تحتل شركة المراهنات Fonbet مكانة رائدة في تقديم هذه الخدمات. تتمتع بسمعة طيبة ويمكن التعرف عليها لأنها كانت أول من يقبل الرهانات عبر الإنترنت. تحتوي أكبر بوابة ألعاب على موارد رسمية أخرى. سيتمكن المستخدمون من وضع الرهانات الرياضية حتى لو تم حظر الموقع.
اذهب إلى المرآة
ما هي المرآة كيفية التسجيل على المرآة
لدى BC Fonbet مورد يتوافق من جميع النواحي مع القواعد القانونية. بالنسبة للمستخدمين الذين يرغبون، كما كان من قبل، في الوصول إلى حساب شخصي في المجال com، فقد أنشأت الشركة كل شيء الشروط الضرورية، وتوفير الوصول إلى الموقع. وهذا يبسط العمل إلى حد كبير بسبب الأموال الموجودة في الحساب المتوفر في حسابك الشخصي. لن يتم فقدانها بسبب حظر الموقع.
إذا واجه المستخدم صعوبات في الوصول إلى الموقع، فعليه الذهاب إلى المرآة. هذا الخيار مطلوب، كما تبين الممارسة. تعد مرآة Fonbet العاملة طلبًا شائعًا في مواقع الإنترنت المخصصة للمراهنة في روسيا.
لماذا تم حجب الموقع الرئيسي؟
ويرجع ذلك إلى مشاكل التشريعات في مجال المعلومات. في هذا الصدد، تقوم Roskomnadzor بحظر موارد المكتب. لهذه الأسباب، يختفي المجال بشكل دوري، ولكن بفضل المرآة يظهر مرة أخرى. ونتيجة لهذا، تبدو البوابة لائقة مقارنة بالآخرين.
يمكن للمستخدم بسهولة العثور على عنوان بديل. يمكن القيام بذلك إذا ذهبت إلى أي منتدى يغطي أنشطة وكيل المراهنات وقررت الخيار الحالي للوصول إلى المرآة. عند الاتصال بخدمة الدعم الفني، يتلقى العميل بسرعة الاختلافات اللازمة للدخول إلى البوابة. وفي الوقت نفسه، فإن وظائفها متطابقة، مما يوفر للعميل جميع الأدوات الأساسية للتنبؤ بنتائج المسابقات الرياضية. تسمح مرآة Fonbet للمستخدم بالعمل في الأوضاع المتاحة.
يمكن للمستخدم أيضًا القيام بالأنشطة عبر الإنترنت. بمساعدة الرهان المباشر، يتم توسيع المكونات التكتيكية للمتنبئ. يتيح لك ذلك ضبط الرهانات أثناء المباراة وفقًا لتحليل مسار المباراة.
كيفية التسجيل على المرآة
إجراءات التسجيل بسيطة للغاية. الشرط الرئيسي هو أن يكون عمرك أكثر من 18 عامًا. هناك نقطة مهمة وهي ملء جميع الحقول بدقة بخلاف حقل "الرمز الترويجي". سيسمح لك ذلك بتجنب الصعوبات إذا كنت بحاجة إلى استعادة حسابك.
عند التسجيل، يجب عليك الانتباه جيدًا للنقاط الرئيسية التالية:
- بيانات. ويجب إدخالها بدقة لتجنب حدوث مشاكل بالموقع.
- عملة. لدى العميل خيارات مختلفة للاختيار من بينها: الدولار الأمريكي، الروبل البيلاروسي. يجدر اتخاذ قرار بشأن العملة التي ستسمح لك بتجديد إيداعك بسهولة.
- تسجيل حساب عن طريق الهاتف. للتسجيل يمكنكم الاتصال على رقم الهاتف المدرج في الموقع. سيؤدي هذا إلى تبسيط الإجراء للمستخدم بشكل كبير.
يمكنك استخدام خدمة Fonbet باستخدام هاتفك الذكي. يتيح لك إصدار الهاتف المحمول استخدام مرآة Fonbet العاملة بسهولة، والتي تكون مطابقة للمصدر الرسمي. باستخدام النسخة المحمولة، يتم تزويد المستخدم بإيقاع لعب مريح.
حيث تعمل الجسيمات الأخرى كنواة بدلاً من النيوكليون.
ويسمى عدد البروتونات الموجودة في النواة برقم شحنتها ض (\displaystyle Z)- هذا الرقم يساوي الرقم التسلسلي للعنصر الذي تنتمي إليه الذرة في جدول (الجدول الدوري للعناصر) لمندليف. يحدد عدد البروتونات في النواة بنية الغلاف الإلكتروني للذرة المحايدة، وبالتالي الخواص الكيميائية للعنصر المقابل. ويسمى عدد النيوترونات في النواة به رقم النظائر ن (\displaystyle N). تسمى النوى التي لها نفس عدد البروتونات وأعداد مختلفة من النيوترونات بالنظائر. النوى التي لها نفس العدد من النيوترونات، ولكن بأعداد مختلفة من البروتونات تسمى النظائر. يُستخدم مصطلحا النظائر والأيزوتون أيضًا للإشارة إلى الذرات التي تحتوي على هذه النوى، وكذلك لتوصيف الأصناف غير الكيميائية لعنصر كيميائي واحد. ويسمى العدد الإجمالي للنيوكليونات في النواة بالعدد الكتلي أ (\displaystyle A) (أ = ن + ض (\displaystyle A=N+Z)) ويساوي تقريبًا متوسط الكتلة الذرية الموضحة في الجدول الدوري. النويدات التي لها نفس العدد الكتلي، ولكن تركيب بروتون نيوترون مختلف تسمى عادة إيزوبار.
مثل أي نظام كمي، يمكن أن تكون النوى في حالة مثارة شبه مستقرة، وفي بعض الحالات يتم حساب عمر هذه الحالة بالسنوات. تسمى هذه الحالات المثارة من النوى بالإيزومرات النووية.
قصة
يمكن تفسير تشتت الجسيمات المشحونة بافتراض أن الذرة تتكون من شحنة كهربائية مركزية مركزة في نقطة ما ومحاطة بتوزيع كروي موحد للكهرباء المعاكسة ذات المقدار المتساوي. مع هذا الترتيب للذرة، فإن جسيمات ألفا وبيتا، عندما تمر على مسافة قريبة من مركز الذرة، تواجه انحرافات كبيرة، على الرغم من أن احتمال هذا الانحراف صغير.
وهكذا اكتشف رذرفورد النواة الذرية، ومن هذه اللحظة بدأت الفيزياء النووية بدراسة بنية وخصائص النوى الذرية.
بعد اكتشاف النظائر المستقرة للعناصر، تم تكليف نواة الذرة الأخف بدور الجسيم الهيكلي لجميع النوى. منذ عام 1920، نواة ذرة الهيدروجين لها اسم رسمي - البروتون. في عام 1921، اقترحت ليز مايتنر أول نموذج بروتون-إلكترون للهيكل النواة الذريةوالتي بموجبها تتكون من بروتونات وإلكترونات وجسيمات ألفا:96. ومع ذلك، في عام 1929، حدثت "كارثة النيتروجين" - أثبت دبليو هيتلر وجي. هيرزبيرج أن نواة ذرة النيتروجين تخضع لإحصائيات بوز-آينشتاين، وليس إحصائيات فيرمي-ديراك، كما تنبأ نموذج البروتون-الإلكترون: 374 . وهكذا، تعارض هذا النموذج مع النتائج التجريبية لقياسات الدوران والعزوم المغناطيسية للنوى. في عام 1932، اكتشف جيمس تشادويك جسيمًا محايدًا كهربائيًا جديدًا يسمى النيوترون. في نفس العام، افترض إيفانينكو، وبشكل مستقل، هايزنبرغ، بنية البروتون النيوتروني للنواة. وبعد ذلك، مع تطور الفيزياء النووية وتطبيقاتها، تم تأكيد هذه الفرضية بشكل كامل.
