ტრიტიუმი - რა არის ეს? ტრიტიუმის მასა. ატომის ბირთვების მასის დეფექტი. კომუნიკაციის ენერგია

ვინაიდან ბირთვში არსებული ნუკლეონები შეკრულია ბირთვული ძალებით, ბირთვის გამოყოფას მის შემადგენელ პროტონებად და ნეიტრონებებად დიდი ენერგია სჭირდება. იგივე ენერგია გამოიყოფა, თუ თავისუფალი პროტონები და ნეიტრონები გაერთიანდებიან და წარმოქმნიან ბირთვს. ამ ენერგიას ბირთვის შებოჭვის ენერგია ეწოდება. აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, ენერგია შეესაბამება მასას. ამრიგად, ბირთვის მასა უნდა იყოს ნაკლები, ვიდრე მისი შემადგენელი თავისუფალი პროტონებისა და ნეიტრონების მასების ჯამი. სხვაობა თავისუფალი პროტონებისა და ნეიტრონების დანარჩენი მასების ჯამს შორის, საიდანაც წარმოიქმნება ბირთვი და ბირთვის მასას შორის ე.წ. ბირთვული მასის დეფექტი... შებოჭვის ენერგია უდრის: ე sv = თან 2 × დ მ

დ მარის დეფექტი ბირთვის მასაში.

შებოჭვის ენერგია გამოხატულია მეგაელექტრონვოლტებში (MeV) (MeV = 10 6 EV). ვინაიდან ატომური მასის ერთეული (ამუ) არის 1.66 × 10 -27 კგ, შესაბამისი ენერგია შეიძლება განისაზღვროს:

მასობრივი სპექტროგრაფის გამოყენებით, გაიზომა ყველა იზოტოპის მასა და გამოითვალა მასის დეფექტის და შემაკავშირებელი ენერგიის მნიშვნელობები ყველა ბირთვისთვის, რომლებიც გამოიყენება ბირთვული რეაქციების გამოსათვლელად. თუ რომელიმე რეაქციაში მიიღება ბირთვები და ნაწილაკები, რომელთა საერთო მასა ნაკლებია საწყისი ბირთვებისა და ნაწილაკების მასაზე, მაშინ ასეთი რეაქციების დროს გამოიყოფა ენერგია; თუ მეტი, მაშინ ის შეიწოვება და ასეთი რეაქცია სპონტანურად არ მოხდება.

მოდით განვახორციელოთ რადიუმის რადონად გადაქცევის ბირთვული რეაქციის ენერგიის გამოთვლა: ... საწყისი ბირთვის შებოჭვის ენერგიაა 1731,6 მევ, ხოლო წარმოქმნილი ბირთვების ჯამური შებოჭვის ენერგიაა 1708,2 + 28,3 = 176,5 მევ და 4,9 მევ-ით აღემატება საწყისი ბირთვის შეკავშირების ენერგიას. შესაბამისად, ამ რეაქციაში გამოიყოფა 4,9 მევ ენერგია, რაც ძირითადად კინეტიკური ენერგიაგ-ნაწილაკები.

დიდი მნიშვნელობააქვს შებოჭვის ენერგია 1 ნუკლეონზე. რაც უფრო დიდია ის, მით უფრო ძლიერია ბირთვი. ყველაზე ძლიერი საშუალო ბირთვები. მსუბუქი ბირთვები საკმარისად არ იყენებენ თავიანთ შემაკავშირებელ ენერგიას. მძიმე ბირთვები სუსტდება კულონის საგრებელი ძალებით, რომლებიც ბირთვულისგან განსხვავებით მოქმედებენ ბირთვის ყველა ნუკლეონს შორის. აქედან გამომდინარეობს მნიშვნელოვანი დასკვნა: ენერგია გამოიყოფა შუა ბირთვების ფორმირებისას. ეს შეიძლება მოხდეს მძიმე ბირთვის ორ საშუალოდ დაყოფისას ბირთვული რეაქტორებიან შუა ბირთვის სინთეზში ორი მსუბუქიდან. ეს არის თერმობირთვული შერწყმის რეაქციები, რომლებიც ხდება მზესა და ვარსკვლავებში.

ამოცანები ბლოკისთვის 25

1. რაში გადაიქცევა თორიუმის იზოტოპი, რომლის ბირთვი ზედიზედ სამ დაშლას განიცდის.

