Mövzu 23. Atom nüvəsi və elementar zərrəciklər fizikası. Atom nüvəsi

Mövzu 23. Atom nüvəsi və elementar zərrəciklər fizikası. Atom nüvəsi.

1. 
   Süni radioaktivlik.
   
2. 
   Radioaktiv parçalanma qanunlari.
   
3. 
   Radiasiya mənbələri.
   
4. 
   Radioaktiv şüalanmanin bioloji təsiri.
   

Atom nüvəsinin tərkibi və xarakteristikası.

Ən sadə H atomun nüvəsi proton adlanan bir elementar zərrəcikdən təşkil edilmişdir. Yerdə qalan bütün atomların nüvələri iki növ elementar zərrəcikdən proton və neytrondan təşkil olunub. Bu elementar zərrəciklər nuklonlar adlanır.

Proton: P ilə işarə olunub +e yükünə və m_p=938.28 M_eV kütləyə malikdir. Müqayisə üçün elektronun kütləsi enerji vahidində m_e=0.511 M_eV olduğunu qeyd edək.

Buradan m_p=1836 M_e

P-spinə və məxsusi maqnit momentinə malikdir:

nüvə maqnetonu adlanır.

Neytron: n-ilə işarə olunur və 1932-ci ildə ingilis fiziki D.Çedvik tərəfindən kəşf olunub. Elektrik yükünə malik deyil.

m_n=939.57 M_eV

m_n-m_p=1.3 M_eV=2.5 m_e

Neytron spinə malikdir () və yüksüz olmasına baxmayaraq məxsusi maqnit momentinə malikdir.

(-) işarəsi məxsusi mexaniki və maqnit momentinin əks, istiqamətdə yönəlməsinə aiddir.

Neytron adi halda q/ stabildir (radioaktivdir).O, elektron və antineytrino adlanan hissəcik buraxaraq protona çevrilir.

Neytronun yarımparçalanma dövrü 12 dəqiqədir..Deməli (1)-in solu sağından enerji nöqteyi nəzərindən 1.5 m_e , yəni 0.77 M_eV çoxdur. Bu enerji parçalanma məhsullarının kinetik enerjisi şəklində ayrılır.

Atom nüvəsinin xarakteristikası.

Atom nüvəsini xarakterizə edən kəmiyyətlərdən biri yük ədədi Z, digəri isə kütlə ədədi A-dır. Z-nüvədəki protonların sayını və deməli +Ze yükünü müəyyən edir. Bu həmçinin elementlərin dövri sistemində sıra nömrəsi olduğundan atom nömrəsi adlanır. A kütlə ədədi nüvədəki nüklonların sayını göstərir. Neytronların N sayı N=A-Z şəklində təyin edilir. Atom nüvəsi simvolik olaraq və ya kimi işarə edilir.

1. 
   Z-i eyni , A-si müxtəlif nüvələr izotoplar adlanır. -adi və ya protiy, stabil; ağır deyteriy,stabil; tritiy, radioaktiv.
   
2. 
   A-sı eyni nüvələr izobarlar adlanır
   

3. 
   N=A-Z-i eyni olan nüvələr izotonlar adlanır
   

4. 
   Eyni Z və A-ya malik olub, yarımparçalanma dövrləri ilə fərqlənən nüvələr isə izomerlər adlanır. Məsələn; -nın iki izomeri var. Bunların birinin yarımparçalanma dövrü 18 dəq, o birsininki, isə ~4.4 saatdır.
   

1500-ə kimi atom nüvəsi məlumdur.Onlardan yalnız -i stabil, qalanı isə radioaktivdir.

Nüvənin ölçüsü: İlk baxışda nüvənin radiusu фermi olan kürə təsəvvür etmək olar.

Nüvə fizikasında 10^-13=1 фermi götürülür.

Nüvənin spini: Nüklonların spini toplanaraq yekunda nüvənin spinini verir.A-nın tək halında nüvənin spin kvant ədədi tam olmur.A cüt olduqda isə tam və ya sıfır olur. Nüvə də nüklonların spinlərinin antiparalel yerləşməsi onunspinin bir neçə vahidi aşmamasına gətirir.
Nüvənin kütlə defekti və əlaqə enerjisi.

