Сэдвүүд Улсын шалгалтын нэгдсэн кодлогч: цөм дэх нуклонуудын холбох энерги, цөмийн хүч.

Нуклон загварын дагуу атомын цөм нь нуклонууд - протон ба нейтронуудаас бүрддэг. Гэхдээ цөмийн доторх нуклонуудыг ямар хүчнүүд барьж байдаг вэ?

Жишээлбэл, гелийн атомын цөмд хоёр протон, хоёр нейтрон яагаад хамт байдаг вэ? Эцсийн эцэст, цахилгаан хүчээр бие биенээ няцаах протонууд өөр өөр чиглэлд нисэх ёстой! Магадгүй нуклонуудын бие биедээ татах энэхүү таталцал нь цөмийг задрахаас сэргийлдэг болов уу?

Шалгацгаая. Хоёр протон бие биенээсээ тодорхой зайд байг. Тэдний цахилгаан түлхэлтийн хүчийг таталцлын хүчд харьцуулсан харьцааг олъё.

Протоны цэнэг K, протоны масс кг, тэгэхээр бид:

Цахилгаан хүчний ямар гайхалтай давуу тал вэ! Протонуудын таталцлын таталцал нь цөмийн тогтвортой байдлыг хангадаггүй төдийгүй тэдгээрийн харилцан цахилгаан түлхэлтийн дэвсгэр дээр огт мэдэгдэхүйц биш юм.

Үүний үр дүнд цөм дотор нуклонуудыг хамтад нь байлгаж, протоны цахилгаан түлхэлтийн хүчнээс давсан өөр татах хүч байдаг. Эдгээрийг цөмийн хүч гэж нэрлэдэг.

Цөмийн хүч.

Өнөөг хүртэл бид байгальд хоёр төрлийн харилцан үйлчлэлийг мэддэг байсан - таталцлын болон цахилгаан соронзон. Цөмийн хүч нь шинэ, гурав дахь төрлийн харилцан үйлчлэлийн илэрхийлэл болдог - хүчтэй харилцан үйлчлэл. Бид цөмийн хүчний үүсэх механизмд орохгүй, зөвхөн тэдний хамгийн чухал шинж чанарыг жагсаах болно.

1. Цөмийн хүч нь дурын хоёр нуклон: протон ба протон, протон ба нейтрон, нейтрон ба нейтрон хоёрын хооронд үйлчилдэг.
2. Цөм доторх протоныг татах цөмийн хүч нь протоны цахилгаан түлхэлтийн хүчнээс ойролцоогоор 100 дахин их байдаг. Цөмийн хүчнээс илүү хүчтэй хүч байгальд ажиглагддаггүй.
3. Цөмийн таталцлын хүч нь богино зайд: тэдгээрийн үйлчлэлийн радиус нь м орчим байдаг.Энэ нь цөмийн хэмжээ юм - яг ийм зайд бие биенээсээ нуклонууд цөмийн хүчнүүдээр баригддаг. Зай нэмэгдэх тусам цөмийн хүч маш хурдан буурдаг; Хэрэв нуклонуудын хоорондох зай м-тэй тэнцүү бол цөмийн хүч бараг бүрэн алга болно.

М-ээс бага зайд цөмийн хүч нь түлхэх хүч болдог.

Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь үндсэн зүйлүүдийн нэг бөгөөд үүнийг бусад төрлийн харилцан үйлчлэлийн үндсэн дээр тайлбарлах боломжгүй юм. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн чадвар нь зөвхөн протон ба нейтронууд төдийгүй бусад зарим элементийн бөөмсийн шинж чанартай болсон; ийм бүх бөөмсийг нэрлэдэг адронууд. Электрон ба фотонууд адронд хамаарахгүй - тэд хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй.

Атомын массын нэгж.

Атомын масс ба энгийн бөөмсмаш жижиг бөгөөд тэдгээрийг килограммаар хэмжих нь тохиромжгүй байдаг. Тиймээс атомын болон цөмийн физикт илүү жижиг нэгжийг ихэвчлэн ашигладаг
атомын массын нэгж гэж нэрлэдэг (товчилсон a.m.u.).

Тодорхойлолтоор атомын массын нэгж нь нүүрстөрөгчийн атомын массын 1/12 байна. Энд стандарт тэмдэглэгээний аравтын таван орон хүртэлх утгыг харуулав.

A.e.m.kg г.

(Цөмийн энерги ба цөмийн урвалын тооцоонд байнга хэрэглэгддэг маш чухал хэмжигдэхүүнийг тооцоолохын тулд бидэнд ийм нарийвчлал хэрэгтэй болно.)

Энэ нь 1 а. Грамаар илэрхийлсэн э.м нь Авогадрогийн тогтмол мэнгэтэй тоогоор тэнцүү байна:

Яагаад ийм зүйл болдог вэ? Авогадрогийн тоо нь 12 г нүүрстөрөгчийн атомын тоо гэдгийг санаарай. Үүнээс гадна нүүрстөрөгчийн атомын масс нь 12 а. e.m. Эндээс бидэнд:

тиймээс a. e. m. = g, энэ нь шаардлагатай байсан юм.

Таны санаж байгаагаар аливаа m масстай бие нь Эйнштейний томьёогоор илэрхийлэгддэг E тайван энергитэй байдаг.

. (1)

Нэг атомын массын нэгжид ямар энерги агуулагддагийг олж мэдье. Бид тооцооллыг нэлээд өндөр нарийвчлалтайгаар хийх шаардлагатай тул гэрлийн хурдыг аравтын бутархайн таван орон болгон авна.

Тиймээс, массын хувьд a. өөрөөр хэлбэл, бидэнд тохирох амрах энерги байна:

Ж. (2)

Жижиг хэсгүүдийн хувьд жоуль хэрэглэх нь тохиромжгүй байдаг - килограммтай ижил шалтгаанаар. Илүү бага эрчим хүчний хэмжилтийн нэгж байдаг - электрон вольт(товчилсон eV).