გამოსავალი:

როდესაც a-ნაწილაკი გამოიყოფა, ბირთვული მუხტი მცირდება 2 ერთეულით, ხოლო მასის რიცხვი 4 ერთეულით, რაც ნიშნავს, რომ როდესაც 3 a-ნაწილაკი გამოიყოფა, ბირთვული მუხტი მცირდება 2 × 3 = 6 ერთეულით, ხოლო მასა რიცხვი 4 × 3 = 12 ერთეულით და შემდეგ ცხრილის მიხედვით ვიღებთ იზოტოპს, ვხვდებით, რომ ეს არის პოლონიუმი ან

2. როდესაც აზოტი იბომბება ნეიტრონებით, წარმოიქმნება ორი იზოტოპი, რომელთაგან ერთი არის წყალბადის იზოტოპი, რომლის ელემენტი წარმოიქმნება ამ ბირთვული რეაქციის დროს.

ვ ამ შემთხვევაშიბირთვული რეაქცია ხდება უცნობი იზოტოპის X-ის წარმოქმნით.

ბირთვულ რეაქციებში ნუკლეონების რაოდენობა და მუხტი შენარჩუნებულია, შესაბამისად ქვესკრიპტებისა და ზედნაწერების ჯამი მუდმივია.

პერიოდული ცხრილის მიხედვით ვხვდებით, რომ ნახშირბადი მიიღება:

Ამგვარად:

3. ბირთვული რეაქციის დასამატებლად:

ჩვენ განვსაზღვრავთ, რომ უცნობ ნაწილაკს აქვს მუხტის რიცხვი 1 და მასის რიცხვი 1, რაც ნიშნავს, რომ წყალბადის იზოტოპი, ე.ი. პროტონი, ე.ი. ჩვენ გვაქვს:

4. იპოვნეთ 1 ამუს შესაბამისი ენერგია. გამოხატეთ იგი MeV-ში.

გამოსავალი:

E = m c 2

მ= 1 ამუ = 1,66 × 10 -27 კგ

თან= 3 × 10 8 მ / წმ

ე= 1,66 × 10 -27 × (3 × 10 8) 2 = 14,94 × 10 -11 ჯ

1 EV = 1.6 × 10 -19 J

ეს ნიშნავს: 1 ამუ. შეესაბამება 931 მევ.

5. გამოთვალეთ ტრიტიუმის ბირთვის ენერგია, თუ პროტონის მასა მ გვ= 1,00814 ამუ, ნეიტრონის მასა m n= 1,00898 და ტრიტიუმის ატომის მასა ა= 3.01700 ამუ

მოცემული:

მ გვ= 1.00814 ამუ

m n = 1,00898

A = 3.01700 ამუ

__________________

E sv – ?

გამოსავალი:

ტრიტიუმის ბირთვი: შედგება ერთი პროტონისა და ორი ნეიტრონისაგან, რომელთა საერთო მასაა: m p + 2m n = 1.00814 + 2 × 1.00898 = = 3.02610

მასობრივი დეფექტი ნიშნავს:

დ მ= 3.02610 - 3.01700 ამუ = 0.00910 ამუ

მას შემდეგ, რაც 1 ამუ - 931 მევ; მაშინ E sv= 931 × დ მან

E sv= 931 × 0,00910 (MeV) = 8,5 მევ

უპასუხე: 8.5 მევ

6. ენერგია გამოიყოფა ან შეიწოვება რეაქციის დროს:

შესაძლებელი იყო თითოეული ბირთვის შებოჭვის ენერგიის გამოთვლა, მაგრამ ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ სპეციალური ცხრილი:

ბირთვებისა და ნაწილაკების ჯამური მასა რეაქციამდე: 39,2 + 28,3 = 67,5 მევ

რეაქციის შემდეგ: 64,7 + 0 = 64,7 მევ

ეს ნიშნავს, რომ ენერგია შეიწოვება ასეთ რეაქციაში: 67,5 - 64,7 = 2,8 მევ

7. რეაქციის ენერგიის განსაზღვრა:

რეაქციამდე: 2,2 + 2,2 = 4,4 მევ

რეაქციის შემდეგ: 8,5 მევ

გამოთავისუფლებული ენერგია: 8.5 - 4.4 = 4.1 მევ

8. არსებობს 4 გ რადიოაქტიური კობალტი. რამდენი გრამი კობალტი იშლება 216 დღეში, თუ მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი 72 დღეა?

