Atom fiziği yasaları. Atom ve nükleer fizik

· X-ışını spektral analizi · Radyospektroskopi ·

Atom fiziği - atomların yapısını ve özelliklerini inceleyen bir fizik dalı. Atom fiziğinin kökeni XIX sonu- 20. yüzyılın başı, atomun pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü elektronlardan oluşan bir sistem olduğunu tespit eden ve atomun yapısını açıklayan kuantum mekaniğinin yaratılmasıyla bağlantılı olarak geliştirilen deneyler sonucunda. Atom çekirdeğinin yapısı nükleer fizikte incelenir.

Genel bilgi [ | ]

Modern atom fiziği kuantum mekaniği teorisine dayanmaktadır. fiziksel olaylar atomik-moleküler düzeyde. Atom fiziği, atomu pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü elektronlardan oluşan bir sistem olarak kabul eder. Bu sistemin özellikleri ve içinde meydana gelen temel süreçler, güçlü etkileşimin ve zayıf etkileşimin temel bir rol oynadığı nükleer fizik ve parçacık fiziğinin aksine, elektromanyetik etkileşim tarafından belirlenir.

Hikaye [ | ]

Atomun gezegen modeli

En küçüğün varlığı fikri bölünmez parçacıklar- atomlar, ilk olarak antik Yunan filozofları Leukippos, Demokritos ve Epikuros tarafından formüle edildi. Bu fikir 17. yüzyılda Fransız filozoflar P. Gassendi ve R. Descartes ile İngiliz kimyager R. Boyle'un çalışmalarında da sürdürüldü. Bu dönemin atomculuğu doğası gereği oldukça spekülatifti; atomlarla ilgili fikirler, her şeyin birleşiminden oluşan, kimyasal ve fiziksel özelliklerden yoksun, çeşitli boyut ve şekillerde kalıcı, bölünmez parçacıklar gibiydi. maddi organlar. I. Newton ve M. V. Lomonosov'un çalışmalarında atomları daha fazla bir araya getirme olasılığı hakkında varsayımlarda bulunuldu. karmaşık yapılar- tanecikler.

Önemli kilometre taşları Atom fiziği tarihinde elektronun 1897'de İngiliz fizikçi J. J. Thomson tarafından keşfi ve radyoaktif bozunma Fransız bilim adamları M. Sklodowska-Curie ve P. Curie, Hollandalı fizikçi H. Lorentz'in teorisine göre atomun etkileşimli yüklü parçacıklardan oluşan bir sistem olduğu fikrini değiştirdiler. Bu çalışmalara dayanarak, Thomson 1903'te pozitif yüklü, küçük parçacıkların serpiştirildiği küre biçiminde bir atom modeli önerdi. negatif yük- pozitif bir yükün çekici kuvvetinin elektronların karşılıklı itme kuvvetlerine eşitliği nedeniyle bir atomda tutulan elektronlar. F. Soddy'nin radyoaktiviteyle ilgili daha ileri çalışmaları izotopların keşfedilmesine ve dolayısıyla yok edilmesine yol açtı. bilimsel fikirler Bir kimyasal elementin tüm atomlarının mutlak özdeşliği hakkında. Önemli rol A. G. Stoletov'un fotoelektrik etkiyle ilgili çalışması ve A. Einstein'ın bu olguya ilişkin daha ayrıntılı açıklaması da rol oynadı.

Atomun gezegensel modelinin bir takım dezavantajları vardı; bunlardan en önemlisi elektronun teorik olarak doğru enerji kaybıyla ilişkiliydi: elektron atomun etrafında döndüğünden, merkezcil ivmeden etkilenir ve Larmor'a göre Formüle göre ivmeyle hareket eden her yüklü parçacık enerji yayar. Bir elektron enerji kaybederse, sonunda çekirdeğe düşmelidir ki gerçekte bu gerçekleşmez. Atom modelinin iyileştirilmesi ancak Alman fizikçi tarafından keşfedilen atom hakkında tamamen yeni fikirlerin konumundan mümkün oldu.

ATOM FİZİĞİ, atomların yapısını, özelliklerini ve bunlarla ilişkili temel süreçleri inceleyen bir fizik dalıdır. Bir atom, elektrik yüklü parçacıklardan oluşan bir sistemdir, bu nedenle yapısı ve özellikleri esas olarak, 1 eV düzeyinde bir enerji ile 10-8 cm civarında mesafelerde hareket eden parçacıklar arasındaki elektromanyetik etkileşimler tarafından belirlenir.

Maddenin en küçük bölünmez ve değişmeyen parçacığı olan atomların varlığına ilişkin ilk fikirler, M.Ö. 5-3. yüzyıllarda dile getirilmiştir. Antik Yunan(Demokritos, Epikuros vb.). 17. ve 18. yüzyıllarda kesin doğa biliminin oluşumu sırasında atomistik fikirler I. Kepler, P. Gassendi, R. Descartes, R. Bogin, I. Newton, M.V Lomonosov vb. tarafından geliştirildi. 18. yüzyılın sonları - 19. yüzyılın başlarında deneysel araştırmalar ilk atom teorilerinin yaratılmasına yol açtı. Kantitatif bazlı kimya kanunları ve kanunlar ideal gazlar 19. yüzyılın başında kimyasal atomizm gelişmeye başladı (J. Dalton, A. Avogadro, I. Berzelius) ve 19. yüzyılın ortalarında atom ve molekül kavramları ayırt edildi (S. Cannizzaro). 1869'da D.I. Mendeleev periyodik yasayı keşfetti ve periyodik sistemi yarattı. kimyasal elementler, onun adını taşıyor. Atomistik kavramlar, özellikle moleküler fiziğin temelini oluşturdu. Kinetik teori gazlar (19. yüzyılın ortaları) ve istatistiksel fizik (R. Clausius, J. C. Maxwell, L. Boltzmann, J. W. Gibbs). Aynı zamanda iç doktrini atomik yapı kristaller ve simetrileri (R. Gayuy, O. Brave, E.S. Fedorov, Alman kristalograf A. Schönflies).

20. yüzyılın başında modern atom fiziğinin inşasından önce, atomun bölünmez olduğu görüşünü çürüten elektron (1897, J. J. Thomson) ve radyoaktivitenin (1895, A. Becquerel) keşifleri geldi. En önemli olay Atom fiziğinde, 1911'de E. Rutherford'un, atoma kıyasla boyutları küçük olan ve atomun kütlesini ve pozitif yükünü içeren atom çekirdeğini keşfetmesi oldu. Rutherford, atomun sözde gezegen modelini önerdi: negatif yüklü hafif elektronlar, pozitif yüklü büyük bir çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde hareket eder. Ancak kanunlara uygun olarak klasik elektrodinamik böyle bir atom kararsız olacaktır, çünkü elektronlar sürekli olarak elektromanyetik enerji yayar ve saniyenin çok küçük bir bölümünde çekirdeğe düşer. 1913'te N. Bohr, deneysel olarak tanıttığı kuantum varsayımlarına (Bohr'un varsayımları) dayanarak kararlı bir atom teorisini yarattı.