Тодорхойлолтоор бол 1 эВ нь 1 вольтын хурдатгалын потенциалын зөрүүг дамжин өнгөрөх үед электрон олж авсан энерги юм.

EV KlV J. (3)

(асуудлын хувьд энгийн цэнэгийн утгыг C хэлбэрээр ашиглахад хангалттай гэдгийг та санаж байна, гэхдээ энд илүү нарийвчлалтай тооцоолол хэрэгтэй болно).

Эцэст нь бид дээр амласан маш чухал хэмжигдэхүүнийг тооцоолоход бэлэн байна - МеВ-ээр илэрхийлсэн атомын массын нэгжийн энергийн эквивалент. (2) ба (3) -аас бид дараахь зүйлийг авна.

EV. (4)

Тиймээс, санацгаая: нэгийн амрах энерги a. э.м нь 931.5 МэВ-тэй тэнцүү байна. Асуудлыг шийдэхдээ энэ баримттай олон удаа тулгарах болно.

Ирээдүйд бидэнд протон, нейтрон, электроны масс ба тайван энерги хэрэгтэй болно. Тэдгээрийг асуудлыг шийдвэрлэхэд хангалттай нарийвчлалтайгаар танилцуулъя.

A.mu., MeV;
А. e.m., MeV;
А. э.м, МэВ.

Массын согог ба холбох энерги.

Биеийн масс нь түүний бүрдэх хэсгүүдийн массын нийлбэртэй тэнцүү байдаг гэдэгт бид дассан. Цөмийн физикийн хувьд та энэ энгийн бодлыг арилгах хэрэгтэй.

Нэг жишээгээр эхэлж, бидэнд танил болсон цөмийн бөөмийг авч үзье. Хүснэгтэд (жишээлбэл, Рымкевичийн асуудлын номонд) саармаг гелийн атомын массын утга байдаг: энэ нь 4.00260 а-тай тэнцүү байна. e.m. Гелийн цөмийн M массыг олохын тулд та саармаг атомын массаас атомд байрлах хоёр электроны массыг хасах хэрэгтэй.

Үүний зэрэгцээ гелийн цөмийг бүрдүүлдэг хоёр протон ба хоёр нейтроны нийт масс нь дараахь хэмжээтэй тэнцүү байна.

Цөмийг бүрдүүлдэг нуклонуудын массын нийлбэр нь цөмийн массаас 2 дахин их байгааг бид харж байна.

Тоо хэмжээ гэж нэрлэдэг массын согог.Эйнштейний (1) томъёоны дагуу массын согог нь энергийн өөрчлөлттэй тохирч байна.

Хэмжигдэхүүнийг мөн тэмдэглэж, цөмийн холболтын энерги гэж нэрлэдэг. Тиймээс - бөөмийн холболтын энерги нь ойролцоогоор 28 МэВ байна.

Хүчтэй энергийн физик утга нь юу вэ (тиймээс массын согог)?

Цөмийг түүний бүрэлдэхүүн хэсэг болох протон ба нейтрон болгон хуваахын тулд танд хэрэгтэй ажил хийхцөмийн хүчний үйл ажиллагааны эсрэг. Энэ ажил нь тодорхой үнэ цэнээс багагүй; Протон ба нейтрон ялгарах үед цөмийг устгах хамгийн бага ажил хийгддэг амрах.

За, хэрэв систем дээр ажил хийгдсэн бол системийн энерги нэмэгддэгхийсэн ажлын хэмжээгээр. Тиймээс цөмийг бүрдүүлдэг, тусад нь авсан нуклонуудын нийт амрах энерги нь болж хувирдаг илүүхэмжээгээр цөмийн амрах энерги .

Үүний үр дүнд цөмийг бүрдүүлдэг нуклонуудын нийт масс нь цөмийн өөрийн массаас их байх болно. Ийм учраас массын согог үүсдэг.

Бидний жишээн дээр бөөмстэй бол хоёр протон ба хоёр нейтроны амрах энерги нь гелийн цөмийн амрах энергиэс 28 МэВ-ээр их байна. Энэ нь цөмийг бүрдүүлэгч нуклонуудад хуваахын тулд дор хаяж 28 МэВ-тэй тэнцэх ажил хийх ёстой гэсэн үг юм. Бид энэ хэмжигдэхүүнийг цөмийн холболтын энерги гэж нэрлэсэн.

Тэгэхээр, цөмийн холболтын энерги - энэ бол цөмийг бүрдүүлэгч нуклонуудад хуваахад хийх ёстой хамгийн бага ажил юм.

Цөмийн холболтын энерги гэдэг нь тус тусад нь авч үзвэл цөмийн нуклонуудын амрах энерги ба цөмийн өөрийн үлдсэн энерги хоорондын зөрүү юм. Хэрэв массын цөм нь протон ба нейтроноос бүрддэг бол холболтын энергийн хувьд бид:

Хэмжээг бидний аль хэдийн мэдэж байгаагаар массын согог гэж нэрлэдэг.

Тусгай холбох энерги.

Үндсэн хүч чадлын чухал шинж чанар нь түүний тусгай холбох энерги, нуклонуудын тоонд холбох энергийн харьцаатай тэнцүү:

Тусгай холбох энерги нь нэг нуклонд ногдох холболтын энерги бөгөөд нуклоныг цөмөөс зайлуулахын тулд хийх ёстой дундаж ажлыг хэлнэ.

Зураг дээр. Зураг 1-д байгалийн (өөрөөр хэлбэл байгалийн гаралтай 1) изотопуудын тусгай холболтын энергийн хамаарлыг харуулав. химийн элементүүдмассын дугаараас А.

Цагаан будаа. 1. Байгалийн изотопуудын тусгай холболтын энерги

210–231, 233, 236, 237 массын дугаартай элементүүд байгалийн нөхцөлуулзахгүй. Энэ нь графикийн төгсгөлд байгаа цоорхойг тайлбарладаг.