მოცემული:

მ 0 = 4 გ

ტ= 216 დღე

თ= 72 დღე

დ მ – ?

გამოსავალი:

ვინაიდან ნივთიერების მასა ატომების რაოდენობის პირდაპირპროპორციულია, მაშინ: DN = N 0 - ნ;

ნიშნავს:

ნიშნავს: და

უპასუხე: 3,5 გ.

9. არსებობს 8 კგ რადიოაქტიური ცეზიუმი. დაადგინეთ გაუფუჭებელი ცეზიუმის მასა რადიოაქტიური დაშლის 135 წლის შემდეგ, თუ მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი 27 წელია.

ბოლო დრომდე ხალხს სჯეროდა, რომ ატომი არის მთელი, განუყოფელი ნაწილაკი. მოგვიანებით გაირკვა, რომ იგი შედგება ბირთვისა და მის გარშემო მოძრავი ელექტრონებისგან. ამავე დროს, ცენტრალური ნაწილი კვლავ განუყოფლად და განუყოფლად ითვლებოდა. დღეს ჩვენ ვიცით, რომ იგი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან. უფრო მეტიც, ამ უკანასკნელის რაოდენობის მიხედვით, ერთსა და იმავე ნივთიერებას შეიძლება ჰქონდეს რამდენიმე იზოტოპი. მაშ, ტრიტიუმი არის ნივთიერება, როგორ მივიღოთ და გამოვიყენოთ იგი?

ტრიტიუმი - რა არის ეს?

წყალბადი ბუნებაში ყველაზე მარტივი ნივთიერებაა. თუ ვსაუბრობთ მის ყველაზე გავრცელებულ ფორმაზე, რომელიც ქვემოთ უფრო დეტალურად იქნება განხილული, მაშინ მისი ატომი შედგება მხოლოდ ერთი პროტონისა და ერთი ელექტრონისაგან. თუმცა მას ასევე შეუძლია მიიღოს „ზედმეტი“ ნაწილაკები, რომლებიც გარკვეულწილად ცვლიან მის თვისებებს. ასე რომ, ტრიტიუმის ბირთვი შედგება პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან. და თუ პროტიუმი, ეს არის ყველაზე მეტი მარტივი ფორმაწყალბადი - ეს არ შეიძლება ითქვას მის "გაუმჯობესებულ" ვერსიაზე - ბუნებაში ის გვხვდება უმნიშვნელო რაოდენობით.

წყალბადის იზოტოპი ტრიტიუმი (სახელწოდება მომდინარეობს ბერძნული სიტყვიდან "მესამე") აღმოაჩინეს 1934 წელს რეზერფორდმა, ოლიფანტმა და ჰარტეკმა. და ფაქტობრივად, ისინი ცდილობდნენ მის პოვნას ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში და დაჟინებით. 1932 წელს დეიტერიუმის და მძიმე წყლის აღმოჩენისთანავე, მეცნიერებმა დაიწყეს ამ იზოტოპის ძებნა ჩვეულებრივი წყალბადის შესწავლისას მგრძნობელობის გაზრდით. თუმცა, მიუხედავად ყველაფრისა, მათი მცდელობები უშედეგო იყო - ყველაზე კონცენტრირებულ ნიმუშებშიც კი შეუძლებელი იყო რაიმე ნივთიერების არსებობის მინიშნებაც კი, რომელიც უბრალოდ არსებობდა. მაგრამ საბოლოოდ, ძიება მაინც წარმატებით დაგვირგვინდა - ოლიფანტმა ასინთეზა ელემენტი რეზერფორდის ლაბორატორიის დახმარებით.

მოკლედ, ტრიტიუმის განმარტება ასეთია: წყალბადის რადიოაქტიური იზოტოპი, რომლის ბირთვი შედგება პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან. მაშ რა არის ცნობილი მის შესახებ?

