "varlık" türüdür. Kuantum teorisinde, alan ayrıca özel - sanal olarak olsa da parçacıklardan oluşur. Bu parçacıkların sayısı sabit değildir, kuarklardan sürekli "tomurcuklar" ve diğer kuarklar tarafından emilirler.
Dayanmaproton gerçekten, Gluons'un atladığı üç litre olarak hayal edilebilir. Ancak, "göreceli tren" tarafından geçen pencereden başka bir referans sisteminden aynı protona bakarsanız, tamamen farklı bir resim göreceğiz. Kuarkları birbirine yapıştırılmış olan sanal gluonlar daha az sanal, "daha gerçek" parçacıklar görünecektir. Tabii ki, hala kuarklar tarafından doğarlar ve emiliyorlar, ancak aynı zamanda bir süre kendileri üzerinde yaşıyorlar, gerçek parçacıklar gibi, kuarkların yanında uçuyorlar. Bir referans sisteminde basit bir güç alanı gibi görünen şey, bir parçacık akışına başka bir sisteme dönüşür! BİLDİRİM, protonun kendisi, aynı zamanda dokunmuyoruz, ancak yalnızca başka bir referans sisteminden bakıyoruz.
Daha fazlası. "Relativistik Trenimiz" nin hızı, ışık hızına kadar, protonun içindeki daha şaşırtıcı bir resim göreceğiz. Işık hızına yaklaşırken, protonun içindeki yapışkanların gittikçe daha fazla olduğuna dikkat ediyoruz. Dahası, bazen de yakın uçan ve aynı zamanda taraf olarak kabul edilmek üzere olan kuark-anti-koçluk çiftlerine ayrılırlar. Sonuç olarak, ultrarelativik proton, yani, bir hızla bize hareket eden proton, ışık hızına çok yakın, kuarkların, antika eşyalarını ve birbirlerini destekleyen gibi, kuarkların, antika eşyaları ve gluonların yerleştirilmesi şeklinde görünür. (Şekil 3).
Görelilik teorisine aşina olan okuyucu endişelenebilir. Tüm fizik, herhangi bir işlemin tüm atalet referans sistemlerinde eşit olarak ilerlediği prensibe dayanmaktadır. Ve burada proton bileşiminin, gözlemlediğimiz referans sistemine bağlı olduğu ortaya çıktı?!
Evet, bu yol bu, ancak bu görelilik ilkesini ihlal etmiyor. Fiziksel süreçlerin sonuçları - örneğin, hangi partiküllerin ve kaç kişinin çarpışmasının bir sonucu olarak doğduğu, proton bileşimi referans sistemine bağlı olmasına rağmen, gerçekten değişmezdir.
Bu sıradışı ilk bakışta, ancak fiziğin tüm yasalarını tatmin eden durum, Şekil Şekil 4'te şematik olarak gösterilmektedir. Burada, yüksek enerjili iki protonun çarpışmasının farklı referans sistemlerinde nasıl göründüğü gösterilmektedir: bir proton sisteminde, içinde Sistem merkezi sistemi, diğer protonun geri kalanı sisteminde. Protonlar arasındaki etkileşim, kaydırma sürgüsünün basamaklı olarak gerçekleştirilir, ancak sadece bir durumda, bu cascade bir protonun "içi" olarak kabul edilir, başka bir durumda, başka bir protonun bir parçası olarak ve üçte birinde sadece bir İki proton değiştirilen bazı nesneler. Bu cascade var, gerçektir, ancak işlemin hangi kısmının atfedilmesi gerektiği - referans sistemine bağlıdır.
Üç boyutlu proton portresi
Az önce söylediğimiz tüm sonuçlar, son yüzyılın 60-70'sinde uzun zamandır yapılan deneylere dayanıyorlardı. O zamandan beri her şey çalışılmalı ve tüm sorular cevaplarını bulmalıdır. Ancak hayır - proton cihazı, ilköğretim parçacıklarının fiziğindeki en ilginç konulardan biri olmaya devam etmektedir. Dahası, son yıllarda, buna ilgi, tekrar artmıştır, çünkü fizikçiler, sabit bir proton portresinden çok daha zor olan hızlı hareket eden bir protonun "üç boyutlu" bir portresini nasıl elde edebileceğini anladı.
Protonların çarpışmasında klasik deneyler, yalnızca partonların sayısı ve enerji dağıtımları hakkında söylenir. Bu tür deneylerde, partonlar bağımsız nesneler olarak katılır; bu, partonlar olarak bulunamadıkları anlamına gelir, tam olarak protona nasıl ekledikleri anlamına gelir. Uzun zamandır, fizikçilerin hızlı bir uçan protonun sadece "tek boyutlu" portresi olduğu söylenebilir.
Gerçek, üç boyutlu, proton portre oluşturmak ve uzayda Parton dağılımını öğrenmek için, 40 yıl önce mümkün olanlardan çok daha ince deneyler gereklidir. Fizikçilerin bu tür deneyleri, son on yılda tam anlamıyla son zamanlarda koymayı öğrenmişlerdir. Bunun arasında fark ettiler büyük sayı Bir protonlu bir elektron çarpışması bir özel reaksiyon olduğunda meydana gelen farklı reaksiyonlar - derin sanal compton saçılma, - Üç boyutlu proton yapısından bahseder.