Хөнгөн элементүүдийн хувьд тусгай холболтын энерги ихсэх тусам нэмэгдэж, төмрийн ойролцоо хамгийн ихдээ 8.8 МэВ/нуклон (өөрөөр хэлбэл 50-65 хүртэлх өөрчлөлтийн мужид) хүрдэг. Дараа нь энэ нь аажмаар буурч, ураны хувьд 7.6 МэВ/нуклон болно.

Нуклонуудын тооноос тусгай холболтын энергийн хамаарлын ийм шинж чанарыг өөр өөр чиглэсэн хоёр хүчин зүйлийн хамтарсан үйлчлэлээр тайлбарладаг.

Эхний хүчин зүйл бол гадаргуугийн нөлөө. Хэрэв цөмд цөөн тооны нуклон байдаг бол тэдгээрийн нэлээд хэсэг нь байрладаг гадаргуу дээрцөм. Эдгээр гадаргуугийн нуклонууд нь дотоод нуклонуудаас цөөн тооны хөршүүдээр хүрээлэгдсэн байдаг ба үүний дагуу цөөн тооны хөрш нуклонуудтай харилцан үйлчилдэг. Өсөх тусам дотоод нуклонуудын хэсэг нэмэгдэж, гадаргуугийн нуклонуудын хэсэг буурдаг; тиймээс нэг нуклоныг цөмөөс зайлуулахын тулд хийх ажил дунджаар нэмэгдэхийн хэрээр нэмэгдэх ёстой.

Гэсэн хэдий ч нуклонуудын тоо нэмэгдэхийн хэрээр хоёр дахь хүчин зүйл гарч ирж эхэлдэг - Протонуудын Кулон түлхэлт. Эцсийн эцэст, цөмд илүү олон протон байх тусам цахилгаан түлхэлтийн хүч нь цөмийг задлах хандлагатай байдаг; өөрөөр хэлбэл протон тус бүр нь бусад протонуудаас илүү хүчтэй түлхэгдэнэ. Тиймээс цөмөөс нуклоныг арилгахад шаардагдах ажил дунджаар нэмэгдэх тусам буурах ёстой.

Цөөн тооны нуклонтой боловч эхний хүчин зүйл нь хоёр дахь хүчин зүйлээс давамгайлдаг тул тусгай холболтын энерги нэмэгддэг.

Төмрийн ойролцоо хоёр хүчин зүйлийн үйлдлийг бие биентэйгээ харьцуулж, үүний үр дүнд тусгай холболтын энерги хамгийн дээд хэмжээнд хүрдэг. Энэ бол хамгийн тогтвортой, удаан эдэлгээтэй цөмүүдийн бүс юм.

Дараа нь хоёр дахь хүчин зүйл нь давж эхэлдэг бөгөөд байнга нэмэгдэж буй Кулоны түлхэлтийн хүчний нөлөөн дор цөмийг түлхэж, тусгай холболтын энерги буурдаг.

Цөмийн хүчний ханалт.

Хүнд цөмд хоёр дахь хүчин зүйл давамгайлж байгаа нь нэгийг харуулж байна сонирхолтой онцлогцөмийн хүч: тэд ханасан шинж чанартай байдаг. Энэ нь том цөм дэх нуклон бүр нь цөмийн хүчээр бусад бүх нуклонтой биш, зөвхөн цөөн хэдэн нуклонтой холбогддог гэсэн үг юм. их тоотэдний хөршүүд бөгөөд энэ тоо нь цөмийн хэмжээнээс хамаардаггүй.

Үнэн хэрэгтээ, хэрэв ийм ханалт байхгүй байсан бол тусгай холболтын энерги өсөх тусам нэмэгдсээр байх болно - эцэст нь нуклон бүрийг цөм дэх нуклонуудын тоо нэмэгдэж байгаа цөмийн хүчээр нэгтгэх бөгөөд ингэснээр эхний хүчин зүйл нь тогтмол байх болно. хоёр дахь дээр давамгайлах. Кулоны зэвүүн хүчнийхэн нөхцөл байдлыг өөрсдөдөө ашигтайгаар эргүүлэх ямар ч боломж байхгүй!

15. Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

1. Изотопын цөмийн массыг тооцоол.

Шийдэл. Томьёог ашиглацгаая

.

Хүчилтөрөгчийн атомын масс
=15.9949 аму;

тэдгээр. Атомын бараг бүх жин цөмд төвлөрдөг.

2. Массын согог ба цөмийн холболтын энергийг тооцоол 3 Ли 7 .

Шийдэл. Цөмийн масс нь цөм үүссэн чөлөөт (цөмийн гадна байрладаг) протон ба нейтроны массын нийлбэрээс үргэлж бага байдаг. Гол массын согог ( м) ба чөлөөт нуклонуудын (протон ба нейтрон) массын нийлбэр ба цөмийн массын зөрүү, өөрөөр хэлбэл.

Хаана З– атомын дугаар (цөм дэх протоны тоо); А– массын тоо (цөмийг бүрдүүлдэг нуклонуудын тоо); м х , м n , м– тус тус протон, нейтрон, цөмийн масс.

Лавлагаа хүснэгтүүд нь цөм биш харин төвийг сахисан атомуудын массыг өгдөг тул (1) томъёог массыг багтаахын тулд өөрчлөхийг зөвлөж байна. Мтөвийг сахисан атом.

,

.

Сүүлчийн томъёоны дагуу цөмийн массыг (1) тэнцүү байдлаар илэрхийлбэл бид олж авна

,

Үүнийг анзаарч байна м х +м д =М Х, Хаана М Х- устөрөгчийн атомын массыг бид эцэст нь олох болно

Илэрхийлэлд орлуулах (2) тоон утгуудмасс (лавлагаа хүснэгтийн өгөгдлийн дагуу) бид олж авдаг

Харилцааны эрчим хүч
цөм гэдэг нь чөлөөт нуклонуудаас цөм үүсэх явцад нэг буюу өөр хэлбэрээр ялгардаг энерги юм.