نظريات بنية النواة الذرية
في عملية تطوير الفيزياء، تم طرح فرضيات مختلفة حول بنية النواة الذرية؛ ومع ذلك، كل واحد منهم قادر على وصف مجموعة محدودة فقط من الخصائص النووية. قد تكون بعض النماذج حصرية بشكل متبادل.
الأكثر شهرة هي ما يلي:
- نموذج القطرة للنواة - اقترحه نيلز بور عام 1936.
- نموذج القشرة للنواة - تم اقتراحه في الثلاثينيات من القرن العشرين.
الخصائص الفيزيائية النووية
تم تحديد شحنات النوى الذرية لأول مرة بواسطة هنري موسلي في عام 1913. فسر العالم ملاحظاته التجريبية من خلال اعتماد الطول الموجي للأشعة السينية على ثابت معين ض (\displaystyle Z)، يختلف بواحد من عنصر إلى عنصر ويساوي واحدًا للهيدروجين:
1 / lect = a Z − b (\displaystyle (\sqrt (1/\lambda )))=aZ-b)، أينأ (\displaystyle أ)و ب (\displaystyle b)- دائم.
ومنه استنتج موسلي أن الثابت الذري الموجود في تجاربه، والذي يحدد الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية المميز ويتوافق مع العدد الذري للعنصر، لا يمكن أن يكون إلا شحنة النواة الذرية، والتي أصبحت تعرف باسم قانون موزلي .
وزن
بسبب الاختلاف في عدد النيوترونات أ − ي (\displaystyle A-Z)نظائر العنصر لها كتل مختلفة م (أ، ض) (\displaystyle M(A,Z))، وهي خاصية مهمة للنواة. في الفيزياء النووية، تقاس كتلة النوى عادة بوحدات الكتلة الذرية ( أ. م.)، لأحد أ. e.m تأخذ 1/12 من كتلة النويدة 12C. تجدر الإشارة إلى أن الكتلة القياسية التي يتم تحديدها عادةً للنويدة هي كتلة الذرة المحايدة. لتحديد كتلة النواة، تحتاج إلى طرح مجموع كتل جميع الإلكترونات من كتلة الذرة (سيتم الحصول على قيمة أكثر دقة إذا أخذت في الاعتبار أيضًا طاقة ربط الإلكترونات بالنواة) .
بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يُستخدم معادل الطاقة للكتلة في الفيزياء النووية. وفقا لعلاقة أينشتاين، كل قيمة جماعية م (\displaystyle M)يتوافق إجمالي الطاقة:
E = M c 2 (\displaystyle E=Mc^(2))، أين ج (\displaystyle c)- سرعة الضوء في الفراغ .العلاقة بين أ. e.m وطاقتها المكافئة بالجول:
ه 1 = 1.660 539 ⋅ 10 − 27 ⋅ (2.997 925 ⋅ 10 8) 2 = 1.492 418 ⋅ 10 − 10 (\displaystyle E_(1)=1(,)660539\cdot 10^(-27)\cdot (2) (,)997925\cdot 10^(8))^(2)=1(,)492418\cdot 10^(-10)), ه 1 = 931.494 (\displaystyle E_(1)=931(,)494).نصف القطر
أدى تحليل تحلل النوى الثقيلة إلى تحسين تقديرات رذرفورد وربط نصف قطر النواة بالعدد الكتلي من خلال علاقة بسيطة:
R = r 0 A 1 / 3 (\displaystyle R=r_(0)A^(1/3)),أين هو ثابت.
نظرًا لأن نصف قطر النواة ليس خاصية هندسية بحتة ويرتبط في المقام الأول بنصف قطر عمل القوى النووية، فإن القيمة ص 0 (\displaystyle r_(0))يعتمد على العملية التي تم خلالها الحصول على القيمة ص (\displaystyle R)، متوسط القيمة ص 0 = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 (\displaystyle r_(0)=1(,)23\cdot 10^(-15))م، وبالتالي فإن نصف قطر النواة بالأمتار:
R = 1 , 23 ⋅ 10 − 15 أ 1 / 3 (\displaystyle R=1(,)23\cdot 10^(-15)A^(1/3)).
لحظات النواة
مثل النيوكليونات التي تشكلها، للنواة لحظاتها الخاصة.
يلف
بما أن النيوكليونات لها عزمها الميكانيكي الخاص، أو دورانها، يساوي 1 / 2 (\displaystyle 1/2)إذن يجب أن تحتوي النوى أيضًا على لحظات ميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، تشارك النيوكليونات في النواة في الحركة المدارية، والتي تتميز أيضًا بزخم زاوي معين لكل نيوكليون. اللحظات المدارية تأخذ قيمًا صحيحة فقط ℏ (\displaystyle \hbar )(ثابت ديراك). يتم تلخيص جميع العزوم الميكانيكية للنيوكليونات، سواء الدورانية أو المدارية، جبريًا وتشكل الدوران المغزلي للنواة.
على الرغم من أن عدد النيوكليونات في النواة يمكن أن يكون كبيرًا جدًا، إلا أن السبينات النووية عادة ما تكون صغيرة ولا تزيد عن عدد قليل ℏ (\displaystyle \hbar )وهو ما يفسره خصوصية تفاعل النيوكليونات التي تحمل الاسم نفسه. تتفاعل جميع البروتونات والنيوترونات المقترنة فقط بطريقة تؤدي إلى إلغاء بعضها البعض، أي أن الأزواج تتفاعل دائمًا مع السبينات المضادة المتوازية. الزخم المداري الإجمالي للزوج هو دائمًا صفر. ونتيجة لذلك، فإن النوى التي تتكون من عدد زوجي من البروتونات وعدد زوجي من النيوترونات ليس لها عزم ميكانيكي. توجد السبينات غير الصفرية فقط للنوى التي تحتوي على نيوكليونات غير متزاوجة؛ ويتم جمع دوران مثل هذا النوكليون مع زخمه المداري وله قيمة نصف عدد صحيح: 1/2، 3/2، 5/2. تحتوي النوى الفردية والفردية على أعداد صحيحة تدور: 1، 2، 3، إلخ.
لحظة مغناطيسية
أصبحت قياسات السبينات ممكنة بفضل وجود لحظات مغناطيسية مرتبطة بها مباشرة. يتم قياسها بالمغنتونات وبالنسبة للنواة المختلفة فهي تساوي −2 إلى +5 مغنطونات نووية. نظرًا لكتلة النيوكليونات الكبيرة نسبيًا، فإن العزم المغناطيسي للنواة صغير جدًا مقارنة بالعزوم المغناطيسية للإلكترونات، مما يجعل قياسها أكثر صعوبة. كما هو الحال مع الدوران، يتم قياس اللحظات المغناطيسية بالطرق الطيفية، والأكثر دقة هي الرنين المغناطيسي النووي.