Genel olarak, Compton dağılımları veya Componton'un etkisi, örneğin bir protonla bir fotonun elastik bir çarpışması denir. Buna benziyor: foton geldi, proton tarafından kısa bir süre için heyecanlı bir duruma dönüşür ve daha sonra ilk duruma geri döner, yayılan foton bir yönündedir.
Sıradan ışık fotonlarının compton saçılması ilginç bir şey yapmaz - bu ışığın protondan basit bir yansımasıdır. "Oyuna" oyuna girebilmek için "protonun iç yapısı ve" kuark dağılımını "hissettiren, çok yüksek enerji fotonlarını - milyarlarca kez normal ışıktan daha fazla kullanmak gerekir. Ve sadece bu fotonlar doğrudur, sanal - kolayca yıkama elektronu üretir. Şimdi birini diğeri ile birleştirirseniz, derin sanal bilgisayarları yansıtır, saçılma (Şek. 5).
Bu reaksiyonun ana özelliği, protonu yok etmemesidir. Gelişen foton sadece protona çarpmaz, sanki onu dikkatlice tereddüt eder ve sonra uçar. Hangi yolla uçar ve enerjisinin hangi bir kısmının proton cihazına bağlıdır, içindeki partilerin karşılıklı konumundan proton cihazına bağlıdır. Bu nedenle, bu işlemi incelemek, protonun üç boyutlu görünümünü, "heykelini kesmeyi" olarak geri yükleyebilirsiniz.
Doğru, fizik için, deneyci onu çok zorlaştırıyor. İstenilen işlem oldukça nadirdir ve kaydetmek zordur. Bu reaksiyondaki ilk deneysel veriler yalnızca 2001 yılında Hamburg'daki Alman Hızlandırıcı Kompleks Desy'deki Hera Hızlandırıcısında elde edildi; Yeni bir veri serisi şimdi deneyciler tarafından işlenir. Ancak, bugün, ilk veriler temelinde, teorisyenler protondaki üç boyutlu kuark ve gluon dağılımlarını çizer. Fiziksel miktar, hangi fizikçilerin yalnızca varsayımları oluşturduğunu, nihayet deneyden "temyiz etmeye" başladı.
Bu alanda beklenmeyen keşifleri mi bekliyorsunuz? Bu muhtemelen evet. Bir örnek olarak, Kasım 2008'de, hızlı bir uçan protonun düz bir diskin formuna sahip olması gerektiği konusunda tartışıldığı ilginç bir teorik madde olduğunu söyleyelim. Böylece ortaya çıktı çünkü merkezi proton alanında oturan partiler uzunlamasına yönde, kenarlarda oturan partilerden daha güçlüdür. Bu teorik tahminleri deneysel olarak kontrol etmek çok ilginç olurdu!
Bütün bunlar fizikçilere neden ilginç?
Neden fizikçilerin maddenin protonların ve nötronların içinde nasıl dağıtıldığını tam olarak bilmeleri gerekmiyor?
İlk olarak, bu fiziğin mantığını gerektirir. Dünyada modern teorik fiziğin tam olarak başa çıkamadığı birçok çarpıcı karmaşık sistem var. Hadronlar bu sistemlerden biridir. Cihazın aygıtıyla kullanır, evrensel olabilecek teorik fiziğin yeteneğini tükürüyoruz ve örneğin, sıradışı özelliklere sahip, süper iletkenleri veya diğer malzemeleri incelirken tamamen farklı bir şeye yardımcı olabilir.
İkincisi, için hemen faydalar var. nükleer Fizik. Atom Çekirdeğinin neredeyse bir yüzyılına rağmen, teorisyenler hala protonların ve nötronların etkileşimi kanunu bilmiyorlar.
Bu yasanın kısmen, deneysel verilere dayanarak, nükleonların yapısı hakkında bilgi temelinde tasarıma dayanarak tahmin etmek içindir. Bu, üç boyutlu nükleon cihazlarında yeni verilere de yardımcı olacaktır.
Üçüncüsü, birkaç yıl önce, fizikçiler, bir kuark-gluon plazması olan bir çok sayıda yeni toplam madde durumu almayı başardı. Böyle bir durumda, kuarklar bireysel protonların ve nötronların içinde oturmazlar ve nükleer madde demet boyunca serbestçe yürürler. Örneğin, şöyle sağlanabilir: Ağır çekirdekler hızlandırıcı bir hızlandırıcıda hız, ışık hızına çok yakın ve sonra alnına bakar. Bu çarpışmada, çok kısa bir sürede, bir kuark gluon plazmasında çekirdeği eriten trilyon derece dereceli bir sıcaklık ortaya çıkar. Böylece, bu nükleer erimenin teorik hesaplamalarının gerektirdiği ortaya çıktı. İyi bilgi Üç boyutlu nükleon cihazı.
Son olarak, bu veriler astrofizik için çok gereklidir. Ağır yıldızların hayatlarının sonunda patladığında, genellikle aşırı kompakt nesneler - nötron ve muhtemelen kuark yıldız kalırlar. Bu yıldızların çekirdeği tamamen nötronlardan oluşur ve belki de soğuk bir kuark-gluon plazmasından bile oluşmaktadır. Böyle yıldızlar uzun zamandır keşfedildi, ama onlara ne olacak - sadece tahmin edebilirsiniz. Bu yüzden quark dağılımlarının iyi bir anlayışı ilerleme ve astrolojiklere neden olabilir.