Масс ба энергийн пропорциональ хуулийн дагуу

(3)

Хаана -тай- вакуум дахь гэрлийн хурд.

Пропорциональ хүчин зүйл -тай 2 хоёр янзаар илэрхийлж болно: эсвэл

Хэрэв бид нэмэлт системийн нэгжийг ашиглан холболтын энергийг тооцоолох юм бол

Үүнийг харгалзан томъёо (3) хэлбэрийг авна

(4)

Үндсэн массын согогийн урьд олдсон утгыг томъёо (4) -д орлуулж бид олж авна

3. Хоёр энгийн бөөмс - протон ба антипротон, масстай
Нэг кг нь нийлээд хоёр гамма квант болж хувирдаг. Энэ тохиолдолд хэр их энерги ялгардаг вэ?

Шийдэл. Эйнштейний томъёог ашиглан гамма квант энергийг олох
, энд c нь вакуум дахь гэрлийн хурд юм.

4. 10 Ne 20 цөмийг нүүрстөрөгчийн цөм 6 C 12 болон хоёр альфа бөөм болгон салгахад шаардагдах энергийг тодорхойл, хэрэв 10 Ne 20 цөмд тусгай холболтын энерги байдаг нь мэдэгдэж байна; 6 C 12 ба 2 He 4 нь тэнцүү байна: 8.03; Нэг нуклонд 7.68 ба 7.07 МэВ.

Шийдэл. 10 Ne 20 цөм үүсэх үед чөлөөт нуклонуудаас энерги ялгарах болно.

W Ne = W c y ·A = 8.03 20 = 160.6 МэВ.

Үүний дагуу 6 12 C цөм ба хоёр 2 4 He цөмийн хувьд:

W c = 7.68 12 = 92.16 МэВ,

WHe = 7.07·8 = 56.56 МэВ.

Дараа нь 2 4 He хоёр цөм ба 6 12 С цөмөөс 10 20 Не үүсэх үед энерги ялгарна.

W = W Ne – W c – W Тэр

W= 160.6 – 92.16 – 56.56 = 11.88 МэВ.

10 20 Не цөмийг 6 12 С ба 2 2 4 H-д хуваах үйл явцад ижил энерги зарцуулагдах ёстой.

Хариулах. E = 11.88 МэВ.

5 . Хөнгөн цагааны атом 13 Al 27-ийн цөмийн холболтын энергийг ол, хувийн холболтын энергийг ол.

Шийдэл. 13 Al 27 цөм нь Z=13 протон ба

A-Z = 27 - 13 нейтрон.

Үндсэн масс нь

m i = m at - Z·m e = 27/6.02·10 26 -13·9.1·10 -31 = 4.484·10 -26 кг=

27.012 ам

Үндсэн массын согог нь ∆m = Z m p + (A-Z) m n - m i-тэй тэнцүү байна.

Тоон утга

∆m = 13·1.00759 + 14×1.00899 - 26.99010 = 0.23443 аму

Холболтын энерги Wst = 931.5 ∆m = 931.5 0.23443 = 218.37 МэВ

Тусгай холбох энерги Wsp = 218.37/27 = 8.08 МэВ/нуклон.

Хариулт: холбох энерги Wb = 218.37 МэВ; тусгай холболтын энерги Wsp = 8.08 МэВ/нуклон.

16. Цөмийн урвал

Цөмийн урвал гэдэг нь атомын цөмүүдийн бие биетэйгээ эсвэл энгийн бөөмстэй харилцан үйлчлэлцсэний улмаас үүсэх хувирлын процесс юм.

Цөмийн урвалыг бичихдээ зүүн талд анхны бөөмсийн нийлбэрийг бичээд дараа нь сум, нийлбэрийг бичнэ. эцсийн бүтээгдэхүүн. Жишээлбэл,

Үүнтэй ижил хариу үйлдлийг илүү товч бэлгэдлийн хэлбэрээр бичиж болно

Цөмийн урвалыг авч үзэхдээ нарийн хамгаалах хууль: энерги, импульс, өнцгийн импульс, цахилгаан цэнэг болон бусад. Хэрэв цөмийн урвалд зөвхөн нейтрон, протон, γ квантууд энгийн бөөмс хэлбэрээр гарч ирдэг бол урвалын явцад нуклонуудын тоо мөн хадгалагдана. Дараа нь эхний болон эцсийн төлөв дэх нейтроны тэнцвэр ба протоны тэнцвэрийг ажиглах ёстой. Урвалын хувьд
бид авах:

Протоны тоо 3 + 1 = 0 + 4;

Нейтроны тоо 4 + 0 = 1 + 3.

Энэ дүрмийг ашигласнаар та хариу үйлдэлд оролцогчдын аль нэгийг нь таньж, бусдыг нь мэдэж болно. Цөмийн урвалд байнга оролцдог хүмүүс байдаг α - бөөмс (
- гелийн цөм), дейтерон (
- протон нэг нейтроноос гадна тритон агуулсан устөрөгчийн хүнд изотопын цөмүүд (
- протоноос гадна хоёр нейтрон агуулсан устөрөгчийн хэт хүнд изотопын цөм).

Эхний болон эцсийн бөөмсийн амрах энергийн ялгаа нь урвалын энергийг тодорхойлдог. Энэ нь тэгээс их эсвэл тэгээс бага байж болно. Илүү бүрэн хэлбэрээр, дээр дурдсан урвалыг дараах байдлаар бичнэ.

Хаана Q- урвалын энерги. Цөмийн шинж чанарын хүснэгтийг ашиглан тооцоолохын тулд урвалын анхны оролцогчдын нийт масс ба урвалын бүтээгдэхүүний нийт массын зөрүүг харьцуулна уу. Үүний үр дүнд үүссэн массын зөрүүг (ихэвчлэн амугаар илэрхийлдэг) дараа нь энергийн нэгж болгон хувиргадаг (1 аму нь 931.5 МэВ-тэй тохирч байна).

17. Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

1. Хөнгөн цагааны изотопын цөмийг бөмбөгдөх үед үүссэн үл мэдэгдэх элементийг тодорхойл Ал- бөөмс, хэрэв урвалын бүтээгдэхүүнүүдийн аль нэг нь нейтрон гэдгийг мэддэг бол.

Шийдэл. Цөмийн урвалыг бичье.

Аль+ 
X+n.

Массын тоог хадгалах хуулийн дагуу: 27+4 = A+1. Иймээс үл мэдэгдэх элементийн массын тоо A = 30. Үүнтэй адилаар цэнэгийг хадгалах хуулийн дагуу 13+2 = Z+0Тэгээд Z = 15.

Тогтмол хүснэгтээс бид энэ нь фосфорын изотоп болохыг олж мэднэ Р.

2. Ямар цөмийн урвалыг тэгшитгэлээр бичдэг

?

Шийдэл. Химийн элементийн тэмдгийн хажууд байгаа тоонууд нь дараахь утгатай: Д.И.Менделеевийн хүснэгтэд энэ химийн элементийн дугаар (эсвэл өгөгдсөн бөөмийн цэнэг), дээд талд нь массын тоо, өөрөөр хэлбэл. цөм дэх нуклонуудын тоо (протон ба нейтрон хамтдаа). Үелэх системээс харахад бор B элемент тавдугаарт, гелий Хэ хоёрдугаарт, азот N долдугаар байранд байгааг анзаарч байна. - нейтрон. Энэ нь урвалыг дараах байдлаар уншиж болно гэсэн үг юм: баригдсаны дараа массын дугаар 11 (бор-11) борын атомын цөм.
- бөөмс (гелийн атомын нэг цөм) нь нейтрон ялгаруулж, 14 (азот-14) масстай азотын атомын цөм болж хувирдаг.

3. Хөнгөн цагааны цөмийг цацрагаар цацах үед - 27 хатуу – магнийн цөмийг квантаар үүсгэнэ – 26. Энэ урвалд ямар бөөм ялгарах вэ? Цөмийн урвалын тэгшитгэлийг бич.

Шийдэл.

Цэнэг хадгалах хуулийн дагуу: 13+0=12+Z;

4. Тодорхой химийн элементийн цөмийг протоноор цацруулахад натрийн бөөм үүсдэг - 22 ба - бөөмс (хувиргах үйлдэл бүрт нэг). Аль цөмүүд цацрагаар цацагдсан бэ? Цөмийн урвалын тэгшитгэлийг бич.

Шийдэл. By тогтмол хүснэгтД.И.Менделеевийн химийн элементүүд:

Цэнэг хадгалах хуулийн дагуу:

Массын тоог хадгалах хуулийн дагуу:

5 . Азотын изотоп 7 N 14-ийг нейтроноор бөмбөгдөхөд нүүрстөрөгчийн изотоп 6 C 14 гарч ирдэг бөгөөд энэ нь β-цацраг идэвхт болж хувирдаг. Хоёр урвалын тэгшитгэлийг бич.

Шийдэл . 7 N 14 + 0 n 1 → 6 C 14 + 1 H 1; 6 C 14 → -1 e 0 + 7 N 14.

6. 40 Zr 97-ийн тогтвортой задралын бүтээгдэхүүн нь 42 Mo 97 юм. 40 Zr 97 ямар цацраг идэвхт хувирлын үр дүнд үүссэн бэ?

Шийдэл. Дараалсан хоёр β задралын урвалыг бичье.

1) 40 Zr 97 →β→ 41 X 97 + -1 e 0, X ≡ 41 Nb 97 (ниоби),

2) 41 Nb 97 →β→ 42 Y 97 + -1 e 0, Y ≡ 42 Mo 97 (молибден).

Хариулт : Хоёр β задралын үр дүнд цирконы атомаас молибдений атом үүсдэг.

18. Цөмийн урвалын энерги

Цөмийн урвалын энерги (эсвэл урвалын дулааны нөлөө)

Хаана
- урвалын өмнөх бөөмийн массын нийлбэр;
- урвалын дараах бөөмийн массын нийлбэр.

Хэрэв
, урвалыг экзоэнергетик гэж нэрлэдэг, учир нь энэ нь энерги ялгарах үед үүсдэг. At Q

Нейтроноор цөмийн хуваагдал - экзоэнергетик урвал , цөм нь нейтрон барьж, хоёр (заримдаа гурав) хуваагдаж, гамма квант, 2 - 3 нейтрон ялгаруулдаг ихэвчлэн тэгш бус цацраг идэвхт хэсгүүдэд хуваагддаг. Эдгээр нейтронууд нь хэрвээ эргэн тойронд хангалттай хуваагддаг материал байгаа бол эргэн тойрны цөмүүдийг задлахад хүргэдэг. Энэ тохиолдолд байдаг гинжин урвал, их хэмжээний энерги ялгарах дагалддаг. Хагардаг цөм нь маш бага массын согогтой, эсвэл согогийн оронд массын илүүдэлтэй байдаг тул энерги ялгардаг бөгөөд энэ нь ийм цөмүүдийн хуваагдлын хувьд тогтворгүй байх шалтгаан болдог.

Цөмүүд - задралын бүтээгдэхүүн нь илүү их массын согогтой байдаг бөгөөд үүний үр дүнд авч үзэж буй процесст энерги ялгардаг.

19. Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

1. 1 аму-д ямар энерги тохирох вэ?

Шийдэл . m= 1 аму= 1.66 10 -27 кг тул

Q = 1.66·10 -27 (3·10 8) 2 =14.94·10-11 Ж ≈ 931 (МеВ).

2. Термоядролын урвалын тэгшитгэлийг бичиж, хоёр дейтерийн цөмийн нэгдэл нь нейтрон ба үл мэдэгдэх цөм үүсгэдэг нь мэдэгдэж байгаа бол түүний энергийн гарцыг тодорхойл.

Шийдэл.