العزم المغناطيسي للأزواج الزوجية، مثل الدوران، هو صفر. تتشكل اللحظات المغناطيسية للنوى ذات النيوكليونات غير المتزاوجة من العزوم الجوهرية لهذه النيوكليونات واللحظة المرتبطة بالحركة المدارية للبروتون غير المزدوج.
عزم رباعي كهربائي
النوى الذرية التي يكون دورانها أكبر من أو يساوي واحد، لها عزم رباعي غير صفري، مما يشير إلى أنها ليست كروية الشكل تمامًا. يحتوي العزم الرباعي على علامة زائد إذا كانت النواة ممدودة على طول محور الدوران (الجسم المغزلي)، وعلامة ناقص إذا كانت النواة ممتدة في مستوى عمودي على محور الدوران (الجسم العدسي). من المعروف أن النوى ذات العزم الرباعي الموجب والسالب. يؤدي غياب التناظر الكروي في المجال الكهربائي الناتج عن نواة ذات عزم رباعي غير صفري إلى تكوين مستويات طاقة إضافية للإلكترونات الذرية وظهور خطوط بنية فائقة الدقة في أطياف الذرات، تعتمد المسافات بينها على اللحظة الرباعية.
طاقة الاتصالات
استقرار النوى
من حقيقة أن متوسط طاقة الارتباط يتناقص بالنسبة للنويدات ذات الأعداد الكتلية الأكبر أو الأقل من 50-60، فإنه يتبع ذلك بالنسبة للنوى ذات الأعداد الكتلية الصغيرة أ (\displaystyle A)عملية الاندماج مواتية بقوة - الاندماج النووي الحراري، مما يؤدي إلى زيادة في عدد الكتلة، وبالنسبة للنوى ذات الحجم الكبير أ (\displaystyle A)- عملية التقسيم. حاليًا، تم تنفيذ هاتين العمليتين المؤديتين إلى إطلاق الطاقة، حيث تمثل الأخيرة أساس الطاقة النووية الحديثة، والأولى قيد التطوير.
أظهرت الدراسات التفصيلية أن استقرار النوى يعتمد أيضًا بشكل كبير على المعلمة N/Z (\displaystyle N/Z)- نسبة أعداد النيوترونات والبروتونات. في المتوسط للنوى الأكثر استقرارا N / Z ≈ 1 + 0.015 أ 2 / 3 (\displaystyle N/Z\approx 1+0.015A^(2/3))وبالتالي فإن نوى النويدات الخفيفة تكون أكثر استقرارًا عند ن ≈ ض (\displaystyle N\approx Z)ومع زيادة العدد الكتلي، يصبح التنافر الكهروستاتيكي بين البروتونات أكثر وضوحًا، وتتحول منطقة الاستقرار نحو ن>ي (\displaystyle N>Z)(انظر الصورة التوضيحية).
إذا نظرت إلى جدول النويدات المستقرة الموجودة في الطبيعة، يمكنك الانتباه إلى توزيعها على القيم الزوجية والفردية ض (\displaystyle Z)و ن (\displaystyle N). جميع النوى ذات القيم الفردية لهذه الكميات هي نوى من النويدات الخفيفة 1 2 H (\displaystyle ()_(1)^(2)(\textrm (H))), 3 6 لي (\displaystyle ()_(3)^(6)(\textrm (Li))), 5 10 ب (\displaystyle ()_(5)^(10)(\textrm (B))), 7 14 ن (\displaystyle ()_(7)^(14)(\textrm (N))). من بين الأيزوبارات ذات العدد الغريب A، كقاعدة عامة، هناك واحد فقط مستقر. في حالة حتى أ (\displaystyle A)في كثير من الأحيان يكون هناك اثنان أو ثلاثة أو أكثر من الأيزوبارات المستقرة، وبالتالي، فإن الأيزوبارات الزوجية هي الأكثر استقرارًا، والفردية والفردية هي الأقل استقرارًا. تشير هذه الظاهرة إلى أن كلا من النيوترونات والبروتونات تميل إلى التجمع في أزواج ذات دورانات عكسية، مما يؤدي إلى انتهاك سلاسة الاعتماد الموصوف أعلاه لطاقة الربط على أ (\displaystyle A) .
وهكذا فإن تكافؤ عدد البروتونات أو النيوترونات يخلق هامش معين من الاستقرار، مما يؤدي إلى احتمال وجود عدة نويدات مستقرة، تختلف على التوالي في عدد النيوترونات للنظائر وفي عدد البروتونات للنظائر. . كما أن تكافؤ عدد النيوترونات في تركيب النوى الثقيلة يحدد قدرتها على الانشطار تحت تأثير النيوترونات.
القوى النووية
القوى النووية هي القوى التي تحمل النيوكلونات في النواة، وتمثل قوى جذب كبيرة تعمل فقط على مسافات قصيرة. لديهم خصائص التشبع، وبالتالي فإن القوى النووية تعزى إلى طبيعة التبادل (بمساعدة الميزونات باي). تعتمد القوى النووية على الدوران، وهي مستقلة عن الشحنة الكهربائية، وليست قوى مركزية.
مستويات النواة
على عكس الجسيمات الحرة، التي يمكن أن تأخذ طاقتها أي قيمة (ما يسمى بالطيف المستمر)، فإن الجسيمات المرتبطة (أي الجسيمات التي تكون طاقتها الحركية أقل من القيمة المطلقة للطاقة الكامنة)، وفقًا لميكانيكا الكم، يمكنها أن تأخذ أي قيمة. تكون فقط في حالات ذات قيم طاقة منفصلة معينة، ما يسمى بالطيف المنفصل. بما أن النواة عبارة عن نظام من النيوكليونات المرتبطة، فهي تمتلك طيف طاقة منفصل. عادة ما يتم العثور عليه في أدنى حالة طاقة له، تسمى رئيسي. إذا قمت بنقل الطاقة إلى النواة، فسوف تدخل حالة متحمس.
موقع مستويات الطاقة في النواة كتقريب أولي:
D = أ e − ب E ∗ (\displaystyle D=ae^(-b(\sqrt (E^(*)))))، أين:د (\displaystyle D)- متوسط المسافة بين المستويات،
ه ∗ (\displaystyle E^(*))- طاقة الإثارة النووية،
أ (\displaystyle أ)و ب (\displaystyle b)- معاملات ثابتة لنواة معينة:
أ (\displaystyle أ)- متوسط المسافة بين المستويات المثارة الأولى (للنوى الخفيفة حوالي 1 ميجا فولت، للنواة الثقيلة - 0.1 ميجا فولت)
ب (\displaystyle b)- ثابت يحدد معدل تركيز المستويات مع زيادة طاقة الإثارة (للنوى الخفيفة حوالي 2 MeV −1/2، للنواة الثقيلة - 4 MeV −1/2).
مع زيادة طاقة الإثارة، تقترب المستويات بشكل أسرع في النوى الثقيلة، وتعتمد كثافة المستوى أيضًا على تكافؤ عدد النيوترونات في النواة. بالنسبة للنوى ذات الأعداد الزوجية (خاصة السحرية) من النيوترونات، تكون كثافة المستوى أقل من النوى ذات الأعداد الفردية؛ عند طاقات إثارة متساوية، يكون المستوى الأول المثار في النواة التي تحتوي على عدد زوجي من النيوترونات أعلى منه في النواة ذات الأعداد الزوجية. رقم غريب.