1) bir atom yalnızca belirli özelliklerle karakterize edilen ayrık durağan durumlarda var olabilir iç enerjiler ve bu durumlarda (belirli bir enerji seviyesinde) bulunan atom kararlıdır ve elektromanyetik enerji yaymaz;

2) durağan durumlar arasındaki geçişler aniden meydana gelir (yani enerjisi sürekli olarak değil aniden değişir); böyle bir geçiş sırasında (kuantum geçişi), atom elektromanyetik enerjinin belirli bir kısmını emer veya yayar - enerji kuantumu E = hv ik, burada h Planck sabitidir ve v ik, enerjiler tarafından belirlenen sözde kuantum geçiş frekansıdır. aralarında geçişin meydana geldiği sabit durumlar i ve k.

N. Bohr'un atom teorisi, yalnızca atomun stabilitesini değil aynı zamanda atomik spektrumların doğrusallığını, gözlenen optik ve X-ışını spektrum modellerini ve ayrıca periyodik yasa Mendeleev. Mümkün olduğunu belirlemek için ayrık değerler Hidrojen atomunun enerjisi Bohr, çok küçük v için kuantum ve klasik sonuçların çakışması gerektiğini (karşılık ilkesi olarak adlandırılan) önerdi ve elektronun hareketini tanımlamak ve enerjisini hesaplamak için elektrodinamiğin klasik yasalarını uyguladı. Ancak Bohr'un teorisinin helyum atomuna ve daha karmaşık atomlara uygulanamadığı ortaya çıktı.

1923'te L. de Broglie dalga-parçacık ikiliği hipotezini ileri sürdü: maddenin tüm parçacıklarının özellikleri vardır; hem parçacıklar hem de parçacıklar. dalga özellikleri Maddenin her parçacığına belirli bir dalga boyu atanabilir. De Broglie'nin fikri, atomun durağan durumlarının varlığını açıklamayı mümkün kıldı: yalnızca elektronun dalga boyunun yörüngesinde bir tam sayıya uyduğu durumlar mümkündür. Dolayısıyla, belirli bir durumdaki bir elektron, enerjisini E = hc/λ (burada c ışık hızıdır) ve momentumunu ρ = h/λ belirleyen λ uzunluğundaki duran dalgaya benzer. De Broglie'nin fikrinin gelişimi yaratılışına yol açtı Kuantum mekaniği(W. Heisenberg, M. Born, E. Schrödinger), tutarlı bir atom teorisinin oluşturulduğu temelde. Bu teoriye göre bir atomun her durağan durumu tanımlanır. dalga fonksiyonu Schrödinger denkleminin çözümü olan. Elektronların belirli yörüngelerdeki hareketi fikrinin yanlış olduğu ortaya çıktı, çünkü uzayda belirli bir noktadaki bir elektronun koordinatlarını ve momentumunun değerini (W. 1927'de Heisenberg). Sadece elektron yoğunluğunun dağılımından veya elektron bulma olasılığından bahsedebiliriz. şu an uzayda belirli bir noktada dalga fonksiyonu tarafından belirlenen zaman.

1925'te teoriye yeni bir fiziksel nicelik (J. Uhlenbeck ve S. Goudsmit tarafından) eklendi - elektronun dönüşü - elektronun kendi manyetik momentinin ilişkilendirildiği kendi mekanik momenti. Diğer atom parçacıklarının ve bir bütün olarak atomun dönüşe sahip olduğu ortaya çıktı. Spini hesaba katmak, enerji seviyelerinin bölünmesini açıklamayı mümkün kıldı ve spektral çizgiler Elektrik ve manyetik alanlardaki atomları (Zeeman etkisi ve Stark etkisi), çeşitli kimyasal elementlerin atomlarındaki elektronların düzenlenme sırasını anlamak (bkz. Pauli ilkesi, Meslek sayıları).

Kuantum mekaniği kovalent oluşumunu açıkladı Kimyasal bağ(1927, W. Heitler, F. London), kristallerdeki atomların bağlantısı, kristal içi alanın onlar üzerindeki etkisi (1929, H. Bethe), atomlar arası etkileşimler vb.

1930'lu yıllarda atom çekirdeğinde, içine giren parçacıklar arasında etki eden şeyin elektromanyetik etkileşim olmadığı, ancak yeni tip etkileşimler - güçlü etkileşim. Atom çekirdeğinin fiziği bağımsız bir alan haline geldi - nükleer fizik. 1940-50'lerde parçacık fiziği ve plazma fiziği oluşturuldu. Modern atom fiziği teori ve deneysel yöntemler optik, x-ışını ve radyo aralıklarında atom spektrumlarının incelenmesi. Durağan durumların enerjilerinin, açısal momentumun ve atomların diğer özelliklerinin kesin değerlerini elde etmeyi, bunların uyarılma, çarpışma ve çarpışma mekanizmalarını incelemeyi sağlar. iç süreçler. Bu verileri oluşturmak için gereklidir çeşitli türler lazerler, plazma fiziği için, astrofiziksel ve kozmolojik problemlerin çözümü için, maddenin elektriksel, manyetik ve diğer özelliklerinin incelenmesi için. Spektral çizgilerin genişlemesi ve kayması, yoğunlaşmış maddedeki bu değişikliklere neden olan yerel alanları, ortamın sıcaklığını ve yoğunluğunu değerlendirmeyi ve ölçmeyi mümkün kılar. yüksek basınçlar ve benzeri. Örneğin X-ışını yapısal analiz yöntemleriyle belirlenen yoğun maddedeki elektron yoğunluğunun dağılımı, atomlar arası bağların doğasını belirlemeyi mümkün kılar.

Belirlemek için kesin değerler atomik özellikler atom üzerindeki etkiyi ortadan kaldırmak için gereklidir çevre ve onu "durdurun", çünkü atomların hareketi spektrumlarını bozar (örneğin, Doppler'in spektral çizgileri genişletmesine neden olur). "Soğuk" (durdurulmuş) atomları incelemek için yöntemlerin geliştirilmesi, doğala yakın spektral çizgi genişliklerine sahip atomik spektrumların elde edilmesini mümkün kılar. Önemli bir başarı Bilimin amacı, bir tarama yöntemi kullanarak tek tek atomların gerçek görüntüsünü elde etmekti. tünel mikroskobu ve atomik kuvvet mikroskobu.

Atom makalesi altındaki literatüre bakın.

VE. Balykin. M. A. Elyashevich.