цахилгаан цэнэгийг хадгалах хуулийн дагуу:

1 + 1=0+Z; Z=2

массын тоог хадгалах хуулийн дагуу:

2+2=1+A; A=3

энерги ялгардаг

=- 0.00352 a.m.u.

3. Ураны цөм задрахад - 235, удаан нейтроныг барьж авсны үр дүнд хэлтэрхийнүүд үүсдэг: ксенон - 139 ба стронций - 94. Гурван нейтрон нэгэн зэрэг ялгардаг. Нэг задралын үед ялгарах энергийг ол.

Шийдэл. Хуваах явцад үүссэн бөөмсийн атомын массын нийлбэр нь анхны бөөмсийн массын нийлбэрээс бага байх нь ойлгомжтой.

Хуваалтын явцад ялгарсан бүх энерги нь хэсгүүдийн кинетик энерги болж хувирдаг гэж үзвэл тоон утгыг орлуулсны дараа бид дараахь зүйлийг олж авна.

4. Дейтери ба тритий 1 г гелийг хайлуулах термоядролын урвалын үр дүнд ямар хэмжээний энерги ялгардаг вэ?

Шийдэл . Дейтери ба тритийээс гелийн цөмийг нэгтгэх термоядролын урвал дараах тэгшитгэлийн дагуу явагдана.

.

Массын согогийг тодорхойлъё

m=(2.0474+3.01700)-(4.00387+1.0089)=0.01887(а.м.у.)

1 ам нь 931 МэВ энергитэй тохирч байгаа тул гелийн атомыг нэгтгэх явцад ялгарах энерги нь

Q=931.0.01887(МеВ)

1 г гелий агуулдаг
/Атомууд, энд Авогадрогийн тоо; A нь атомын жин юм.

Нийт энерги Q= (/A)Q; Q=42410 9 Ж.

5 . Нөлөөллийн үед -борын цөмтэй 5 В 10 бөөмсүүдэд цөмийн урвал явагдаж, үүний үр дүнд устөрөгчийн атомын цөм ба үл мэдэгдэх цөм үүссэн. Энэ цөмийг тодорхойлж, цөмийн урвалын энергийн эффектийг ол.

Шийдэл. Урвалын тэгшитгэлийг бичье.

5 V 10 + 2 4 биш
1 N 1 + z X A

Нуклонуудын тоог хадгалах хуулиас үзэхэд:

10 + 4 + 1 + A; A = 13

Цэнэг хадгалах хуулиас үзэхэд:

5 + 2 = 1 +Z; Z=6

Тогтмол хүснэгтийн дагуу бид үл мэдэгдэх цөм нь нүүрстөрөгчийн изотоп 6 C 13-ийн цөм болохыг олж мэдэв.

(18.1) томъёог ашиглан урвалын энергийн эффектийг тооцоолъё. Энэ тохиолдолд:

Хүснэгт (3.1)-ийн изотопын массыг орлъё:

Хариулт: z X A = 6 C 13; Q = 4.06 МэВ.

6. 0.01 моль задрахад ямар хэмжээний дулаан ялгардаг вэ? цацраг идэвхт изотопхагас задралын хугацаатай тэнцэх хугацаанд? Цөм задрахад 5.5 МэВ энерги ялгардаг.

Шийдэл. Цацраг идэвхт задралын хуулийн дагуу:

=
.

Дараа нь задарсан цөмийн тоо дараах байдалтай тэнцүү байна.

.

Учир нь
ν 0, дараа нь:

.

Нэг задрал нь E 0 = 5.5 МэВ = 8.8·10 -13 Ж-тэй тэнцүү энерги ялгаруулдаг тул:

Q = E o N p = N A  o E o (1 -
),

Q = 6.0210 23 0.018.810 -13 (1 -
) = 1.5510 9 Ж

Хариулт: Q = 1.55 GJ.

20. Хүнд цөмийн хуваагдлын урвал

Хүнд цөмийг нейтронтой харьцахдаа ойролцоогоор тэнцүү хоёр хэсэгт хувааж болно. хуваагдлын хэсгүүд. Энэ урвал гэж нэрлэдэг хүнд цөмийн хуваагдлын урвал , Жишээлбэл

Энэ урвалд нейтрон үржих нь ажиглагдаж байна. Хамгийн чухал тоо хэмжээ нейтрон үржүүлэх хүчин зүйл к . Энэ нь аль ч үеийн нейтроны нийт тоог тэдгээрийг төрүүлсэнтэй харьцуулсан харьцаатай тэнцүү юм нийт тооөмнөх үеийн нейтронууд. Тиймээс, хэрэв эхний үед байсан бол Н 1 нейтрон, дараа нь тэдгээрийн тоо n-р үеболно

Н n = Н 1 к n .

At к=1 Хуваалтын урвал нь хөдөлгөөнгүй, i.e. бүх үеийн нейтроны тоо ижил байна - нейтрон үржихгүй. Реакторын харгалзах төлөвийг эгзэгтэй гэж нэрлэдэг.

At к>1 хяналтгүй нуранги шиг гинжин урвал үүсэх боломжтой бөгөөд энэ нь тохиолддог атомын бөмбөг. Атомын цахилгаан станцуудад хяналттай урвал явагддаг бөгөөд графит шингээгчийн ачаар нейтроны тоог тодорхой тогтмол түвшинд байлгадаг.

Боломжтой цөмийн хайлуулах урвалууд эсвэл хоёр хөнгөн цөм нэг хүнд цөм үүсгэх үед термоядролын урвал. Жишээлбэл, устөрөгчийн изотопуудын цөмийн синтез - дейтерий ба тритиум ба гелийн цөм үүсэх:

Энэ тохиолдолд 17.6-г гаргадаг МэВэнерги нь цөмийн задралын урвалынхаас нэг нуклонд 4 дахин их байдаг. Устөрөгчийн бөмбөг дэлбэрэх үед хайлуулах урвал үүсдэг. Эрдэмтэд 40 гаруй жилийн турш хүн төрөлхтөнд цөмийн эрчим хүчний шавхагдашгүй "агуулах" боломжийг олгох хяналттай термоядролын урвалыг хэрэгжүүлэхээр ажиллаж байна.