يمكن للنواة أن تبقى في جميع الحالات المثارة لفترة محدودة فقط، حتى يتم إزالة الإثارة بطريقة أو بأخرى. تسمى الحالات التي تكون طاقة الإثارة فيها أقل من طاقة الربط لجسيم أو مجموعة من الجزيئات في نواة معينة متعلق ب; في هذه الحالة، لا يمكن إزالة الإثارة إلا عن طريق إشعاع جاما. تسمى الحالات التي تتجاوز فيها طاقة الإثارة طاقة ربط الجزيئات شبه ثابتة. وفي هذه الحالة، قد تبعث النواة جسيمًا أو أشعة جاما.
في أواخر التاسع عشر- في بداية القرن العشرين، أثبت الفيزيائيون أن الذرة جسيم معقد ويتكون من جسيمات أبسط (أولية). تم اكتشاف:
أشعة الكاثود ( فيزيائي إنجليزي J. J. Thomson، 1897)، والتي تسمى جسيماتها بالإلكترونات e - (تحمل وحدة شحنة سالبة)؛
· النشاط الإشعاعي الطبيعي للعناصر (العلماء الفرنسيون - علماء الكيمياء الإشعاعية أ. بيكريل وم. سكلودوفسكا كوري، الفيزيائي بيير كوري، 1896) ووجود جسيمات ألفا (نواة الهيليوم 4 He 2 +)؛
· وجود نواة موجبة الشحنة في مركز الذرة (الفيزيائي الإنجليزي وعالم الكيمياء الإشعاعية إي. رذرفورد، 1911)؛
· التحويل الاصطناعي لعنصر إلى آخر، على سبيل المثال النيتروجين إلى أكسجين (E. Rutherford, 1919). من نواة ذرة عنصر واحد (النيتروجين - في تجربة رذرفورد)، عند اصطدامها بجسيم ألفا، تتكون نواة ذرة عنصر آخر (الأكسجين) وجسيم جديد يحمل وحدة شحنة موجبة ويسمى بروتون (نواة ع +، 1H)
· وجود في نواة الذرة جسيمات متعادلة كهربائيا - النيوترونات ن 0 (الفيزيائي الإنجليزي ج. تشادويك، 1932). ونتيجة البحث وجد أن ذرة كل عنصر (ما عدا 1H) تحتوي على بروتونات ونيوترونات وإلكترونات، مع تركز البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة، والإلكترونات في محيطها (في الغلاف الإلكتروني). .
عادة ما يتم الإشارة إلى الإلكترونات على النحو التالي: e - .
الإلكترونات e خفيفة جدًا، وانعدام الوزن تقريبًا، ولكنها سالبة شحنة كهربائية. وهو يساوي -1. التيار الكهربائي الذي نستخدمه جميعًا هو عبارة عن تيار من الإلكترونات التي تعمل في الأسلاك.
يتم تعيين النيوترونات على النحو التالي: n 0، والبروتونات على النحو التالي: p +.
النيوترونات والبروتونات متطابقة تقريبًا في الكتلة.
عدد البروتونات في النواة يساوي عدد الإلكترونات الموجودة في غلاف الذرة ويتوافق مع الرقم التسلسلي لهذا العنصر في الجدول الدوري.
النواة الذرية
الجزء المركزي من الذرة، والذي يتركز فيه الجزء الأكبر من كتلتها، ويحدد تركيبه العنصر الكيميائي الذي تنتمي إليه الذرة.
تتكون النواة الذرية من نيوكليونات - بروتونات موجبة الشحنة ص + والنيوترونات المحايدة n 0، والتي ترتبط ببعضها البعض من خلال تفاعل قوي. غالبًا ما تسمى النواة الذرية، التي تعتبر فئة من الجسيمات التي تحتوي على عدد معين من البروتونات والنيوترونات، بالنويدة.
يُطلق على عدد البروتونات الموجودة في النواة رقم شحنتها Z - وهذا الرقم يساوي العدد الذري للعنصر الذي تنتمي إليه الذرة في الجدول الدوري.
يُشار إلى عدد النيوترونات في النواة بالحرف N، وعدد البروتونات بالحرف Z. ترتبط هذه الأرقام ببعضها البعض بنسبة بسيطة:
يُطلق على إجمالي عدد النيوكليونات الموجودة في النواة عدد كتلتها A = N + Z، ويساوي تقريبًا متوسط كتلة الذرة الموضحة في الجدول الدوري.
تسمى النوى الذرية التي لها نفس عدد البروتونات وأعداد مختلفة من النيوترونات بالنظائر.
العديد من العناصر لها نظير طبيعي واحد، على سبيل المثال، Be، F، Na، Al، P، Mn، Co، I، Au وبعض العناصر الأخرى. لكن معظم العناصر لها نظيران أو ثلاثة نظائر أكثر استقرارًا.
على سبيل المثال:
النوى الذرية التي لها نفس العدد من النيوترونات، ولكن بأعداد مختلفة من البروتونات تسمى النظائر.
تسمى ذرات العناصر المختلفة التي لها نفس الكتلة الذرية-A إيزوبار.
محتويات المقال
هيكل النواة الذرية.النواة هي الجزء المركزي من الذرة. تتركز فيه الشحنة الكهربائية الموجبة والجزء الأكبر من كتلة الذرة. بالمقارنة مع نصف قطر مدارات الإلكترون، فإن أبعاد النواة صغيرة للغاية: 10-15-10-14 م. تتكون نوى جميع الذرات من البروتونات والنيوترونات، والتي لها نفس الكتلة تقريبًا، ولكن البروتون فقط هو الذي يحمل. شحنة كهربائية. العدد الإجمالي للبروتونات يسمى العدد الذري زالذرة، وهو ما يطابق عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة المحايدة. الجسيمات النووية (البروتونات والنيوترونات)، والتي تسمى النيوكلونات، متماسكة معًا بواسطة قوى قوية جدًا؛ وبحكم طبيعتها، لا يمكن لهذه القوى أن تكون كهربائية ولا جاذبية، ومن حيث الحجم فهي أكبر بكثير من القوى التي تربط الإلكترونات بالنواة.
الفكرة الأولى حول الحجم الحقيقيتم الحصول على النوى من خلال تجارب رذرفورد حول تشتت جسيمات ألفا في رقائق معدنية رقيقة. اخترقت الجسيمات بعمق أغلفة الإلكترونات وانحرفت عندما اقتربت من النواة المشحونة. أشارت هذه التجارب بوضوح إلى صغر حجم النواة المركزية وأشارت إلى طريقة التحديد شحنة نووية. وجد رذرفورد أن جسيمات ألفا تقترب من مركز الشحنة الموجبة على مسافة 10-14 مترًا تقريبًا، مما سمح له باستنتاج أن هذا هو أقصى نصف قطر ممكن للنواة.
وعلى أساس هذه الافتراضات، بنى بور نظريته الكمومية للذرة، والتي نجحت في شرح العناصر المنفصلة الخطوط الطيفيةوالتأثير الكهروضوئي والأشعة السينية والجدول الدوري للعناصر. ومع ذلك، في نظرية بور، اعتبرت النواة شحنة نقطية موجبة.