> Nükleer ve nükleer Fizik

Atom ve nükleer fizik

• Abraham A. Nükleer manyetizma. M.: IL, 1963 (djvu)
• Abraham A., Bleaney B. Geçiş iyonlarının elektron paramanyetik rezonansı. Cilt 1. M.: Mir, 1972 (djvu)
• Abraham A., Bleaney B. Geçiş iyonlarının elektron paramanyetik rezonansı. Cilt 2. M.: Mir, 1973 (djvu)
• Adler S., Dashen R. Güncel cebirler ve bunların parçacık fiziğindeki uygulamaları. M.: Mir, 1970 (djvu)
• Akhiezer A.I., Rekalo M.P. Temel parçacıkların biyografisi. Kiev: Nauk. Dumka, 1979 (djvu)
• Akhiezer A., ​​​​Pomeranchuk I. Nükleer teoriyle ilgili bazı sorular (2. baskı) M.-L.: GITTL, 1950 (djvu)
• Bayer V.N., Katkov V.M., Fadin V.S. Radyasyon göreli elektronlar. M.: Atomizdat, 1973 (djvu)
• Baldin A.M., Goldansky V.I., Rosenthal I.L. Nükleer reaksiyonların kinematiği. M.: GIFML, 1959 (djvu)
• Barton G. Dispersiyon yöntemleri alan teorisinde. M.: Atomizdat, 1968 (djvu)
• Beizer A. Modern fiziğin temel kavramları. M.: Atomizdat, 1973 (djvu)
• Bernstein J. Temel parçacıklar ve bunların akımları. M.: Mir, 1970 (djvu)
• Bethe G., Schweber S., Hoffmann F. Mezonlar ve alanlar. Cilt 1. Alanlar. M.: İçinde. Aydınlatılmış, 1957 (djvu)
• Bethe G., Hoffmann F. Mezonlar ve alanlar. Cilt 2. Mezonlar. M.: İçinde. Aydınlatılmış, 1957 (djvu)
• Bethe G., Morrison F. Temel teoriçekirdekler. M.: İçinde. Aydınlatılmış, 1958 (djvu)
• Bilenky S.M. Feynman'ın diyagram tekniğine giriş. M.: Atomizdat, 1971 (djvu)
• Bor N. Seçildi bilimsel çalışmalar. Cilt I. Makaleler 1909-1925. M.: Nauka, 1970 (djvu)
• Bor N. Seçilmiş bilimsel çalışmalar. Cilt II. Makaleler 1925 -1961. M.: Nauka, 1971 (djvu)
• Bor N. Çözüm Yolu atom parçacıkları madde aracılığıyla. M.: IL, 1950 (djvu)
• Borgman I.I. (ed.) Fizikte yeni fikirler. Cilt 1. Maddenin yapısı. St. Petersburg: Eğitim, 1911 (djvu)
• Born M. Atom mekaniği üzerine dersler. Harkov-Kiev: NTIU, 1934 (djvu)
• M. Atom fiziği doğumlu. M.: Mir, 1965 (djvu)
• Kahverengi JE, Jackson AD. Nükleon-nükleon etkileşimleri. M.: Atomizdat, 1979 (djvu)
• Bückling E., Kayanti K. Temel parçacıkların kinematiği. M.: Mir, 1975 (djvu)
• Vaitman A.Ş. Kuantize alanların göreli dinamiğindeki problemler. M.: Nauka, 1967 (djvu)
• Vasilyev A.N. Fonksiyonel yöntemler V kuantum teorisi alanlar ve istatistikler. L.: Leninger Yayınevi. Üniversite, 1976 (djvu)
• Ventzel G. Dalga alanlarının kuantum teorisine giriş. M.: Gostekhizdat, 1947 (djvu)
• Wilson J. Wilson odası. M.: IL, 1954 (djvu)
• Volkov M.K., Pervushin V.N. Temelde doğrusal olmayan kuantum teorileri, dinamik simetriler ve mezon fiziği. M.: Atomizdat, 1978 (djvu)
• Heitler V. Radyasyonun kuantum teorisi. M.: IL, 1956 (djvu)
• Heisenberg V. Temel parçacıkların birleşik alan teorisine giriş. M.: Mir, 1968 (djvu)
• Gorbunova O.I., Zaitseva A.M., Krasnikov S.N. Genel fizikte problem kitabı atölyesi. Optik. Atom fiziği. M.: Eğitim, 1977 (djvu)
• Grib A.A. Kuantum alan teorisinde vakumun değişmezliği sorunu. M.: Atomizdat, 1978 (djvu)
• Davydov A.S. Atom çekirdeği teorisi. M.: Fizmatgiz, 1958 (djvu)
• De Alfaro B., Fubini C., Furlan G., Rosetti C. Hadron fiziğinde akımlar. M.: Mir, 1976 (djvu)
• Detlaf A.A., Yavorsky B.M. Fizik dersi. Cilt 3. Dalga süreçleri. Optik. Atom ve Nükleer Fizik (3. baskı). M.: Yüksek Lisans 1979 (djvu)
• Jeffries K. Çekirdeklerin dinamik yönelimi. M.: Mir, 1965 (djvu)
• Zisman G.A., Todes O.M. Genel fizik dersi. Cilt 3. Optik, atom ve molekül fiziği, atom çekirdeği ve mikropartiküllerin fiziği (4. baskı). M.: Nauka, 1970 (djvu)
• Ivanenko D., Sokolov A. Klasik alan teorisi (2. baskı) M.-L.: GITTL, 1951 (djvu)
• Ivanenko D. Temel parçacıklar ve telafi alanları. Makalelerin özeti. M.: Mir, 1964 (djvu)
• Kamal A. Temel parçacık fiziğindeki problemler. M.: Nauka, 1968 (djvu)
• Kokkede Ya. Kuarkların teorisi. M.: Mir, 1971 (djvu)
• Collins P. Regge Teorisi ve Fiziğine Giriş yüksek enerjiler. M.: Atomizdat, 1980 (djvu)
• Collins P., Squires Y. Parçacık Fiziğinde Regge Kutupları. M.: Mir, 1971 (djvu)
• Li C., Wu C. Zayıf etkileşimler. M.: Mir, 1968 (djvu)
• Lomsadze Yu.M. Temel parçacıklar teorisine grup teorik girişi. M.: Daha yüksek. okul, 1962 (djvu)
• Lorentz G.A. Elektron teorisi ve ışık olaylarına uygulanması termal radyasyon(2. baskı). M.: GITTL, 1953 (djvu)
• Loudon R. Işığın kuantum teorisi. M.: Mir, 1976 (djvu)
• Markov M.A. Hiperonlar K-mezonları. M.: GIFML, 1958 (djvu)
• Marshak R., Sudershan E. Temel parçacık fiziğine giriş. M.: IL, 1962 (djvu)
• Matveev A.N. Kuantum mekaniği ve atomun yapısı. M.: Daha yüksek. okul, 1965 (djvu)
• Mensky M.B. İndüklenmiş gösterim yöntemi: uzay-zaman ve parçacık kavramı. M.: Nauka, 1976 (djvu)
• Migdal A.B. Fermiyonlar ve bozonlar güçlü alanlar. M.: Nauka, 1978 (djvu)
• Minlos R.A. (ed.) Matematik. Yabancı bilimde yeni-12. Öklid kuantum alan teorisi. Markov yaklaşımı. Makalelerin özeti. M.: Mir, 1978 (djvu)
• Mott N., Messi G. Atomik çarpışma teorisi. M.: IL, 1951 (djvu)
• Moshinsky M. Harmonik osilatör V modern fizik: atomlardan kuarklara. M.: Mir, 1972 (djvu)
• Matthews P. Temel parçacıkların etkileşimlerinin göreceli kuantum teorisi. M.: IL, 1959 (djvu)
• Nguyen Van Hieu Temel parçacıkların üniter simetri teorisi üzerine dersler. M.: Atomizdat, 1967 (djvu)
• Nelipa N.F. Güçlü etkileşen temel parçacıklar teorisine giriş. M.: Atomizdat, 1970 (djvu)
• Nishijima K. Temel parçacıklar. M.: Mir, 1965 (djvu)
• Novozhilov Yu.V. Temel parçacıklar teorisine giriş. M.: Nauka, 1972 (djvu)
• Newton R. Dalga ve parçacık saçılması teorisi. M.: Mir, 1969 (djvu)
• Okun B. Zayıf etkileşim temel parçacıklar. M.: Fizmatgiz, 1963 (djvu)
• Ochelkov Yu.P., Prilutsky O.F., Rosenthal I.L., Usov V.V. Göreli kinetik ve hidrodinamik. M.: Atomizdat, 1979 (djvu)
• Pauli V. Temel parçacıkların göreli alan teorileri. M.: 1947 (djvu)
• Petrina D.Ya., Ivanov S.S., Rebenko A.L. Saçılma matrislerinin katsayı fonksiyonları için denklemler. M.: Nauka, 1979 (djvu)
• Paul R.V. Optik ve Atom Fiziği. M.: Nauka, 1966 (djvu)
• Popov V.N. Kuantum alan teorisinde yol integralleri ve istatistiksel fizik. M.: Atomizdat, 1976 (djvu)
• Putilov K.A., Fabrikant V.A. Fizik dersi. Cilt 3. Optik. Atom fiziği. Nükleer Fizik (2. baskı). M.: GIFML, 1963 (djvu)
• Rakobolskaya I.V. Nükleer Fizik. M.: Moskova Devlet Üniversitesi Yayınevi, 1971 (djvu)
• Romantsov Yu.A. Dağıtılmış etkileşimli rezonans sistemleri alanında göreli parçacıkların dinamiğinin incelenmesi. Önbaskı No. 47. Kharkov: RI AN Ukrayna SSR, 1990 (djvu)
• Rumer Yu.B., Fet A.I. Grup teorisi ve kuantize edilmiş alanlar. M.: Nauka, 1977 (djvu)
• Savelyev I.V. Genel fizik dersi. Tom Z. Optik. Atom fiziği. M.: Nauka, 1971 (djvu)
• Sakurai J. Akımlar ve mezonlar. M.: Atomizdat, 1972 (djvu)
• Sinanoğlu O. Atomların, moleküllerin ve bunların etkileşimlerinin çoklu elektron teorisi. M.: Mir, 1966 (djvu)
• Sobelman I.I. Atomik spektrum teorisine giriş. M.: GIFML, 1963 (djvu)
• Sokolov A.A. Temel parçacıklar (10 Ocak 1962'de Moskova Devlet Üniversitesi konferans salonunda verilen genişletilmiş halka açık ders) M.: Moskova Devlet Üniversitesi, 1963 (djvu)
• Sokolov A.A., Ternov I.M. Kuantum mekaniği ve atom fiziği. M.: Eğitim, 1970