21. Цацраг идэвхт цацрагийн биологийн нөлөө

Цацраг идэвхт бодисын цацраг нь бүх амьд организмд маш хүчтэй нөлөө үзүүлдэг. Харьцангуй сул цацраг нь бүрэн шингэсэн үед биеийн температурыг ердөө 0.00 1 хэмээр нэмэгдүүлдэг ч эсийн амин чухал үйл ажиллагааг алдагдуулдаг.

Амьд эс нь бие даасан хэсгүүдэд бага зэргийн гэмтэл учруулсан ч хэвийн үйл ажиллагаагаа үргэлжлүүлэх чадваргүй нарийн төвөгтэй механизм юм. Үүний зэрэгцээ, сул цацраг ч эсэд ихээхэн хохирол учруулж, аюултай өвчин үүсгэдэг ( цацрагийн өвчин). Цацрагийн өндөр эрчимтэй үед амьд организм үхдэг. Цацрагийн аюул нь үхлийн тунгаар ч өвддөггүй нь улам бүр нэмэгддэг.

Биологийн объектод нөлөөлөх цацрагийн механизм хараахан хангалттай судлагдаагүй байна. Гэхдээ энэ нь атом, молекулуудын иончлолоос үүдэлтэй бөгөөд энэ нь тэдний химийн идэвхжил өөрчлөгдөхөд хүргэдэг нь тодорхой юм. Эсийн цөм нь цацраг туяанд хамгийн мэдрэмтгий байдаг, ялангуяа эсүүд хурдан хуваагддаг. Тиймээс хамгийн түрүүнд цацраг туяа нь ясны чөмөгт нөлөөлдөг бөгөөд энэ нь цус үүсэх үйл явцыг алдагдуулдаг. Дараа нь хоол боловсруулах зам болон бусад эрхтнүүдийн эсүүд гэмтдэг.

атомын Баримт бичиг

Данилова атомынгол Данилов"

Үнэхээр хэн ч химийн бодиспротон ба нейтроны тодорхой багцаас бүрдэнэ. Бөөмийн доторх холболтын энергийн улмаас тэдгээр нь хамтдаа байдаг. атомын цөм.

Цөмийн татах хүчний онцлог шинж чанар нь харьцангуй бага зайд (ойролцоогоор 10-13 см) маш өндөр хүч юм. Бөөм хоорондын зай ихсэх тусам атомын доторх татах хүч сулардаг.

Цөм доторх энергийн тухай үндэслэл

Хэрэв бид атомын цөмөөс протон, нейтроныг ээлжлэн салгаж, атомын цөмийн холболтын энерги үйлчлэхээ болих тийм зайд байрлуулах арга байдаг гэж төсөөлвөл энэ нь маш хэцүү ажил байх ёстой. Атомын цөмөөс түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гаргаж авахын тулд атомын доторх хүчийг даван туулахыг хичээх хэрэгтэй. Эдгээр хүчин чармайлт нь атомыг түүнд агуулагдах нуклон болгон хуваахад чиглэнэ. Тиймээс бид атомын цөмийн энерги нь түүний бүрдэх хэсгүүдийн энергиээс бага байна гэж дүгнэж болно.

Атомын доторх бөөмсийн масс нь атомын масстай тэнцүү юу?

1919 онд судлаачид атомын цөмийн массыг хэмжиж сурсан. Ихэнхдээ масс спектрометр гэж нэрлэгддэг тусгай техникийн багаж хэрэгслийг ашиглан "жинлэнэ". Ийм төхөөрөмжүүдийн ажиллах зарчим нь янз бүрийн масстай бөөмсийн хөдөлгөөний шинж чанарыг харьцуулах явдал юм. Түүнээс гадна ийм бөөмс нь ижил цахилгаан цэнэгтэй байдаг. Тооцоолол нь өөр өөр масстай бөөмсүүд өөр өөр зам дагуу хөдөлдөг болохыг харуулж байна.

Орчин үеийн эрдэмтэд бүх цөмийн масс, түүнчлэн тэдгээрийг бүрдүүлэгч протон, нейтроныг маш нарийвчлалтай тодорхойлжээ. Хэрэв бид тодорхой цөмийн массыг түүнд агуулагдах бөөмсийн массын нийлбэртэй харьцуулж үзвэл тухайн тохиолдолд цөмийн масс нь бие даасан протон ба нейтроны массаас их байх болно. Аливаа химийн бодисын хувьд энэ ялгаа нь ойролцоогоор 1% байх болно. Тиймээс бид атомын цөмийн холболтын энерги нь түүний амрах энергийн 1% байна гэж дүгнэж болно.

Цөмийн дотоод хүчний шинж чанарууд

Цөм доторх нейтронууд бие биенээсээ Кулоны хүчээр түлхэгдэнэ. Гэхдээ атом задрахгүй. Атом дахь бөөмсийн хооронд татах хүч байгаа нь үүнийг хөнгөвчилдөг. Цахилгаанаас өөр шинж чанартай ийм хүчийг цөмийн гэж нэрлэдэг. Мөн нейтрон ба протонуудын харилцан үйлчлэлийг хүчтэй харилцан үйлчлэл гэж нэрлэдэг.

Товчхондоо цөмийн хүчний шинж чанарууд нь дараах байдалтай байна.

• энэ бол төлбөрийн бие даасан байдал;
• зөвхөн богино зайд үйлдэл хийх;
• түүнчлэн ханасан байдал нь зөвхөн тодорхой тооны нуклонуудыг бие биенийхээ ойролцоо байлгахыг хэлдэг.

Эрчим хүч хадгалагдах хуулийн дагуу цөмийн бөөмс нэгдэх мөчид энерги нь цацраг хэлбэрээр ялгардаг.