وتبين أن نوى معظم الذرات ليست صغيرة جدًا فحسب، بل لم يكن لوسائل الإثارة هذه أي تأثير عليها الظواهر البصرية، مثل تفريغ شرارة القوس، واللهب، وما إلى ذلك. كان مؤشر وجود بنية داخلية معينة للنواة هو اكتشاف النشاط الإشعاعي في عام 1896 على يد أ. بيكريل. اتضح أن اليورانيوم، ثم الراديوم، والبولونيوم، والرادون، وما إلى ذلك. لا تنبعث منها الموجات القصيرة فقط الإشعاع الكهرومغناطيسيوالأشعة السينية والإلكترونات (أشعة بيتا)، ولكن أيضًا الجسيمات الأثقل (أشعة ألفا)، ولا يمكن أن تأتي هذه إلا من الجزء الضخم من الذرة. استخدم رذرفورد جسيمات ألفا الراديوم في تجاربه للتشتت، والتي كانت بمثابة الأساس لتكوين أفكار حول الذرة النووية. (في ذلك الوقت كان معروفًا أن جسيمات ألفا هي ذرات هيليوم مجردة من إلكتروناتها؛ لكن السؤال عن سبب انبعاثها من بعض الذرات الثقيلة تلقائيًا لم تتم الإجابة عليه بعد، كما لم تكن هناك فكرة دقيقة عن حجم النواة).
اكتشاف النظائر.
قياسات كتل "أشعة القناة" التي أجراها J. Thomson و F. Aston وباحثون آخرون باستخدام مقاييس الطيف الكتلي الأكثر تقدمًا وبدقة أكبر أعطت المفتاح لبنية النواة وكذلك الذرة ككل . على سبيل المثال، أظهرت قياسات نسبة الشحنة إلى الكتلة أن الشحنة الموجودة على نواة الهيدروجين تبدو وكأنها وحدة شحنة موجبة، تساوي عدديًا شحنة الإلكترون، والكتلة م ص = 1837أنا، أين أنا- كتلة الإلكترون. يمكن للهيليوم أن ينتج أيونات بشحنة مضاعفة، لكن كتلته أكبر بأربعة أضعاف من كتلة الهيدروجين. وهكذا، فإن الفرضية التي عبر عنها سابقًا دبليو بروت بأن جميع الذرات مبنية من ذرات الهيدروجين قد اهتزت بشكل خطير.
وبمقارنة كتلة ذرة النيون بالكتل المعروفة للعناصر الأخرى على مطياف الكتلة الخاص به، اكتشف طومسون في عام 1912 بشكل غير متوقع أنه بدلاً من واحد، فإن النيون يتوافق مع قطعين مكافئين. أظهرت حسابات كتل الجسيمات أن أحد القطع المكافئة يتوافق مع جزيئات كتلتها 20، والآخر كتلته 22. وكان هذا أول دليل على أن ذرات عنصر كيميائي معين يمكن أن يكون لها أعداد كتلية مختلفة. وبما أن العدد الكتلي المقاس (المتوسط) وجد أنه 20.2، فقد اقترح طومسون أن النيون يتكون من نوعين من الذرات، 90% بكتلة 20 و10% بكتلة 22. وبما أن كلا النوعين من الذرات موجودان في الطبيعة مثل مخلوط ولا يمكن فصلهما كيميائيا؛ فتبين أن العدد الكتلي للنيون هو 20.2.
ويشير وجود نوعين من ذرات النيون إلى أن العناصر الأخرى يمكن أن تكون عبارة عن خليط من الذرات. وأظهرت قياسات مطياف الكتلة اللاحقة أن معظم العناصر الطبيعية عبارة عن خليط من اثنين إلى عشرة أنواع مختلفة من الذرات. تسمى ذرات العنصر نفسه ذات الكتل المختلفة بالنظائر. فبعض العناصر لها نظير واحد فقط، وهو ما يتطلب تفسيرًا نظريًا، كما هو الحال مع حقيقة اختلاف وفرة العناصر، وكذلك وجود النشاط الإشعاعي في مواد معينة فقط.
فيما يتعلق باكتشاف النظائر، نشأت مشكلة التوحيد القياسي، حيث كان الكيميائيون قد اختاروا سابقًا "الأكسجين" (16.000000 وحدة كتلة ذرية) كمعيار، والذي تبين أنه خليط من أربعة نظائر. ونتيجة لذلك، تقرر إنشاء مقياس كتلة "فيزيائي"، حيث تم تعيين قيمة نظير الأكسجين الأكثر شيوعًا بقيمة 16.000000 amu. ومع ذلك، في عام 1961، تم التوصل إلى اتفاق بين الكيميائيين والفيزيائيين، والذي بموجبه تم تخصيص النظير الأكثر شيوعًا للكربون 12 بـ 12.00000 amu. حيث أن عدد الذرات الموجودة في 1 مول من النظير يساوي عدد أفوجادرو ن 0، نحصل على
لاحظ أن وحدة الكتلة الذرية تتضمن كتلة إلكترون واحد، وكتلة أخف نظائر الهيدروجين أكبر بنسبة 1% تقريبًا من 1 amu.
اكتشاف النيوترون.
اكتشاف النظائر لم يوضح مسألة بنية النواة. بحلول هذا الوقت، كانت البروتونات فقط - نوى الهيدروجين والإلكترونات - معروفة، وبالتالي كان من الطبيعي محاولة تفسير وجود النظائر من خلال مجموعات مختلفة من هذه الجزيئات المشحونة إيجابيا وسلبيا. قد يعتقد المرء أن النوى تحتوي على أالبروتونات، حيث أ- العدد الكتلي، و من الألف إلى الياءالإلكترونات. في هذه الحالة، إجمالي الشحنة الموجبة يتزامن مع العدد الذري ز.
مثل هذه الصورة البسيطة للنواة المتجانسة في البداية لم تتعارض مع الاستنتاج حول صغر حجم النواة الذي أعقب تجارب رذرفورد. "نصف القطر الطبيعي" للإلكترون ص 0 = ه 2 /مولودية 2 (والتي يتم الحصول عليها إذا قمنا بمساواة الطاقة الكهروستاتيكية ه 2 /ص 0 شحنة موزعة على غلاف كروي، طاقة الإلكترون الخاصة مولودية 2) هو ص 0 = 2.82 × 10 –15 م. مثل هذا الإلكترون صغير بما يكفي ليكون داخل نواة يبلغ نصف قطرها 10 –14 م، على الرغم من أنه سيكون من الصعب وضع عدد كبير من الجسيمات هناك. في عام 1920، نظر رذرفورد وعلماء آخرون في إمكانية وجود مزيج مستقر من البروتون والإلكترون لإنتاج جسيم محايد بكتلة تقريبية كتلة متساويةبروتون. ومع ذلك، بسبب نقص الشحنة الكهربائية، سيكون من الصعب اكتشاف هذه الجسيمات. ومن غير المرجح أن يتمكنوا من إخراج الإلكترونات من الأسطح المعدنية الموجات الكهرومغناطيسيةمع التأثير الكهروضوئي.