2 1. Giriş 1.1. Atom fiziğinin konusu, kısa gelişim tarihi, amaç ve hedefleri 1.2. Temel tanımlar. Elektron, proton, nötron, atom, iyon, molekül, nüklid, atom çekirdeği, kimyasal element, izotoplar 1.3. Atomun nükleer ve kabuk özellikleri 1.4. Atom fiziğinde fiziksel büyüklüklerin ölçü birimleri. Elektron-volt. Mole, Avogadro sabiti, atomik kütle birimi, bağıl atom kütlesi. Atom ve nükleer fizikte enerji, uzunluk, frekans ve kütle ölçekleri 1.5. Klasik, göreceli ve kuantum fiziği. Momentum ve enerji 1.6. Foton. Foton enerji ölçeği (elektromanyetik radyasyon ölçeği)

3 Atom fiziği Atom fiziği (atom fiziği ve atom olayları), atomların yapısını ve özelliklerinin yanı sıra atomların yer aldığı temel süreçleri inceleyen bir fizik dalıdır. Atom fiziğinin çalışma nesneleri hem atomlar hem de atomlardır. moleküller, atomik ve moleküler iyonlar, egzotik atomlar ve diğer mikropartiküller Atom fiziği çerçevesinde incelenen olaylarda, elektromanyetik etkileşimler ana rolü oynar. Atom fiziği alanındaki araştırmaların sonuçları, kimyasal bağların anlaşılmasında temel oluşturur. optik ve tünelleme olayları, plazmadaki işlemler, nötr sıvılar, katılar ah (yarı iletkenler ve nanomalzemeler dahil) Teorik temel atom fiziğinin kendisi kuantum teorisidir ve kuantum elektrodinamiği Atom fiziği ile fiziğin diğer dalları arasında net bir sınır yoktur ve buna uygun olarak uluslararası sınıflandırma atom fiziği atom, moleküler fizik ve optik alanına dahildir

4 Kısa hikaye atom fiziğinin gelişimi "Atom" kavramı, eski Yunan bilim adamları (MÖ V - II yüzyıllar) tarafından dünyada var olan her şeyi oluşturan en küçük, bölünmez parçacıkları belirtmek için kullanıldı. Atom kavramlarının deneysel onayı 19. yüzyılda elde edildi. 19. yüzyılın ikinci yarısında atomun pozitif ve negatif yüklü kısımlardan oluştuğu ispatlandı. 1897 yılında J.J. Thomson elektronu keşfetti ve çok geçmeden onun olduğunu kanıtladı. ayrılmaz parça Tüm atomların Bir atom çekirdeği ve bir elektron kabuğundan oluşan bir sistem olarak atom fikri, 1911'de E. Rutherford tarafından doğrulandı. Bu fikir genel olarak kabul edildikten sonra, nükleer fizik ve bir süre sonra temel parçacık fiziği ortaya çıktı. atom fiziği