წყალბადის იზოტოპების შესახებ

პერიოდული ცხრილის პირველი ელემენტი ამავე დროს ყველაზე გავრცელებულია სამყაროში. უფრო მეტიც, ბუნებაში ის გვხვდება მისი სამი იზოტოპიდან ერთ-ერთის სახით: პროტიუმი, დეიტერიუმი ან ტრიტიუმი. პირველი ბირთვი შედგება ერთი პროტონისგან, რომელმაც მას სახელი დაარქვა. სხვათა შორის, ეს არის ერთადერთი სტაბილური ელემენტი, რომელსაც აკლია ნეიტრონები. წყალბადის იზოტოპების სერიიდან შემდეგი არის დეიტერიუმი. მისი ატომის ბირთვი შედგება პროტონისა და ნეიტრონისგან და სახელწოდება ბრუნდება ბერძნული სიტყვიდან "მეორე".

ლაბორატორიამ ასევე მიიღო წყალბადის კიდევ უფრო მძიმე იზოტოპები 4-დან 7-მდე მასური რიცხვებით. მათი ნახევარგამოყოფის პერიოდი შემოიფარგლება წამის წილადებით.

Თვისებები

ტრიტიუმის ატომური მასა არის დაახლოებით 3,02 ამუ. ე.მ საკუთარი ფიზიკური თვისებებიეს ნივთიერება თითქმის არ განსხვავდება ჩვეულებრივი წყალბადისგან, ანუ ში ნორმალური პირობებიარის მსუბუქი გაზი ფერის, გემოსა და სუნის გარეშე, აქვს მაღალი თბოგამტარობა. დაახლოებით -250 გრადუსი ცელსიუსის ტემპერატურაზე ხდება მსუბუქ და დინებად უფერო სითხე. დიაპაზონი, რომლის ფარგლებშიც იგი იმყოფება აგრეგაციის მოცემულ მდგომარეობაში, საკმაოდ ვიწროა. დნობის წერტილი არის დაახლოებით 259 გრადუსი ცელსიუსი, რომლის ქვემოთ წყალბადი ხდება თოვლის მსგავსი მასა. გარდა ამისა, ეს ელემენტი საკმაოდ ხსნადია ზოგიერთ ლითონში.

თუმცა, ასევე არსებობს გარკვეული განსხვავებები თვისებებში. ჯერ ერთი, მესამე იზოტოპი ნაკლებად რეაქტიულია და მეორეც, ტრიტიუმი რადიოაქტიურია და ამიტომ არასტაბილურია. სულ რაღაც 12 წელზე მეტია. რადიოლიზის პროცესში ის იქცევა ჰელიუმის მესამე იზოტოპად ელექტრონისა და ანტინეიტრინოს გამოსხივებით.

მიღება

ბუნებაში, ტრიტიუმი გვხვდება მცირე რაოდენობით და ყველაზე ხშირად იქმნება ზედა ფენებიატმოსფერო კოსმოსური ნაწილაკების და, მაგალითად, აზოტის ატომების შეჯახებისას. თუმცა, ასევე არსებობს სამრეწველო მეთოდიამ ელემენტის მიღება ლითიუმ-6-ის ნეიტრონებით დასხივებით

დაახლოებით 30 მილიონი დოლარი ღირს ტრიტიუმის სინთეზირება დაახლოებით 1 კილოგრამით.

გამოყენება

ასე რომ, ცოტა მეტი გავიგეთ ტრიტიუმის შესახებ - რა არის ის და მისი თვისებები. მაგრამ რატომ არის საჭირო? მოდით გავარკვიოთ ეს ცოტა ქვემოთ. ზოგიერთი ცნობით, მსოფლიო კომერციული მოთხოვნა ტრიტიუმზე წელიწადში დაახლოებით 500 გრამია და დაახლოებით 7 კილოგრამი იხარჯება სამხედრო საჭიროებებზე.

ამერიკის ენერგეტიკის კვლევის ინსტიტუტის მიხედვით და გარემო 1955 წლიდან 1996 წლამდე აშშ-ში 2,2 ცენტნერი სუპერმძიმე წყალბადი იწარმოებოდა. 2003 წლისთვის კი ამ ელემენტის მთლიანი მარაგი დაახლოებით 18 კილოგრამი იყო. რისთვის გამოიყენება ისინი?