Nüvənin m_N kütləsi həmişə ona daxil ola hissəciklərin kütlələri cəmindən kiçik olur. Bu isə onu göstərir ki, nüklonlar bir-biri ilə birləşib nüvə əmələ gətirirkən onların əlaqə enrjisi ayrılır.

Hissəciyin sükünən enerjisi onun kütləsi ilə düsturu ilə bağlıdır. Onda nüvənin sükunət enerjisi qarşılıqlı təsirdə olmayan sükunətdəki nüklonların enerjisindən :

E_æ= kəmiyyəti qədər az olur.

Bu kəmiyyətə nüvədə nüklonların əlaqə enerjisi deyilir. Bu enerji elə işə bərabərdir ki, bu iş hesabına nüvəni onu təşkil edən nüklonlara parçalamaq və onları elə məsafəyə aparmaq mümkün olsun ki, onlar bir-biri ilə praktiki qarşılıqlı təsirdə ola bilməsinlər.

Bir nüklona düşən əlaqə enerjisinə xüsusi əlaqə enerjisi deyilir.

E_æ /A =

-kəmiyyətinə nüvənin kütlə defekti deyilir.= E_æ/c²-olur.

Xüsusi əlaqə enerjisi E_æ /A-nın A-kütlə ədədindən asılılıq qrafiki aşağıdakı kimidir.Göründüyü kimi kütlə ədədi arasında olan nüvələrin nüklonları bir-biri ilə daha qüvvətli bağlıdır.

Onlar üçün E_æ/A~8.7 MeV-dur.

Ən ağır təbii nüvə olan uran üçün bu enerji ~7.5 M_eV-i aşmır. Bu cür asılılıq energetik cəhətdən iki növ prosesin mümkünlüyünü göstərir.

1. 
   Ağır nüvələrin daha yüngül iki və ya daha çox nüvəyə bölünməsi.
   
2. 
   Hər iki proses böyük miqdarda enerji ayrılması ilə müşayət olunmalıdır.
   

Yüngül nüvələrin bir nüvə şəklində birləşməsi.

Məsələn A=240 olan nüvə (E_æ/A=7.5 M_eV), iki A=120 olan (E_æ/A=8.5 M_eV) nüvəyə bölünməsi zamanı 240 M_eV enerji ayrılmalıdır. Həmçinin də 2 dənə -dən nüvəsi yaranarkən 24 M_eV enerji ayrılmalıdır. Əgər arasında olan nüvələr enerji cəhətdən daha əlverişli haldadırlarsa , onda ağır nüvələr niyə bu nüvələrə bölünmürlər? İş ondadır ki, ağır nüvələrin bir neçə hissəyə bölünməsi üçün o bir sıra aralıq mərhələlər keçməlidirlər ki, bu mərhələlərin hər birində enerji nüvənin əsas halındakı enerjini aşır. Yəni bölünmə üçün əlavə enrji tələb olunur ki, bu enerjiyə də aktivləşmə enerjisi deyilir. Aktivləşmə enerjisi bölünmənin son məhsullarının əlaqə enerjisinin dəyişməsi hesabına ayrılan enerjiyə əlavə olaraq ayrılır.Adi halda aktivləşmə enerjisini heç bir yerdən alan ala bilməyən ağır nüvələr stabil halda da uzun müddət qalırlar.

Nüvə qüvvələri.

Nüvədə nüklonlar arasında böyük əlaqə enerjisinin müvcudluğu onu göstərir ki, nüklonlar arasında çox intensivlik qarşılıqlı əlaqə mövcuddur. Bu əlaqə cazibə xarakteri daşıyır. Bu qüvvə nüklonları , onlar arasında kulon itələmə qüvvəsi təsir göstərməsinə baxmayaraq bir-birindən 10^-13sm məsafədə saxlayır. Nüklonları arasında nüvə qarşılıqlı təsiri qüvvətli qarşılıqlı təsir adlanır.