5 Atom fiziğinin gelişiminin kısa tarihi Modern atom fiziğinin temelleri, E. Rutherford'un atom modeline ve M. Planck'ın (1900) kuantum kavramlarının geliştirilmesine dayanılarak 20. yüzyılın başında atılmıştır. ) ve A. Einstein (1905), N. Bohr'un açıklamalar satırında yer alması en önemli özellikler Atom (1913) ve iki “kuantum” varsayımı öne sürülmüştür. Bunlardan ilkine göre, yüklü parçacıklar (elektronlar) da dahil olmasına rağmen atomun enerji yaymadığı özel (durağan) durumları vardır. bileşim hızlandırılmış harekete uğrar. İkinci varsayıma göre, atomun radyasyonu bir durağan durumdan diğerine geçiş sırasında meydana gelir ve bu radyasyonun frekansı ν, h = E – E koşulundan (Bohr'un frekans kuralı) belirlenir. burada h, Planck sabitidir, E ve E, başlangıç ​​ve son durumlardaki atom enerjisinin değerleridir. İlk varsayım, atomun kararlılığı, ikinci frekansın ayrıklığı gerçeğini yansıtır. atom spektrumu

6 Atom fiziğinin gelişiminin kısa tarihi Atomların ve moleküllerin özelliklerini kapsamlı bir şekilde açıklayamayan Bohr teorisinin yerini, 20. yüzyılın 20'li ve 30'lu yıllarında oluşturulan tutarlı bir kuantum teorisi aldı (W. Heisenberg, E. Schrödinger) , P. Dirac) Bununla birlikte, Bohr'un varsayımları hala önemini koruyor ve modern kuantum teorisi çerçevesinde mümkün olan maksimum düzeyde mikroskobik olayların fiziğinin temellerine dahil ediliyor. tam açıklama atomun özellikleri: optik ve x-ışını spektrumlarının oluşum ilkeleri, atomların manyetik (Zeemann etkisi) ve elektrik (Stark etkisi) alanlardaki davranışları, alınan teorik temel periyodik element sistemi ve kimyasal bağların doğası, atomların, moleküllerin ve katıların elektronik yapısını hesaplamak için yöntemler geliştirildi (Hartree-Fock kendi kendine tutarlı alan yöntemi), maddenin yapısını ve özelliklerini incelemek için yeni cihazlar oluşturuldu (elektron) mikroskop) Kuantum teorisi fikirlerinin gelişimi (spin hipotezi, Pauli ilkesi, vb.), atom fiziği alanındaki deneysel araştırmalara dayanıyordu ( çizgi spektrumu atomlar, fotoelektrik etki, spektral çizgilerin ince ve aşırı ince yapısı, Frank ve Hertz, Davisson ve Germer, Stern ve Gerlach deneyleri, Compton etkisi, döteryum ve diğer izotopların keşfi, Auger etkisi vb.)

7 Atom fiziğinin gelişiminin kısa tarihi 20. yüzyılın ikinci üçte birinde, atom fiziği çerçevesinde ve kuantum teorisinin fikirlerine dayanan yeni deneysel yöntemler geliştirildi. fiziksel araştırma: elektron paramanyetik rezonansı (EPR), fotoelektron spektroskopisi (PES), elektron darbe spektroskopisi (EI), bunların uygulanmasına yönelik cihazlar yaratıldı (maser, lazer, vb.) Kuantum teorisinin temel ilkeleri doğrudan deneysel onay aldı (parazitlerin müdahalesi) kuantum durumları, seviyelerin Lamb kayması vb.), maddenin elektronik yapısını hesaplamak için yeni yöntemler önerildi (yoğunluk fonksiyonel teorisi), yeni fiziksel olaylar tahmin edildi (süper ışınım), tek atomlarla meydana gelen süreçlerin deneysel çalışmaları için yöntemler geliştirildi, elektrik tarafından tutulan iyonlar ve elektronlar ve manyetik alanlarözel konfigürasyon (atomik ve iyonik “tuzaklar”)

8 Atom fiziğinin gelişiminin kısa tarihi 20. yüzyılın son üçte birinde atom fiziği alanında yeni sonuçlar - XXI'in başlangıcı Yüzyıllar esas olarak lazerlerin kullanımıyla ilişkilidir. Bilimsel uygulamada, doğrusal olmayanlar da dahil olmak üzere lazer spektroskopi yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır; bu yöntemlere dayanarak, tek atom ve moleküllerle spektroskopik ölçümler yapmak, yüksek düzeyde özellikleri belirlemek mümkün olmuştur. atomların uyarılmış durumları, birkaç femtosaniyeye (10-15 s) kadar süren atom içi ve molekül içi süreçlerin dinamiklerini incelemek Lazerlerin yardımıyla, radyasyonun atomik ile etkileşiminin çok fotonlu süreçlerini ayrıntılı olarak gerçekleştirmek ve incelemek mümkün oldu sistemler (çok fotonlu fotoelektrik etki, frekans çarpımı) ve ayrıca tek tek atomların ultra düşük sıcaklıklara soğutulması Teorik araştırma son on yıllar atom fiziği alanında hızlı ilerleme ile ilişkilidir bilgisayar Teknolojisi ve elektron korelasyonunun enerjisi, göreli kuantum mekaniği ve kuantum elektrodinamik düzeltmeleri dikkate alarak çok elektronlu atom sistemlerinin elektronik yapısını ve özelliklerini hesaplamak için etkili yöntemler ve araçlar geliştirmeyi amaçlamaktadır.

9 Atom fiziği Atom fiziği alanında yapılan araştırmalarda pek çok bilimsel ve pratik uygulamalar Endüstriyel amaçlar için, bir maddenin elementel bileşimini belirlemek için atomik yöntemler kullanılır. Spektral analiz EPR, FES ve SEM dahil Jeolojik, biyolojik ve tıbbi sorunları çözmek için uzaktan ve yerel lazer spektral yöntemler kullanılır atom analizi, endüstriyel ve teknik amaçlarİzotopların lazerle ayrılması Deneysel ve teorik yöntemler Astrofizikte atom fiziği kullanılır (bileşimin belirlenmesi ve fiziksel özellikler yıldız meselesi ve yıldızlararası ortam, Rydberg atomlarının araştırılması), metroloji ( Atomik saat) ve diğer bilim ve teknoloji alanları

10 Atom fiziği dersinin amaç ve hedefleri Genel fizik dersinin bir parçası olarak “Atom fiziği ve atom olayları” disiplininin temel amacı, temel bilgi atomik-moleküler düzeyde mikroskobik olayların fiziği ve bunları çözmek için uygulama yeteneği uygulamalı problemler Bu hedefe ulaşmak için aşağıdaki görevler çözülür: – atomistik gelişimin ve kuantum kavramlarının oluşumunun analizi; – atom fiziğinin en önemli deneysel gerçeklerinin ve bunların ilişkilerinin incelenmesi; – Mikro fenomenlerin ve tutarsızlıkların özelliklerinin belirlenmesi klasik teori bunları açıklamak gerekirse; – kuantum mekaniğinin temellerinin ve çözüm yöntemlerinin incelenmesi kuantum mekaniği görevler; – Atomların ve moleküllerin yapısı ve özellikleri, bunların davranışları hakkında kuantum teorisine dayalı sistematik çalışma ve açıklama dış alanlar ve birbirleriyle etkileşim halinde