პირველ რიგში, ტრიტიუმი აუცილებელია ბირთვული იარაღის საბრძოლო შესაძლებლობების შესანარჩუნებლად, რომელიც, მოგეხსენებათ, ჯერ კიდევ ზოგიერთ ქვეყანაშია. მეორეც, თერმობირთვული ენერგეტიკა ამის გარეშე არ შეუძლია. ზოგიერთში ტრიტიუმიც გამოიყენება სამეცნიერო გამოკვლევამაგალითად, გეოლოგიაში მისი დახმარებით თარიღდება ბუნებრივი წყლები. კიდევ ერთი მიზანია საათის განათება. გარდა ამისა, ამჟამად მიმდინარეობს ექსპერიმენტები ულტრა დაბალი სიმძლავრის რადიოიზოტოპის გენერატორების შესაქმნელად, მაგალითად, ავტონომიური სენსორების გასაძლიერებლად. ამ შემთხვევაში, მოსალოდნელია, რომ მათი მომსახურების ვადა იქნება დაახლოებით 20 წელი. ასეთი გენერატორის ღირებულება დაახლოებით ათასი დოლარი იქნება.

როგორც ორიგინალური სუვენირებიასევე არის ბრელოკები მცირე რაოდენობატრიტიუმი შიგნით. ისინი ასხივებენ ბზინვარებას და საკმაოდ ეგზოტიკურად გამოიყურებიან, განსაკუთრებით თუ იცით შინაგანი შინაარსი.

საფრთხე

ტრიტიუმი რადიოაქტიურია, რაც ხსნის მის ზოგიერთ თვისებასა და გამოყენებას. მისი ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 12 წელია, ხოლო ჰელიუმ-3 წარმოიქმნება ანტინეიტრინოსა და ელექტრონის ემისიით. ამ რეაქციის პროცესში გამოიყოფა 18,59 კვტ ენერგია და ბეტა ნაწილაკები ნაწილდება ჰაერში. ერისკაცს შეიძლება უცნაურად მოეჩვენოს, რომ რადიოაქტიური იზოტოპი გამოიყენება, მაგალითად, საათის განათებისთვის, რადგან ეს შეიძლება საშიში იყოს, არა? სინამდვილეში, ტრიტიუმი ძნელად ემუქრება ადამიანის ჯანმრთელობას, რადგან ბეტა ნაწილაკები მისი დაშლის პროცესში ვრცელდება მაქსიმუმ 6 მილიმეტრამდე და ვერ გადალახავს უმარტივეს დაბრკოლებებს. თუმცა, ეს არ ნიშნავს იმას, რომ მასთან მუშაობა აბსოლუტურად უსაფრთხოა - ნებისმიერმა საკვებთან, ჰაერთან ან კანში შეწოვამ შეიძლება გამოიწვიოს პრობლემები. მიუხედავად იმისა, რომ უმეტეს შემთხვევაში ის ადვილად და სწრაფად იშლება, ეს ყოველთვის ასე არ არის. ასე რომ, ტრიტიუმი - რა არის ეს რადიაციის საშიშროების თვალსაზრისით?

დამცავი ზომები

თუმცა დაბალი ენერგიატრიტიუმის დაშლა ხელს უშლის რადიაციის სერიოზულ გავრცელებას, ასე რომ ბეტა ნაწილაკები კანშიც კი ვერ შეაღწევენ, ნუ უგულებელყოფთ თქვენს ჯანმრთელობას. ამ იზოტოპთან მუშაობისას, რა თქმა უნდა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ არა რადიაციული დაცვის კოსტიუმი, არამედ ელემენტარული წესები, როგორიცაა მაგ. დახურული ტანსაცმელიდა ქირურგიული ხელთათმანები უნდა იყოს დაცული. იმის გამო, რომ ტრიტიუმი არის მთავარი საშიშროება, როდესაც მიიღება, მნიშვნელოვანია ჩაახშო აქტივობები, რომლებიც შესაძლებელს გახდის. წინააღმდეგ შემთხვევაში, სანერვიულო არაფერია.

თუ, მიუხედავად ამისა, ის არის დიდი რიცხვიშეყვანილი სხეულის ქსოვილებში, შეიძლება განვითარდეს მწვავე ან ქრონიკული რადიაციული დაავადება, დამოკიდებულია ექსპოზიციის ხანგრძლივობაზე, დოზაზე და რეგულარულობაზე. ზოგიერთ შემთხვევაში, ეს დაავადება წარმატებით იკურნება, მაგრამ ფართო დაზიანებით, შესაძლებელია ლეტალური შედეგი.