Атомын цөмийн холболтын энерги: томъёо

Дээрх тооцооллын хувьд нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн томъёог ашиглана.

E St=(Z·m p +(A-Z)·m n -MI)·c²

Энд доор E Stцөмийн холболтын энергийг хэлнэ; -тай- гэрлийн хурд; З- протоны тоо; (А-З) - нейтроны тоо; м хпротоны массыг илэрхийлнэ; А м н- нейтроны масс. М инь атомын цөмийн массыг илэрхийлдэг.

Төрөл бүрийн бодисын цөмийн дотоод энерги

Цөмийн холболтын энергийг тодорхойлохын тулд ижил томъёог ашиглана. Өмнө дурьдсанчлан томъёогоор тооцоолсон холболтын энерги нь атомын нийт энерги эсвэл амрах энергийн 1% -иас ихгүй байна. Гэсэн хэдий ч сайтар судалж үзэхэд энэ тоо нь бодисоос бодис руу шилжих үед нэлээд хүчтэй хэлбэлздэг нь харагдаж байна. Хэрэв та түүний тодорхой утгыг тодорхойлохыг оролдвол тэдгээр нь ялангуяа хөнгөн цөм гэж нэрлэгддэг хэсгүүдийн хувьд ялгаатай байх болно.

Жишээлбэл, устөрөгчийн атомын доторх холболтын энерги нь зөвхөн нэг протон агуулдаг тул тэг болно.Гелиумын цөмийн холболтын энерги нь 0.74% байх болно. Трити гэж нэрлэгддэг бодисын цөмийн хувьд энэ тоо 0.27% байна. Хүчилтөрөгч 0.85% байна. Жаран нуклонтой цөмд атомын дотоод бондын энерги ойролцоогоор 0.92% байх болно. бүхий атомын цөмийн хувьд илүү их масс, энэ тоо аажмаар буурч 0.78% болно.

Гели, тритий, хүчилтөрөгч эсвэл бусад бодисын цөмийн холболтын энергийг тодорхойлохын тулд ижил томъёог ашиглана.

Протон ба нейтроны төрлүүд

Ийм ялгаатай байдлын гол шалтгааныг тайлбарлаж болно. Цөмд агуулагдах бүх нуклонуудыг гадаргын болон дотоод гэсэн хоёр ангилалд хуваадаг болохыг эрдэмтэд тогтоожээ. Дотоод нуклонууд нь бүх талаараа бусад протон, нейтроноор хүрээлэгдсэн байдаг. Өнгөцхөн нь зөвхөн дотроос нь хүрээлэгдсэн байдаг.

Атомын цөмийн холболтын энерги нь дотоод нуклонуудад илүү тод илэрдэг хүч юм. Үүнтэй төстэй зүйл, дашрамд хэлэхэд, хэзээ тохиолддог гадаргуугийн хурцадмал байдалтөрөл бүрийн шингэн.

Цөмд хэдэн нуклон багтах вэ?

Ялангуяа хөнгөн цөмд дотоод нуклонуудын тоо бага байдаг нь тогтоогдсон. Хамгийн хөнгөн ангилалд хамаарах хүмүүсийн хувьд бараг бүх нуклоныг гадаргуугийнх гэж үздэг. Атомын цөмийн холболтын энерги нь протон ба нейтроны тоогоор нэмэгдэх ёстой хэмжигдэхүүн гэж үздэг. Гэхдээ энэ өсөлт хүртэл хязгааргүй үргэлжлэх боломжгүй. Тодорхой тооны нуклонтой - энэ нь 50-аас 60 хүртэл байдаг - өөр нэг хүч гарч ирдэг - тэдний цахилгаан түлхэлт. Энэ нь цөм доторх холболтын энерги байгаа эсэхээс үл хамааран тохиолддог.

Төрөл бүрийн бодис дахь атомын цөмийг холбох энергийг эрдэмтэд цөмийн энергийг гаргахад ашигладаг.

Хөнгөн цөмүүд хүнд хэсгүүдэд нийлэхэд энерги хаанаас гардаг вэ гэсэн асуулт олон эрдэмтэд үргэлж сонирхож ирсэн. Үнэндээ, энэ байдалатомын хуваагдалтай төстэй. Хөнгөн цөмүүдийг нэгтгэх явцад хүнд бөөмийг задлах үед тохиолддог шиг илүү бат бөх төрлийн цөмүүд үргэлж үүсдэг. Тэдэнд агуулагдах бүх нуклонуудыг хөнгөн цөмүүдээс "авах" тулд тэдгээрийг нэгтгэх үед ялгарахаас бага энерги зарцуулах шаардлагатай. Эсрэг заалт нь бас үнэн юм. Үнэн хэрэгтээ, массын тодорхой нэгж дээр унадаг хайлуулах энерги нь хуваагдлын хувийн энергиэс их байж болно.

Цөмийн задралын процессыг судалсан эрдэмтэд

Уг процессыг 1938 онд эрдэмтэд Хан, Страссман нар нээжээ. Берлиний Химийн их сургуулийн судлаачид ураныг бусад нейтроноор бөмбөгдөх явцад энэ нь үелэх системийн дунд байрлах хөнгөн элемент болж хувирдгийг олж тогтоожээ.

Энэ мэдлэгийн салбарыг хөгжүүлэхэд ихээхэн хувь нэмэр оруулсан нь Лиз Майтнер бөгөөд Хан нэгэн цагт түүнийг цацраг идэвхт бодисыг хамтдаа судлахыг урьсан юм. Хан Мейтнерт зөвхөн хонгилд судалгаа хийж, дээд давхарт хэзээ ч гарахгүй гэсэн нөхцөлтэйгээр ажиллахыг зөвшөөрсөн нь ялгаварлан гадуурхсан хэрэг байв. Гэсэн хэдий ч энэ нь түүнийг атомын цөмийн судалгаанд мэдэгдэхүйц амжилтанд хүрэхэд нь саад болоогүй юм.