وبعد عقد من الزمن فقط، وبعد دراسة النشاط الإشعاعي الطبيعي بعمق، وبدء استخدام الإشعاع الإشعاعي على نطاق واسع لإحداث التحول الاصطناعي للذرات، تم إثبات وجود مكون جديد للنواة بشكل موثوق. في عام 1930، قام دبليو بوث وجي. بيكر من جامعة جيسن بتشعيع الليثيوم والبريليوم بجسيمات ألفا وسجلوا الإشعاع المخترق الناتج باستخدام عداد جيجر. وبما أن هذا الإشعاع لم يتأثر بالكهرباء و المجالات المغناطيسيةوكان يتمتع بقوة اختراق كبيرة، وخلص الباحثون إلى أن إشعاع جاما الصلب ينبعث منه. في عام 1932، كرر ف. جوليو وإ. كوري تجاربهما مع البريليوم، حيث مررا مثل هذا الإشعاع المخترق من خلال كتلة البارافين. ووجدوا أن بروتونات عالية الطاقة بشكل غير عادي انبثقت من البارافين وخلصوا إلى أن أشعة جاما متناثرة عبر البارافين وأنتجت البروتونات. (في عام 1923 تم اكتشاف أن الأشعة السينية تنتشر بواسطة الإلكترونات، مما أدى إلى ظهور تأثير كومبتون).
كرر ج. تشادويك التجربة. كما استخدم البارافين، وباستخدام غرفة التأين (الشكل 1)، حيث تم جمع الشحنة الناتجة عندما تم إخراج الإلكترونات من الذرات، وقام بقياس نطاق البروتونات الارتدادية.
استخدم تشادويك أيضًا غاز النيتروجين (في غرفة السحاب، حيث تتكثف قطرات الماء على طول مسار الجسيم المشحون) لامتصاص الإشعاع وقياس مدى ذرات ارتداد النيتروجين. وبتطبيق قوانين حفظ الطاقة والزخم على نتائج كلتا التجربتين، توصل إلى استنتاج مفاده أن الإشعاع المحايد المكتشف كان لاإشعاع جاما، ولكنه عبارة عن تيار من الجسيمات ذات كتلة قريبة من كتلة البروتون. أظهر تشادويك أيضًا أن المصادر المعروفة لإشعاع جاما لا تطرد البروتونات.
وهذا يؤكد وجود جسيم جديد يسمى الآن النيوترون. وقد حدث انشطار معدن البريليوم على النحو التالي:
اصطدمت جسيمات ألفا 4 2 He (الشحنة 2، عدد الكتلة 4) بنواة البريليوم (الشحنة 4، عدد الكتلة 9)، مما أدى إلى تكوين الكربون والنيوترون.
كان اكتشاف النيوترون خطوة مهمة إلى الأمام. يمكن الآن تفسير الخصائص المرصودة للنوى من خلال اعتبار النيوترونات والبروتونات أجزاء مكونة للنواة. في الشكل. يوضح الشكل 2 بشكل تخطيطي بنية العديد من النوى الخفيفة.
ومن المعروف الآن أن النيوترون أثقل بنسبة 0.1% من البروتون. تخضع النيوترونات الحرة (خارج النواة) للتحلل الإشعاعي، لتصبح بروتونًا وإلكترونًا. وهذا يذكرنا بالفرضية الأصلية للجسيم المركب المحايد. ومع ذلك، داخل النواة المستقرة، ترتبط النيوترونات بالبروتونات ولا تضمحل تلقائيًا.
الاتصالات النووية.
إن افتراض بروت الأصلي بأن جميع الكتل الذرية يجب أن تكون مضاعفات صحيحة لكتلة ذرة الهيدروجين قريب جدًا من الحقيقة، خاصة عند تطبيقه على النظائر. الانحرافات صغيرة للغاية، دائمًا لا تزيد عن 1%، وفي معظم الحالات لا تزيد عن 0.1%. تم تقديم دراسة مفصلة لكتل النظائر إلى من أعلى درجةالكمال: خطأ القياس حاليًا، كقاعدة عامة، لا يتجاوز عدة أجزاء من المليون.
لقد ثبت أن عدد النيوترونات يتطابق تقريباً مع عدد البروتونات في الذرة، أي.
في الواقع، تحتوي النوى الأثقل على بعض النيوترونات الزائدة. نظرًا لأن النيوترون غير مشحون، فإن القوى التي تحمل النيوترونات والبروتونات في النواة ليست ذات طبيعة كهروستاتيكية؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن الرسوم المتشابهة تتنافر. تشير حقيقة صعوبة انقسام النوى إلى وجودها قوى عظيمةالجذب النووي. وعلى الرغم من المسافات الصغيرة، فإن جاذبية الجاذبية بين النيوكليونات لا تزال ضعيفة للغاية بحيث لا تضمن استقرار النواة.
وفقا لأينشتاين، فإن الطاقة الإجمالية للنظام المعزول محفوظة، والكتلة هي شكل من أشكال الطاقة: ه = مولودية 2. من أجل تقسيم نظام مرتبط مثل نواة الذرة المستقرة إلى النيوترونات والبروتونات المكونة لها، يجب أن يعطى طاقة. وهذا يعني أن كتلة النيوترونات والبروتونات تتجاوز كتلة النواة بنسبة
د M = ZM p + NM n – M A,Z,
أين النائبو م ن- كتل البروتونات والنيوترونات الحرة، و م أ,ز– كتلة النواة المشحونة زوالعدد الكتلي أ. ويسمى هذا الاختلاف في الكتلة، المعبر عنه بوحدات الطاقة، طاقة الربط. عامل التحويل هو:
1 أمو = 931.14 ميجا فولت،
حيث 1 MeV = 10 6 eV. وبالتالي فإن الطاقة الملزمة إي ب= د مولودية 2 هي الطاقة اللازمة لتقسيم النواة إلى نيوترونات وبروتونات فردية.
متوسط طاقة الربط لكل نيوكليون هو إي ب/أيتغير بشكل منتظم تمامًا مع زيادة عدد النيوكليونات في النواة (الشكل 3). أخف نواة بعد البروتون هي الديوترون 2 1 H، ويتطلب انشطارها طاقة قدرها 2.2 ميغا إلكترون فولت، أي 2.2 ميغا إلكترون فولت. 1.1 ميجا فولت لكل نيوكليون. يرتبط جسيم ألفا 4 2 بقوة أكبر بكثير من جيرانه: طاقة ربطه تبلغ 28 MeV. بالنسبة للنوى ذات العدد الكتلي الأكبر من 20، يظل متوسط طاقة الارتباط لكل نيوكليون ثابتًا تقريبًا، أي ما يعادل 8 ميجا إلكترون فولت تقريبًا.
طاقة الربط للنواة أعلى بعدة مرات من طاقة الربط لإلكترونات التكافؤ في الذرة والذرات في الجزيء. ولإزالة الإلكترون الوحيد من ذرة الهيدروجين، تكون طاقة قدرها 13.5 فولت كافية؛ ولإزالة الإلكترونات الداخلية في الرصاص، والتي تكون شديدة الارتباط، يلزم طاقة قدرها 0.1 MeV. وبالتالي فإن جميع العمليات النووية تنطوي على طاقات أعلى بكثير من تلك التي نتعامل معها في التفاعلات الكيميائية العادية أو في درجات الحرارة والضغوط العادية.
النشاط الإشعاعي الطبيعي.