ნებისმიერში ნორმალური სხეულიარსებობს ტრიტიუმის კვალი, თუმცა ისინი აბსოლუტურად უმნიშვნელოა და ძნელად იმოქმედებს.კარგად, მანათობელი ხელების მქონე საათების მოყვარულებისთვის მისი დონე რამდენჯერმე მაღალია, თუმცა მაინც უსაფრთხოდ ითვლება.

სუპერ მძიმე წყალი

ტრიტიუმს, ჩვეულებრივი წყალბადის მსგავსად, შეუძლია შექმნას ახალი ნივთიერებები. კერძოდ, ის შედის ე.წ ზემძიმე (ზემძიმე) წყლის მოლეკულაში. ამ ნივთიერების თვისებები არც თუ ისე განსხვავდება ყველა ადამიანისთვის ჩვეულებრივი H 2 O-ისგან.მიუხედავად იმისა, რომ ტრიტიუმ წყალს შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს მეტაბოლიზმში, მას აქვს საკმაოდ მაღალი ტოქსიკურობა და გამოიყოფა ათდღიან პერიოდში, რომლის დროსაც ქსოვილები შეიძლება საკმაოდ მაღალი ხარისხიდასხივება. და მიუხედავად იმისა, რომ ეს ნივთიერება თავისთავად ნაკლებად საშიშია, ის უფრო საშიშია ორგანიზმში ყოფნის პერიოდის გამო.

აბსოლუტურად ვინმეს ქიმიურიშედგება პროტონებისა და ნეიტრონების კონკრეტული ნაკრებისგან. ისინი ერთმანეთთან შენარჩუნებულია ნაწილაკში შემაკავშირებელი ენერგიის არსებობის გამო. ატომის ბირთვი.

ბირთვული გრავიტაციული ძალების დამახასიათებელი თვისებაა მათი ძალიან მაღალი სიმძლავრე შედარებით მცირე დისტანციებზე (დაახლოებით 10-13 სმ-დან). ნაწილაკებს შორის მანძილის ზრდასთან ერთად, ატომის შიგნით მიზიდულობის ძალებიც სუსტდება.

მსჯელობა ბირთვის შიგნით შემაკავშირებელ ენერგიაზე

თუ წარმოვიდგენთ, რომ არსებობს გზა, რომ პროტონები და ნეიტრონები გამოვყოთ ატომის ბირთვიდან და მოათავსოთ ისინი ისეთ მანძილზე, რომ ატომის ბირთვის შემაკავშირებელმა ენერგიამ შეწყვიტოს მოქმედება, მაშინ ეს ძალიან რთული სამუშაოა. ატომის ბირთვიდან მისი შემადგენელი ნაწილების ამოღების მიზნით, უნდა შეეცადოთ დაძლიოთ შიდაატომური ძალები. ეს ძალისხმევა წავა ატომის დაყოფაში მის შემავალ ნუკლეონებად. მაშასადამე, შეიძლება ვიმსჯელოთ, რომ ატომის ბირთვის ენერგია ნაკლებია იმ ნაწილაკების ენერგიაზე, რომელთაგანაც იგი შედგება.

არის თუ არა ატომშიდა ნაწილაკების მასა ატომის მასის ტოლი?

უკვე 1919 წელს მკვლევარებმა ისწავლეს ატომის ბირთვის მასის გაზომვა. ყველაზე ხშირად მას „აწონავენ“ სპეციალური ტექნიკური მოწყობილობების დახმარებით, რომლებსაც მასის სპექტრომეტრებს უწოდებენ. ასეთი მოწყობილობების მოქმედების პრინციპია ის, რომ შედარებულია სხვადასხვა მასის მქონე ნაწილაკების მოძრაობის მახასიათებლები. უფრო მეტიც, ასეთ ნაწილაკებს აქვთ იგივე ელექტრული მუხტი. გამოთვლები აჩვენებს, რომ იმ ნაწილაკებს, რომლებსაც აქვთ სხვადასხვა მაჩვენებლებიმასები მოძრაობენ სხვადასხვა ტრაექტორიით.