Nüvə qüvvələrinin bir sıra fərqləndirici xüsusiyyətlərini qeyd edək:

1. 
   Bu qüvvələr qısa təsir qüvvələridir (10^-13sm), 10^-13sm-dən kiçik məsafələrdə nüklonların qarşılıqlı cazibəsi itələmə ilə əvəz olunur.
   
2. 
   Nüvə qüvvələri yükdən asılı olmamaq xassəsinə malikdir. Belə ki, qarşılıqlı əlaqəsi, və ya qarşılıqlı əlaqəsindən fərqlənmir.
   
3. 
   Nüvə qüvvələri nüklonların spinlərinin yönəlməsindən asılıdır.
   
4. 
   Nüvə qüvvələri mərkəzi qüvvələr deyilir.
   
5. 
   Bu qüvvələr doyma xassəsinə malikdirlər.Yəni hər bir nüklon müəyyən sayda nüklonla qarşılıqlı təsirdə ola bilər.
   

Müasir təsəvvürlərə görə nüklonlar arasında qarşılıqlı təsir, mezonlar adlanan görə görünməyən, xəyali hissəciklərin mübadiləsi ilə yaranır. Mezonlar elektromaqnit sahəsinin fotonlarına analojidir. Yüklü zərrəciklə elektromaqnit sahəsinin zərəcciyi olan fotonların mübadiləsi ilə qarşılıqlı təsirdə olduqları kimi nüklonlarda nüvə qüvvələri sahəsinin zərrəcikləri olan mezonlarla qarşılıqlı təsirdə olurlar.

1934-cü ildə İ.E.Tanım belə bir fərziyyə söylədi ki, nüklonlar arasında qarşılıqlı təsir. Virtual hissəciklərin mübadiləsi ilə baş verir.

Nüklonlardan başqa o vaxtlar elmə məlum olan hissəciklər və foton idi. Bunlardan ən ağırı e üçün de-Broye dalğa uzunluğu nüvə qüvvələrinin təsir-radiusunu 2 tərtib aşır. Həmçinin belə virtual elektronlar üçün hesablanan nüvə qarşılıqlı təsiri çox kiçik alındı ki, bu da nüklonlar arasında nüvə qarşılıqlı təsirinin virtual elektronların mübadiləsi vasitəsi ilə baş verə biləcəyi fikrini rədd etdi.

1935-ci ildə yapon fiziki Yukava belə cəsarətli hipoteza irəli sürdü ki, təbiətdə, hələlik müşahidə olunmayan, kütləsi qədər olan hissəciklər var ki, onlar nüvə qarşılıqlı təsirinin daşıyıcılarıdır. Bu hissəcikləri mezonlar – adlandırdı.

1936-ci ildə Anderson və Neddermeyen kosmik şüalarda kütləsi 207 m_e qədər olan hissəciklər müşahidə etmişdirlər. Lakin məlum oldu ki, bunlar nüvə qüvvələrinin daşıyıcıları deyillər, nüklonlarla zəif əlaqədədirlər.

Yalnız 1947-ci ildə Okkialin və Pouell kosmik şüalarda daha bir mezon kəşf etdilər ki, ona da -mezon və ya pion dedilər. Bunlar nüvə qüvvələrinin daşıyıcılarıdır.

mezonların növü var.



S=o



-mezonların əksəriyyəti.

parçalanmasına məruz qalır.

sxemi ilə parçalanır.

Nüklonlar arasında mübadilə qarşılıqlı təsirinə baxaq.

virtual prosesləri nəticəsində hər bir nüklon nüvə qüvvələri sahəsini yaradan virtual -mezonlar buludu ilə əhatə olunmuşdur.Bu mezonların başqa nüklonlar tərəfindən udulması nüklonlar arasında qüvvətli qarşılıqlı təsiri təmin edir ki, bu da aşağıdakı proseslərdən biri üzrə baş verir.

1. 
   
   
2. 
   
   
3. 
   
   
4. 
   
   
5. 
   
   

Mövzu 24. Süni radioaktivlik.Radioaktiv parçalanma qanunları.
1919-cu ildə Rezeford zərrəcikləri ilə azotu bombardman edərək onu radioaktiv ftora çevirmişdir.