بدأت الفيزياء النووية بظاهرة النشاط الإشعاعي الطبيعي. إن إشعاعات ألفا وبيتا وجاما المنبعثة من اليورانيوم هي من أصل نووي، في حين أن الأطياف الضوئية والأشعة السينية تتوافق مع البنية الإلكترونية للذرة. وتبين أن جسيمات ألفا هي نواة الهيليوم. تتطابق جسيمات بيتا من حيث الشحنة والكتلة مع إلكترونات غلاف الذرة، لكن أصلها النووي ظهر بوضوح من خلال التغير في شحنة النواة المتحللة. بالإضافة إلى ذلك، فإن طاقة إشعاع جاما تتجاوز بشكل كبير الطاقة التي يمكن أن تنبعث من الإلكترونات من الغلاف الخارجي للذرة، وبالتالي فإن هذا الإشعاع المخترق هو من أصل نووي.
بعض العناصر الطبيعية ذات الأعداد الذرية العالية (اليورانيوم، الثوريوم، الأكتينيوم) لها نظائر مشعة، والتي تضمحل لتنتج نظائر مشعة أخرى (مثل الراديوم) وفي النهاية الرصاص المستقر. إن عمر النظير "الأم" في كل حالة يمكن مقارنته بعمر الأرض، والذي يقدر بـ 10 مليارات سنة. من المفترض أنه خلال تكوين الأرض كان هناك عدد كبير المواد المشعةومع ذلك، فقد تم منذ فترة طويلة تحويل العناصر قصيرة العمر إلى منتجات نهائية مستقرة. من الممكن أن بعض النظائر التي تسمى "المستقرة" تضمحل بالفعل، ولكن فترات اضمحلالها ("أوقات الحياة") طويلة جدًا بحيث لا يمكن قياسها بالطرق الحالية.
يرجع الدور المهم للنشاط الإشعاعي في الفيزياء النووية إلى حقيقة أن الإشعاع الإشعاعي يحمل معلومات حول أنواع الجزيئات ومستويات الطاقة في النواة. على سبيل المثال، يشير انبعاث جسيمات ألفا من النواة والثبات النسبي لتكوين بروتونين ونيوترونين بشكل غير مباشر إلى احتمال وجود جسيمات ألفا داخل النواة.
إن التمييز بين النشاط الإشعاعي الطبيعي والنشاط الإشعاعي الاصطناعي ليس مهمًا جدًا لفهم بنية النواة، لكن دراسة السلاسل الإشعاعية الطبيعية سمحت باستنتاجات مهمة حول عمر الأرض واستخدام مثل هذه العناصر كمصادر لقصف الجسيمات قبل وقت طويل من الجسيمات. تم اختراع المسرعات.
التحولات الاصطناعية للنوى.
أظهرت التجارب التي أجريت على العناصر المشعة بشكل طبيعي أن معدل الانحلال الإشعاعي لا يمكن أن يتأثر بالوسائل الفيزيائية العادية: الحرارة والضغط وما إلى ذلك. وهكذا، بدا في البداية أنه لا توجد طريقة فعالة لدراسة بنية النظائر المستقرة طبيعيا. ومع ذلك، اكتشف رذرفورد في عام 1919 أنه يمكن تقسيم النوى عن طريق قصفها بجسيمات ألفا. وكان العنصر الأول الذي تم تقسيمه هو النيتروجين، الذي ملأ حجرة السحابة على شكل غاز. اصطدمت جسيمات ألفا المنبعثة من مصدر الثوريوم مع نوى النيتروجين وامتصتها، مما أدى إلى انبعاث البروتونات السريعة. وفي الوقت نفسه كان هناك رد فعل
ونتيجة لهذا التفاعل تتحول ذرة النيتروجين إلى ذرة أكسجين. في هذا المثال، طاقات ربط النوى تشبه الحرارة التي يتم إطلاقها عندما تفاعل كيميائيعلى الرغم من أنها تتجاوز ذلك بشكل كبير. وبعد ذلك تم الحصول على نتائج مماثلة مع العديد من العناصر الأخرى. وباستخدام طرق مختلفة، من الممكن قياس طاقات وزوايا انبعاث الجسيمات المشحونة المنبعثة، مما يسمح بإجراء تجارب كمية.
كانت الخطوة التالية هي الاكتشاف الذي قام به جي كوكروفت وإي. والتون في عام 1932. فقد وجدوا أن حزم البروتونات المتسارعة صناعيًا والتي تبلغ طاقتها 120 كيلو إلكترون فولت (أي أقل بكثير من طاقة جسيمات ألفا في تجارب رذرفورد) قادرة على التسبب في عملية تقسيم ذرات الليثيوم جارية
يتم إطلاق نواتي الهيليوم (جسيمات ألفا) في وقت واحد في اتجاهين متعاكسين. السبب وراء حدوث هذا التفاعل عند الطاقة المنخفضة هو الترابط القوي بين جسيمات ألفا؛ إن إضافة بروتون إلى كتلة نواة 7 Li يضفي طاقة تساوي تقريبًا كتلتي جسيمات ألفا. الطاقة المتبقية اللازمة لحدوث التفاعل تأتي من الطاقة الحركية للبروتونات المقذوفة.
الجميع العناصر المعروفةويمكن تحويل النظائر الموجودة طبيعيا "بشكل مصطنع" إلى عناصر مجاورة. وتبين أن كل هذه النظائر الجديدة مشعة، ولكنها تتحول نتيجة الاضمحلال اللاحق إلى نظائر مستقرة. تم الحصول على عناصر جديدة، حتى العنصر ذو الرقم التسلسلي 103؛ وتبين أنها جميعها مشعة ولها نصف عمر قصير نسبيًا. حاليا، أكثر من 1000 نظائر معروفة.
مستويات الطاقة للنوى والنماذج النووية.
لقد أثبتت دراسة التفاعلات النووية بشكل مقنع وجود مستويات الطاقة النووية. تمثل هذه المستويات حالات النواة ذات طاقة معينة، والتي يتم تعيين أرقام كمية معينة لها، تمامًا مثل مستويات الطاقة في الذرة. قياسا على التحليل الطيفي البصري، فإن دراسة الإشعاع المنبعث من النواة أثناء التحولات بين مستويات الطاقة تسمى التحليل الطيفي النووي. ومع ذلك، كما يتبين من الشكل. 4. المسافة بين مستويات الطاقة في النوى أكبر بكثير منها بين المستويات الإلكترونية للذرات. الإشعاع النوويبالإضافة إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي، يشمل أيضًا الإشعاع الصادر من الإلكترونات والبروتونات وجسيمات ألفا والجسيمات من الأنواع الأخرى.
ومما يدل على وجود مستويات طاقة منفصلة في النواة أن إثارة النواة المؤدي إلى انبعاث الإشعاع لا يحدث إلا عند طاقات معينة للجسيمات القاذفة، كما أن طاقات الجسيمات المنبعثة تتوافق مع التحولات بين مستويات معينة. على سبيل المثال، يمكن قياس عدد البروتونات المنتجة عند قصف البورون-10 بالديوترونات أحادية الطاقة نتيجة للتفاعل
وتحديد نبضاتها عن طريق الانحراف في المجال المغناطيسي. يظهر الشكل 1 طيف البروتونات المسجل من هدف يحتوي على البورون مع شوائب من الكربون والنيتروجين والسيليكون. 4. تظهر القمم الحادة بوضوح أن طاقة النواة مكممة مثل طاقة الذرة.