თანამედროვე მეცნიერებმა დიდი სიზუსტით გაარკვიეს ყველა ბირთვის მასა, ასევე მათი შემადგენელი პროტონები და ნეიტრონები. თუ კონკრეტული ბირთვის მასას შევადარებთ მასში შემავალი ნაწილაკების მასების ჯამს, გამოვა, რომ თითოეულ შემთხვევაში ბირთვის მასა ცალკეული პროტონებისა და ნეიტრონების მასაზე მეტი იქნება. ეს განსხვავება იქნება დაახლოებით 1% ნებისმიერი ქიმიური ნივთიერებისთვის. მაშასადამე, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ატომის ბირთვის შეკავშირების ენერგია არის მისი დასვენების ენერგიის 1%.

ბირთვული ძალების თვისებები

ნეიტრონები, რომლებიც ბირთვის შიგნით არიან, ერთმანეთისგან მოიგერიეს კულონის ძალებით. მაგრამ ამავე დროს, ატომი არ იშლება. ამას ხელს უწყობს ატომში ნაწილაკებს შორის მიმზიდველი ძალის არსებობა. ასეთ ძალებს, რომლებსაც აქვთ სხვა ბუნება, გარდა ელექტრულისა, ეწოდება ბირთვული. ხოლო ნეიტრონებისა და პროტონების ურთიერთქმედებას ძლიერი ურთიერთქმედება ეწოდება.

მოკლედ, ბირთვული ძალების თვისებები ჩამოყალიბებულია შემდეგზე:

• ეს არის დამოუკიდებლობა;
• მოქმედება მხოლოდ მოკლე დისტანციებზე;
• და ასევე გაჯერება, რაც გაგებულია, როგორც ნუკლეონების მხოლოდ გარკვეული რაოდენობის ერთმანეთთან შენახვა.

ენერგიის შენარჩუნების კანონის მიხედვით, ბირთვული ნაწილაკების შერწყმის მომენტში ენერგია გამოიყოფა რადიაციის სახით.

ატომის ბირთვების შეკავშირების ენერგია: ფორმულა

აღნიშნული გამოთვლებისთვის გამოიყენება ზოგადად მიღებული ფორმულა:

E sv= (Z m p + (A-Z) m n -Mმე ვარ) · C²

აქ ქვეშ E svგასაგებია ბირთვის შემაკავშირებელი ენერგია; თან- სინათლის სიჩქარე; ზ-პროტონების რაოდენობა; (A-Z) არის ნეიტრონების რაოდენობა; მ გვაღნიშნავს პროტონის მასას; ა m nარის ნეიტრონული მასა. მ იაღნიშნავს ატომის ბირთვის მასას.

სხვადასხვა ნივთიერების ბირთვების შინაგანი ენერგია

იგივე ფორმულა გამოიყენება ბირთვის შებოჭვის ენერგიის დასადგენად. ფორმულით გამოთვლილი კავშირის ენერგია, როგორც ადრე იყო მითითებული, არ არის 1%-ზე მეტი მთლიანი ენერგიაატომი ან დასვენების ენერგია. თუმცა, უფრო დაწვრილებითი შესწავლის შემდეგ, ირკვევა, რომ ეს რიცხვი საკმაოდ მკვეთრად იცვლება ნივთიერებიდან ნივთიერებაზე გადასვლისას. თუ შევეცდებით მისი ზუსტი მნიშვნელობების დადგენას, მაშინ ისინი განსაკუთრებით განსხვავდებიან ე.წ მსუბუქი ბირთვებისთვის.

მაგალითად წყალბადის ატომში შეკავშირების ენერგია ნულის ტოლია, რადგან მასში მხოლოდ ერთი პროტონია.ჰელიუმის ბირთვის შეკავშირების ენერგია იქნება 0,74%. ნივთიერების ბირთვებისთვის, რომელსაც ტრიტიუმი ჰქვია, ეს რიცხვი 0,27%-ის ტოლი იქნება. ჟანგბადს აქვს 0,85%. ბირთვებში, სადაც დაახლოებით სამოცი ნუკლეონია, ატომშიდა ბმის ენერგია იქნება დაახლოებით 0,92%. უფრო დიდი მასის მქონე ატომური ბირთვებისთვის ეს რიცხვი თანდათან შემცირდება 0,78%-მდე.

ჰელიუმის, ტრიტიუმის, ჟანგბადის ან სხვა ნივთიერების ბირთვის შებოჭვის ენერგიის დასადგენად გამოიყენება იგივე ფორმულა.