12 Elektron Elektron kararlı temel parçacık negatif elektrik yükü ile Elektron yükünün mutlak değeri temel yüke eşittir q e = –e –1.610 –19 C Elektron kütlesi m e = m –31 kg Elektron dönüşü ½'dir Elektronun manyetik momenti yaklaşık olarak eşittir Bohr magnetonunun büyüklüğü μ e –μ B – –4 eV /T Bir elektronu belirtmek için e veya e sembolü kullanılır – Elektronlar tüm atomların ve iyonların elektron kabuklarını oluşturur Elektronun bir antipartikül pozitronu (e +) vardır

15 Proton Proton, pozitif elektrik yüküne sahip kararlı bir temel parçacıktır Bir protonun yükü, temel yüke eşittir q p = e –19 C Proton kütlesi m p 1836m e –27 kg Proton dönüşü ½'dir Bir protonun manyetik momenti μ p – 8 eV/T Proton p veya p sembolüyle gösterilir + Bir protonun bir antiparçacığı antiprotonu vardır (p –)

16 Antiproton yok oluşu Bir antiproton (mavi iz) bir protonla çarpışır. kabarcık odası Sonuç olarak dört pozitif pion (kırmızı iz) ve dört negatif pion (yeşil iz) ortaya çıkıyor. Sarı iz, pion bozunması sonucu doğan bir müona ait.

17 Nötron Nötron, elektrik yükü sıfır olan temel bir parçacıktır. Bir nötronun serbest durumdaki ömrü yaklaşık 886 s'dir. Nötron kütlesi m n 1839m e –27 kg Nötron yokluğuna rağmen. elektrik şarjı, nötronun manyetik momenti μ n – –8 eV/T Nötron n veya n 0 sembolüyle gösterilir Nötronun bir antiparçacığı antinötronu vardır Protonlar ve nötronlar birleştirilmiştir yaygın isim Nükleonlar Atom çekirdekleri proton ve nötronlardan oluşur

18 Nötron Nötronların elektrik yükü olmadığından parçacık dedektör odalarında iz bırakmazlar. Ancak nötronlar diğer yüklü parçacıklarla etkileşimleri yoluyla tespit edilebilir. Renkli görüntü, bir karışımla dolu bir bulut odasındaki parçacıkların izlerini göstermektedir. hidrojen gazı, etil alkol ve su Bir nötron ışını odaya aşağıdan nüfuz eder ve etil alkol moleküllerini oluşturan oksijen ve karbon atomlarının dönüşümüne neden olur.

19 Atom Bir atom çekirdeği ve onu çevreleyen elektronlardan (elektron kabuğu) oluşan atom mikropartikülü Pozitif yüklü bir çekirdek, negatif yüklü elektronları elektriksel çekim kuvvetleriyle tutar. Bir atomun çekirdeği protonlardan ve nötronlardan oluştuğundan ve bir nötronun elektrik yükü sıfır, bir proton temel yük e'ye eşittir, bir elektronun yükü e'ye eşittir, bu durumda kabuktaki elektron sayısı ile birlikte, sayıya eşitçekirdekteki protonlar, atomun toplam elektrik yükü sıfırdır Çekirdeğin boyutları (~ 10 –15 – 10 –14 m), atomun boyutlarına (~ 10 –10 m) kıyasla son derece küçüktür, ancak protonun kütlesinin (nötronun yanı sıra) bir elektronun kütlesinden neredeyse 2 bin kat daha fazla olması nedeniyle bir atomun () neredeyse tüm kütlesi çekirdekte yoğunlaşmıştır;

20 Altın atomu Au Transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen tek bir altın atomunun görüntüsü 35 mm'lik bir faktörle 35 mm'lik bir boyuta büyütülmüş

22 Silikon atomları Si Silikon atomlarının transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen renklendirilmiş görüntüsü Kristalin birim hücresi gösterilmektedir. Atomlar arasındaki bağlar da 35 mm'ye kadar bir faktör kadar arttırılmıştır.

24 Uranyum atomları U Uranyum atomlarının transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen renklendirilmiş görüntüsü Küçük noktalar doğru biçim– bireysel atomlar, daha büyük oluşumlar – 2–20 atomdan oluşan kümeler Görüş alanının boyutu yaklaşık 100 Å'dur. 35 mm kat artırıldı

25 Uranil mikro kristalleri UO 2 2+ Bir transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak uranil mikro kristallerinin renkli bir görüntüsü elde edildi. Her nokta temsil eder. tek atom uranyum 35 mm kat arttı

27 Kimyasal element, nüklid, izotoplar belli bir sayıÇekirdekteki Z protonları aynı kimyasal elemente aittir. Z sayısına denir atomik numara kimyasal element. Çekirdeğinde belirli sayıda proton Z ve nötron N içeren atomların bir koleksiyonuna nüklid denir. Nüklitler, element adına kütle numarası A eklenerek belirlenir. miktara eşit Z + N (örneğin oksijen-16, uranyum-235) veya A sayısını element sembolünün yanına yerleştirerek (16 O, 235 U). Aynı elementin nüklidlerine izotop denir. Bir proton ve bir elektrondan oluşan hidrojen atomunun en hafif atomunun kütlesi mH 1,67·10 –27 kg'a eşittir. Geriye kalan atomların kütleleri mH'nin yaklaşık A katı kadardır. Doğada 90 kimyasal element ve 300'den fazla farklı nüklid bulunur; Bunlardan 270'i kararlı, geri kalanı radyoaktif. Bazı radyoaktif nüklidler yapay olarak elde edilir.

31 İyonlar Bir atoma elektron eklenmesi veya çıkarılması işlemine iyonlaşma denir. Kabuktaki elektron sayısı Z'den az olduğunda, Z'den büyük olan pozitif bir atomik iyon elde edilir. Dolayısıyla iyon negatiftir. nötr bir atoma (veya moleküle) bir veya daha fazla elektronun ayrılması veya eklenmesiyle oluşan elektrik yüklü bir atom (veya molekül)

32 İyonlar Pozitif yüklü iyonlara katyon, negatif yüklü anyonlar denir. İyonlar, çokluğu (temel yük birimlerindeki yük miktarı) ve iyonun işaretini gösteren bir indekse sahip kimyasal bir sembolle gösterilir: H –, Na +, UO 2 2+ İyonlar şu şekilde temsil edilebilir: sürdürülebilir oluşumlar(genellikle çözeltilerde veya kristallerde) ve kararsız (normal koşullar altında gazlarda) +(Z – 1) yüküne kadar atomik katyonlar elde edilebilir. Böylece örneğin iyon hızlandırıcılarda U 90+ ve U 91+ elde edildi. Yükü 2 veya daha fazla olan atomik anyonlar serbest durumda mevcut değildir.