Sonralar bu üsulla elementlərin periodik sistemindəkibütün elementlərin radioaktiv izotopları alınmışdır.Süni radioaktiv çevrilmələrdə element atomları sürətləndirilmiş zərrəciklərlə bombardman edilir.

Xətti sürətləndiricilər, siklotron, betatron, fazotron və s. kimi gurğularda süni çevrilmələri həyata keçirilir.

Canlıların radioaktiv şüalanması zamanı, qanda, hüceyrələrdə, toxumalarda ən çox

-nüvə çevrilməsi baş verir.
Hər bir radioaktiv izotopun orta parçalanma sürəti var və verilmiş izotop atomlarına aiddir və sabitdir. İzotopun radioaktiv parçalanma sabiti - vahid zamanda nüvələrin hansı hissəsinin parçalandığını göstərir.-in vahidi .

Parçalanma sabitinin tərs qiyməti izotopun orta yaşama müddəti adlanır.İstənilən radioaktiv izotoplarda izotopların miqdarı radioaktiv parçalanma qanununa əsasən zamanla:

qanunu ilə azalır.
Burada: anındakı izotopların, -isə -anındakı izotopların miqdarıdır, -parçalanma sabitidir.

Praktikada radioaktiv elementlərin parçalanma sürətini xarakterizə etmək məqsədilə parçalanma sabiti əvəzinə yarımparçalanma periodundan (T) istifadə olunur.

Yarımparçalanma periodu-ilkin radioaktiv izotopların yarısının parçalandığı müddətə deyilir. Bu müddət fərqli radioaktiv izotoplar üçün saniyənin hissələrindən 10⁹ilədək ola bilər.

Əgər (1) ifadəsində götürsək olar.

Onda (1)-dən alınır. Bu ifadədə bir sıra sadələşmələrlə

BS-də parçalanmanın aktivlik vahidi olaraq 1 saniyədəki parçalanma sayı qəbul olunur. Bu vahidi Bekkerel adlandırmaq qəbul olunmuşdur.

Praktiki vahidlər sistemində isə Kyüri qəbul olunur.

radiumun 1 saniyədəki parçalanması sayına bərabərdir.

Radioaktiv parçalanmanın və parçalanma növləri var.

-parçalanma sxematik olaraq ;


Şəklində gedir.Parçalanma məhsulu olan -ün enerjisi çox böyük olur və öz yolunda rast gəldiyi maddə molekullarını ionlaşdırır.

-parçalanmanın; parçalanma, parçalanma və elektron tutulması ilə gedən 3 növü var.

1. 
   
   

2. 
   
   

3. 
   
   

Burada X-ana, Y-qız nüvə, -antineytrino, -neytrino olub, enerji daşıyıcılardır.

Radiasiya mənbələri.
Bütün canlı aləm radiasiya şüalanmasının təsiri altındadır.Kosmosdan gələn radioaktiv şüalar təbii radioaktiv şüalardır. Atom sənayesinin tullantılarının radioaktiv şüaları, radioaktiv izotopların yaydığı şüalarda gündəlik radiasiya şüalanmasının tərkib hissəsidir.

Təbii radioaktiv maddələr 3 qrupa ayrılır:

1. 
   Uran , torium , kalium , rubidium və onların parçalanma məhlulları.
   
2. 
   Böyük yarımparçalanma periodlu izotoplar: və s. izotopları.
   
3. 
   izotopları isə intensiv kosmik şüalar təsiri ilə əmələ gəlir
   

Yerin nüvəsində və çoxdur. -izotopu təbii uzunmüddət yaşayan radioizotop olub, qeyri radioaktiv tərkibində 0.049% qarışıq təşkil edərək -şüalanmaya (88%) və elektron tutaraq (12%) çevrilməyə məruz qalır.