პროტონებისა და ნეიტრონების სახეები

ამ განსხვავებების ძირითადი მიზეზები შეიძლება აიხსნას. მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ ყველა ნუკლეონი, რომელიც შეიცავს ბირთვს, იყოფა ორ კატეგორიად: ზედაპირული და შიდა. შიდა ნუკლეონები არის ისეთები, რომლებიც გარშემორტყმულია სხვა პროტონებითა და ნეიტრონებით ყველა მხრიდან. ზედაპირულებს მხოლოდ შიგნიდან აკრავს ისინი.

ატომური ბირთვის შეკავშირების ენერგია არის ძალა, რომელიც უფრო გამოხატულია შიდა ნუკლეონებში. სხვათა შორის, მსგავსი რამ ხდება სხვადასხვა სითხეების ზედაპირული დაძაბულობის დროს.

რამდენი ნუკლეონი ჯდება ბირთვში

აღმოჩნდა, რომ შინაგანი ნუკლეონების რაოდენობა განსაკუთრებით მცირეა ე.წ მსუბუქ ბირთვებში. ხოლო მათში, რომლებიც მიეკუთვნებიან ყველაზე მსუბუქთა კატეგორიას, თითქმის ყველა ნუკლეონი განიხილება ზედაპირად. ითვლება, რომ ატომის ბირთვის შეკავშირების ენერგია არის სიდიდე, რომელიც უნდა გაიზარდოს პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობასთან ერთად. მაგრამ ეს ზრდაც კი ვერ გაგრძელდება უსასრულოდ. ზე გარკვეული თანხანუკლეონები - და ეს არის 50-დან 60-მდე - მოქმედებს კიდევ ერთი ძალა - მათი ელექტრული მოგერიება. ეს ხდება ბირთვის შიგნით შემაკავშირებელი ენერგიის არსებობის მიუხედავად.

ატომის ბირთვის შეკავშირების ენერგია სხვადასხვა ნივთიერებებიგამოიყენეს მეცნიერები ბირთვული ენერგიის გასათავისუფლებლად.

ბევრ მეცნიერს ყოველთვის აინტერესებდა კითხვა: საიდან მოდის ენერგია, როცა მსუბუქი ბირთვები მძიმე ბირთვებს ერწყმის? რეალურად, ეს სიტუაციაატომური დაშლის მსგავსია. მსუბუქი ბირთვების შერწყმის პროცესში, როგორც ეს ხდება მძიმე ბირთვების გაყოფისას, ყოველთვის წარმოიქმნება უფრო ძლიერი ტიპის ბირთვები. მსუბუქი ბირთვებიდან "მიღებისთვის" მათში არსებული ყველა ნუკლეონის დახარჯვაა საჭირო ნაკლები რაოდენობითენერგია, ვიდრე ის, რაც გამოიყოფა მათი შერწყმისას. პირიქითაც მართალია. სინამდვილეში, შერწყმის ენერგია, რომელიც ეცემა მასის გარკვეულ ერთეულზე, შეიძლება იყოს უფრო მეტი ვიდრე კონკრეტული დაშლის ენერგია.

მეცნიერები, რომლებიც იკვლევდნენ ბირთვული დაშლის პროცესებს

პროცესი აღმოაჩინეს მეცნიერებმა ჰანმა და სტრასმანმა 1938 წელს. ბერლინის ქიმიის უნივერსიტეტის კედლებში მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ ურანის სხვა ნეიტრონებით დაბომბვის პროცესში ის პერიოდული ცხრილის შუაში მსუბუქ ელემენტებად იქცევა.

ცოდნის ამ დარგის განვითარებაში მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა ასევე ლიზა მეიტნერმა, რომელსაც ჰანმა ერთ დროს შესთავაზა რადიოაქტიურობის ერთად შესწავლა. ჰანმა მაიტნერს მუშაობის უფლება მხოლოდ იმ პირობით აძლევდა, რომ ის სარდაფში ჩაატარებდა კვლევას და არასოდეს ასულიყო ზედა სართულებიეს იყო დისკრიმინაციის ფაქტი. თუმცა, ამან ხელი არ შეუშალა მას მნიშვნელოვანი წარმატების მიღწევაში ატომის ბირთვის კვლევებში.