34 Molekül Bir molekül, birden fazla atomdan oluşan, maddenin en küçük kararlı parçacığıdır. Bir molekül, belirli bir atom çekirdeği bileşimi, elektron sayısı ve sayısı ile karakterize edilir. mekânsal yapı Niceliksel belirtmek ve kaliteli kompozisyon moleküller kullanılır kimyasal formüller: O 2 (oksijen molekülü), H 2 O (su molekülü), CH 4 (metan molekülü), C 6 H 6 (benzen molekülü), C 60 (fulleren molekülü)

39 DNA molekülü Bir DNA molekülünün renkli görüntüsü, bir kameradaki transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak elde edildi. yüksek vakum DNA örneği kaplanmış ince tabaka platin Metal kaplama kontrast bir görüntü verir elektron mikroskobu

40 Atomun nükleer ve kabuk özellikleri Nükleer özellikler Kabuk özellikleri Çekirdeğin bileşimi ile belirlenir: radyoaktivite, nükleer reaksiyonlara katılma yeteneği vb. Elektronik kabuğun yapısı tarafından belirlenir: kimyasal, fiziksel (elektrik, manyetik, optik vb.) .) 42 Enerji SI birimindeki enerji birimi joule'dür (J), ancak nesnelerin enerji miktarları ve atom fiziği olguları için böyle bir birim nadiren kullanılır. Daha yaygın olarak kullanılan, sistem dışı bir enerji birimidir. elektron-volt (eV, eV) Bir elektron-volt, yüklü bir parçacığın kazandığı enerjidir. temel yük, 1 voltluk hızlanma potansiyeli farkından geçen: 1 eV = J Atomik ve nükleer fizikteki enerjileri ölçmek için, katlar (keV, 1 keV = 10 3 eV, MeV, 1 MeV = 10 6 eV) ve alt katlar (μeV, 1) μeV = 10 –6 eV) elektron-volt birimlerinin yanı sıra bazı diğerleri: Rydberg (Ry), Hartree (hartree, Ha veya atom birimi, a.u.) Rydberg sayısal olarak enerjiye eşit sonsuz nükleer kütleye yaklaşımla bir hidrojen atomunun temel durumdan iyonlaşması: 1 Ry eV Hartree mutlak değere eşittir potansiyel enerji Sonsuz nükleer kütle yaklaşımıyla hidrojen atomunun temel durumundaki elektron: 1 Ha = 2 Ry eV Atomik sistemlerin durumlarının enerjileri ve durumlar arasındaki geçişler diğer birimlerde ölçülebilir

43 Kütle SI kütle birimi kilogramdır (kg), ancak atom fiziğindeki nesnelerin kütlelerini ölçmek için atomik kütle birimi (a.m.u.) adı verilen ekstra sistem ölçüm birimi kullanılır. Atom birimi kütle, bağlanmamış, uyarılmamış karbon-12 atomunun (12 C) kütlesinin 1/12'sine eşittir: 1 a. e. m kg 1 a. e.m yaklaşık olarak bir proton veya nötronun kütlesine eşittir. Bağıl atom kütlesi, a ile ifade edilen bir atomun kütlesidir. e.m. Avogadro sabiti N A fiziksel sabit, sayısal olarak 12 g saf izotop karbon-12'deki atom sayısına eşittir: N A mol –1 Mole (SI bir maddenin miktarının birimi) tanımı gereği N A içerir yapısal elemanlar(atomlar, moleküller, iyonlar).

44 Uzunluk Uzunluğun SI birimi metredir (m). 1 metre mesafeye eşitışık boşlukta 1/saniyeye eşit bir zaman aralığında hareket eder. Radyo aralığındaki elektromanyetik radyasyonun dalga boylarının ölçümleri haricinde, atom fiziğinde böyle bir uzunluk birimi nadiren kullanılır ve bunun yerine, doğrusal boyutların yanı sıra dalga boylarını ölçmek için bir metrenin birden fazla birimi kullanılır: santimetre (cm) , 1 cm = 10 –2 m), milimetre ( mm, 1 mm = 10–3 m), mikrometre (μm, μm, 1 μm = 10–6 m), nanometre (nm, 1 nm = 10–9 m) , pikometre (pm, 1 pm = 10–12 m) ve diğerleri ile sistem dışı birimler: angstrom (Å, 1 Å = 0,1 nm = 10 –10 m), bor (veya Bohr yarıçapı) (1 bohr Å) )

45 Zaman SI'da zaman aralıklarının süresi birimi saniyedir (s). Şu anda saniye sözde temel alınarak belirlenmektedir. atom zaman standardı: bir saniye (veya atomik saniye), karşılık gelen elektromanyetik radyasyon periyotlarına eşittir enerji geçişi 133 Cs (sezyum-133) izotopunun temel durumunun aşırı ince yapısının iki seviyesi arasında Atom fiziğinde hızlı süreçlerin süresi genellikle saniyenin altındaki birimlerle ölçülür: nano-, piko- veya femtosaniye (ns, ps, fs, 1 fs = 10 –15 sn)

46 Atomik ve nükleer fizikte fiziksel nicelik ölçekleri Atom fiziği fenomeni, 10–12 m (ağır atomların iç alt kabukları) ile nanometrenin onda biri (atomların ve küçük moleküllerin boyutları) arasındaki boyutlarla, 10–6 arasındaki enerjilerle karakterize edilir. eV (seviyelerin ultra ince yapısı) ila 10 5 eV (iç alt kabuk elektronlarının bağlanma enerjisi), onlarca femtosaniyeden (ultra kısa lazer darbelerinin süresi) binlerce saniyeye (atomların yarı kararlı durumlarının ömrü) kadar zamanlar. Tipik moleküler boyutlar 0,1– 1 nm. En küçük molekülün (H2) çekirdekler arası uzaklığı nm'ye eşittir. DNA'nın makromolekülleri ve birçok polimer makroskobik boyutlara sahip olabilir. Böylece, katlanmamış bir DNA sarmalının uzunluğu birkaç santimetreye, genişliği ise yaklaşık 2 nm'ye ulaşabilir.

47 Foton Foton veya elektromanyetik radyasyonun (alan) kuantumu, elektrik yükü olmayan kütlesiz bir temel parçacık. Bir foton, boşlukta c hızıyla hareket eder. Bir fotonun spini 1'e eşittir. talimatlar, yöne dik Bir fotonun yayılımı, polarizasyon durumunu belirler. Foton γ sembolü ile gösterilir.

Atom çekirdeği proton ve nötronlardan oluşan bir atomun merkezi kısmıdır (birlikte denir) nükleonlar).