Dağlarda filizlərin tərkibində uran, torium, radium kimi radioaktiv izotoplar daha çox üstünlük təşkil edir.Bunların sıx olduğu yerlərdə illik radiasiya şüalanması 1.15 olur.
Radioaktiv şüalanmanın bioloji təsiri.
Radioaktiv izotopların parçalanma məhsulları olan şüaları böyük bioloji aktivliyə sahibdirlər.Radioaktiv şüaların bioloji təsiri nəticəsində biokimyəvi proseslərin pozulması, hüceyrə və toxumalarda morfoloji dəyişikliklər əmələ gəlir.Bu şüalar ilk olaraq canlı orqanlarda şüa-kimyəvi təsiri, sonra isə pataloji-fizioloji, pataloji-morfoloji təsir edir.

Bu prosesdə suyun və onda həll olunmuş maddələrin radiolozi əsas təşkil edir. və şüaların təsiri ilə 10^-8 saniyə ərzində aşağıdakı kimi çevrilmələr baş verir.

Fermentlərə, vitaminlərə bir başa radiasiya təsirində oksidləşmə prosesi gedir.


Şüalanma zamanı şüa enerjisinin 45%-ı bir başa udulduğu halda 55%-ı birbaşa olmayan təsir edir.

Şüalanmaya məruz qalan bioloji obyektdə oksigenin çoxalması-oksigen effekti yaranır. Bu şüalanmanın dağıdıclıq təsirində, dozasında müəyyən edici amildir.

Şüalanmaya məruz qalmış obyektdə oksigenin konsentrasiyasının azalması isə sağalmağa başlandığının göstəricisidir.Şüalanma canlı və bitkilərdə mutasiyanı başqa biokimyəvi prosesləri dəyişdirir.

Alimlər müəyyənləşdirmişlər ki, oksigen effekti nəticəsində üzvi birləşmələr əmələ gəlir ki, bunlar da fərqli yaşama müddətlərinə malik olub, şüaların dağıdıcı təsirindən əsas rol oynayır.

Radioaktiv şüalar əsəb sistemin\ (>500 Rentgen) böyük təsiri müəyyən edilmişdir. Şüalar endokrin sistemini güclü dağıdır.Məsələn: İnəyin radioaktiv şüalanmasında qanda asetexolin artır, qusma mərkəzləri həyəcanlanır, qusma baş verir.Bu zaman böyrək hormonları artır, qlikogen artır, toxumalar dağılır.DNK sintezi tormozlanır, hüceyrələrə də təsir edir, və s.

Radioaktiv şüalanmada adinozintrifosfor (ATF) turşusunda bir sıra maddə çoxalır, onun enerji mənbəyi funksiyasına mənfi təsir edir.Nuklein turşularının sintezi, xromosomlar şüalanma zamanı pozulur.

Heyvanların 25-100 Ren. Dozlu şüalanması onlarda şüa xəstəlikləri və ölümlə nəticələnir.

Şüalanma dərəcəsi(dozası) BS sistemində -la ölçülür.

Sistemdən kənar ölçü vahidi kimi, 1928-ci ildə Rentgenin daxil etdiyi və onun adını daşıyan 1 Rentgen () istifadə olunur. 1R elə şüalanmadır ki, onun təsiri ilə 1 SQSE_y.v. qədər yük daşıyan hər iki işarəli ion yaransın.Belə ion cütlərinin sayı 1 SQSE_y.v.: olar.

Rentgendən törəmə vahid kimi, kR (10³R), mR (10^-3R), mkR (10^-6 R) istifadə olunur.

1950-ci illərin əvvəllərindən şüalanmanın bir çox sahələrdə xüsusi halda canlı toxumalardakı fiziki effektini aşkara çıxaran universal vahidə ehtiyac duyuldu.Bu vahid 1953-cu ildə radioloqların Beynəlxalq konqresində 1 rad kimi qəbul edildi.1 rad- istənilən növ ionlaşdırıcı şüalanma zamanı udulan elə dozadır ki, bu zaman 1 q. kütləyə 1000erq.udma enerjisi düşür.


Canlılar üçün bioloji nöqteyi nəzərdən şüalanmanın dozasını deyil, şüalanma dozasının gücünü bilmək vacibdir. -şüalanmanın gücü, -şüalanmanın dozasıdır. P-ın ölçü vahidi -dir.

Şüalanmanın udulma dozası və gücü dozimetrlər (rentgenometrlər) vasitəsi ilə ölçülür.