Çekirdek, E. Rutherford tarafından 1911'de pasajı incelerken keşfedildi. α -madde yoluyla parçacıklar. Atomun neredeyse tüm kütlesinin (%99,95) çekirdekte yoğunlaştığı ortaya çıktı. Atom çekirdeğinin büyüklüğü 10 -1 3 -10 - 12 cm büyüklüğündedir, yani 10.000 katıdır. daha küçük beden elektronik kabuk.

E. Rutherford tarafından önerilen atomun gezegen modeli ve deneysel gözlem hidrojen çekirdekleri nakavt oldum α -diğer elementlerin çekirdeklerinden gelen parçacıklar (1919-1920), bilim adamını şu düşünceye yönlendirdi: proton. Proton terimi XX yüzyılın 20'li yıllarının başında tanıtıldı.

Proton (Yunanca'dan. protonlar- ilk olarak sembol P) kararlı bir temel parçacıktır, bir hidrojen atomunun çekirdeğidir.

Proton- mutlak yükü bir elektronun yüküne eşit olan pozitif yüklü bir parçacık e= 1,6 · 10 -1 9 Cl. Protonun kütlesi elektronun kütlesinden 1836 kat daha fazladır. Proton dinlenme kütlesi Bay= 1,6726231 · 10 -27 kg = 1,007276470 akb

Çekirdeğe dahil olan ikinci parçacık nötron.

Nötron (lat. doğal- ne biri ne de diğeri N) yükü olmayan, yani nötr bir temel parçacıktır.

Nötronun kütlesi elektronun kütlesinden 1839 kat daha fazladır. Bir nötronun kütlesi, bir protonun kütlesine neredeyse eşittir (biraz daha büyüktür): serbest bir nötronun geri kalan kütlesi m n= 1,6749286 · 10 -27 kg = 1,0008664902 a.m.u. ve protonun kütlesi elektronun kütlesinin 2,5 katı kadar fazladır. Nötron, genel adı altında protonla birlikte nükleon atom çekirdeğinin bir parçasıdır.

Nötron, 1932 yılında berilyum bombardımanı sırasında E. Rutherford'un öğrencisi D. Chadwig tarafından keşfedildi. α -partiküller. Ortaya çıkan yüksek nüfuz kabiliyetine sahip radyasyon (10-20 cm kalınlığındaki kurşun plakadan yapılmış bir bariyeri aştı), parafin plakadan geçerken etkisini yoğunlaştırdı (şekle bakın). Joliot-Curie çifti tarafından bir bulut odasındaki izlerden bu parçacıkların enerjisinin değerlendirilmesi ve ek gözlemler, bunun olduğu ilk varsayımın dışlanmasını mümkün kıldı. γ -kuantum. Nötron adı verilen yeni parçacıkların daha büyük nüfuz etme yeteneği, elektriksel nötrlükleriyle açıklandı. Sonuçta yüklü parçacıklar maddeyle aktif olarak etkileşime girer ve enerjilerini hızla kaybederler. Nötronların varlığı, D. Chadwig'in deneylerinden 10 yıl önce E. Rutherford tarafından tahmin edilmişti. Vurulduğunda α -partiküllerin berilyum çekirdeğine girmesiyle aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:

İşte nötronun sembolü; yükü sıfırdır ve bağıl atom kütlesi yaklaşık olarak birliğe eşittir. Nötron kararsız bir parçacıktır: serbest nötron~ 15 dakika süreyle. bir protona, bir elektrona ve bir nötrinoya (dinlenme kütlesinden yoksun bir parçacık) bozunur.

Nötronun 1932'de J. Chadwick tarafından keşfedilmesinden sonra, D. Ivanenko ve V. Heisenberg bağımsız olarak şunu önerdiler: çekirdeğin proton-nötron (nükleon) modeli. Bu modele göre çekirdek proton ve nötronlardan oluşur. Proton sayısı Z ile çakışıyor seri numarası D.I. Mendeleev'in tablosundaki öğe.

Çekirdek şarjı Q proton sayısına göre belirlenir Z, çekirdeğe dahildir ve elektron yükünün mutlak değerinin bir katıdır e:

S = +Ze.

Sayı Z isminde nükleer yük numarası veya atomik numara.

Çekirdeğin kütle numarası A isminde toplam sayısı nükleonlar, yani içinde bulunan protonlar ve nötronlar. Çekirdekteki nötronların sayısı harfle gösterilir N. Yani kütle numarası:

A = Z + N.

Nükleonlara (proton ve nötron) bire eşit bir kütle numarası atanır ve bir elektrona sıfır kütle numarası atanır.

Çekirdeğin bileşimi fikri de keşifle kolaylaştırıldı izotoplar.

İzotoplar (Yunanca'dan. ISO'lar- eşit, aynı ve topoa- yer), atom çekirdeği olan aynı kimyasal elementin atom çeşitleridir. aynı numara proto-kasım ( Z) Ve farklı numara nötronlar ( N).

Bu tür atomların çekirdeklerine izotoplar da denir. İzotoplar çekirdekler bir unsur. Nüklit (lat. çekirdek- çekirdek) - herhangi bir atom çekirdeği (sırasıyla atom) verilen sayılar Z Ve N. Nüklitlerin genel tanımı ……. Nerede X- kimyasal bir elementin sembolü, bir = Z + N- kütle Numarası.

İzotoplar, Periyodik Element Tablosunda aynı yeri işgal eder ve adları da buradan gelir. Kendilerine göre nükleer özellikler(örneğin, girme yeteneği ile) nükleer reaksiyonlar) izotoplar kural olarak önemli ölçüde farklılık gösterir. İzotopların kimyasal (ve hemen hemen aynı ölçüde fiziksel) özellikleri aynıdır. Bu şu şekilde açıklanmaktadır: Kimyasal özellikler elementler çekirdeğin yükü tarafından belirlenir, çünkü atomun elektron kabuğunun yapısını etkileyen şey budur.

Bunun istisnası hafif elementlerin izotoplarıdır. Hidrojenin izotopları 1 N — protiyum, 2 N— döteryum, 3 N — trityum Kütleleri o kadar farklıdır ki fiziksel ve kimyasal özellikleri de farklıdır. Döteryum stabildir (yani radyoaktif değildir) ve sıradan hidrojende küçük bir safsızlık (1: 4500) olarak bulunur. Döteryum oksijenle birleştiğinde ağır su oluşur. O normal atmosferik basınç 101,2 °C'de kaynar ve +3,8 °C'de donar. Trityum β -yarılanma ömrü yaklaşık 12 yıl olan radyoaktiftir.

Tüm kimyasal elementlerin izotopları vardır. Bazı elementlerin yalnızca kararsız (radyoaktif) izotopları vardır. Tüm elementler için yapay olarak radyoaktif izotoplar elde edilmiştir.

Uranyum izotopları. Uranyum elementinin kütle numaraları 235 ve 238 olan iki izotopu vardır. İzotop, daha yaygın olanın yalnızca 1/140'ı kadardır.