في الشكل. يوضح الشكل 5 رسمًا تخطيطيًا لمستويات الطاقة لنواة البورون-11 (11 فولت)، مع التعبير عن طاقات الإثارة بوحدة MeV. التوزيع غير المتكافئ لمستويات الطاقة النووية، وهو أمر غير نموذجي لتوزيع مستويات الطاقة الذرية، يرجع إلى التعبئة الأكثر كثافة للنوى والتفاعل الأقوى بين الجزيئات داخل النواة. من المستويات المثارة المقابلة لنواة 10B التي تقصفها الديوترونات بطاقة 1.51 ميغا إلكترون فولت، يمكن أن تحدث التحولات إلى أي من المستويات الموجودة أدناه، مصحوبة بانبعاث البروتونات. إذا ظلت النواة 11B، بعد انبعاث البروتون، في حالة مثارة، فإنها يمكن أن تتحلل بعد ذلك، وتمر إلى الحالة "الأرضية" الأدنى مع انبعاث واحد أو أكثر من أشعة جاما.
في الوقت الحاضر، لا يوجد تفسير ثابت وموحد لأسباب ظهور مستويات الطاقة النووية، ولكن هناك عدد من النظريات التي يمكن أن تفسر بعض الظواهر. أحدها هو "نموذج القشرة"، الذي استعار من الفيزياء الذرية فكرة بنية قشرة الذرة، وطبقها على تحليل تكوينات النيوترونات والبروتونات داخل النواة.
في عام 1932، لاحظ ج. بارتليت أن جميع النوى المستقرة الواقعة بين 4 He و16 O تنتمي إلى التسلسل
4هو + ن + ع + ن + ص +...,
بينما بين 16 O و36 Ar يأخذ تسلسل مماثل الشكل
16 س+ ن + ن + ع + ع + ن + ن +....
واقترح أن هذه التغييرات في التسلسل تعكس الترتيب الذي تمتلئ به الأصداف بالنيوترونات والبروتونات. يعمل مبدأ استبعاد باولي في حالة الجسيمات النووية بنفس الطريقة تمامًا كما في حالة الإلكترونات، ويؤدي في نموذج الغلاف إلى حقيقة أن الغلاف الأول يمكن أن يحتوي على بروتونين ونيوترونين فقط، ويمكن أن يحتوي الثاني على بروتونين ونيوترونين. ستة من كلا الجزيئين (مملوءة بـ 16 O) وعلى الثالث بعشرة (مملوءة بـ 36 Ar). يستمر وجود الدورية في بنية النوى في الظهور، على الرغم من وجود بعض الانحرافات. يمكن تفسير وجود "أرقام سحرية" معينة (2، 8، 20، 28، 50، 82 و126) من النيوترونات والبروتونات في النوى التي تتوافق مع قمم منحنى طاقة الربط، على أساس نموذج الغلاف المعدل (يسمى نموذج الجسيمات المستقلة)، والذي يسمح بالتنبؤ بشكل صحيح بالدوران والعزوم المغناطيسية للنواة. على سبيل المثال، فإن دورات النوى ذات الأغلفة المملوءة، كما تنبأ هذا النموذج، تساوي الصفر. ومع ذلك، وعلى الرغم من المزايا العديدة، فإن الإصدارات المتاحة من نموذج القشرة لا تزال لا تفسر جميع الظواهر النووية، وهو أمر ليس مفاجئا في ضوء البنية المعقدة للنواة.
النواة المركبة والنموذج القطرى
في النوى الأثقل، يكون عدد النيوكليونات كبيرًا جدًا بحيث يمكن إعادة إنتاج العديد من أنماط سلوك هذه النوى بشكل أفضل من خلال نموذج القطرة. تم اقتراح هذا النموذج في عام 1936 من قبل ن. بور لشرح العمر الطويل للنوى المثارة التي تكونت أثناء التقاط النيوترونات البطيئة. (في هذه الحالة، يُفهم العمر على أنه الوقت من لحظة إثارة النواة حتى اللحظة التي تفقد فيها طاقة الإثارة نتيجة لانبعاث الإشعاع.) وتبين أن العمر أطول بمليون مرة من الوقت اللازمة لعبور النيوترون النواة (10-22 ثانية). وهذا يدل على أن النواة المثارة هي نظام معين ("النواة المركبة")، وعمرها أطول بكثير من وقت تكوينها.
اقترح بور أن التفاعل النووي يتم على مرحلتين. في المرحلة الأولى، يدخل الجسيم الحادث إلى النواة المستهدفة، ويشكل "نواة مركبة"، حيث يفقد طاقته الأولية في العديد من الاصطدامات، ويوزعها بين النوى الأخرى للنواة. ونتيجة لذلك، لا يمتلك أي من الجسيمات الطاقة اللازمة للهروب من النواة. المرحلة الثانية، وهي اضمحلال نواة المركب، وتحدث بعد مرور بعض الوقت عندما تتركز الطاقة بالصدفة على أحد الجزيئات أو تفقد على شكل إشعاع غاما. ويعتقد أن المرحلة الثانية مستقلة عن تفاصيل آلية تكوين النواة المركبة. يتم تحديد نوع الاضمحلال فقط من خلال تشغيل الخيارات الممكنة.
وكتشبيه بسيط لهذه الصورة للتفاعل النووي، اقترح بور النظر في سلوك القطرة. تعمل القوى بين جزيئات مثل هذه القطرة، وتربطها ببعضها البعض وتمنع التبخر حتى يتم توفير الحرارة من الخارج. ظهور جزيء آخر مع إضافة الطاقة الحركيةيؤدي نتيجة إعادة توزيعه الإحصائي إلى زيادة درجة حرارة القطرة ككل. وبعد مرور بعض الوقت، يمكن أن يؤدي التركيز العشوائي للطاقة على الجزيء إلى تبخره. تم تطوير نظرية بور بالتفصيل وجعلت من الممكن بناء صورة متسقة للتفاعلات النووية المختلفة، بما في ذلك التفاعلات تحت تأثير النيوترونات والجسيمات المشحونة ذات الطاقات المتوسطة (حتى 100 ميغا إلكترون فولت). وتبين أن مفاهيم درجة الحرارة النووية، والسعة الحرارية النوعية، وتبخر الجسيمات، التي تم تقديمها عن طريق القياس، كانت مفيدة. على سبيل المثال، تبين أن التوزيع الزاوي للجسيمات "المتبخرة" مستقل عن اتجاه الجسيم الساقط، أي. متناحي الخواص، حيث يتم فقدان جميع المعلومات المتعلقة بالاتجاه الأصلي في مرحلة وجود النواة المركبة.
تبين أن نموذج القطرة له قيمة خاصة في تفسير ظاهرة الانشطار النووي، عندما يكون امتصاص نيوترون بطيء واحد كافيا لتقسيم نواة اليورانيوم إلى جزأين متساويين تقريبا مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. يسبب التنافر الكهروستاتيكي للبروتونات بعض عدم الاستقرار النووي، والذي يتم التغلب عليه عادةً بواسطة القوى النووية التي توفر طاقة ملزمة. ولكن مع زيادة درجة الحرارة النووية لـ "الهبوط" الكروي، قد تحدث تذبذبات فيه، ونتيجة لذلك يتشوه الانخفاض إلى شكل إهليلجي. وإذا استمر تشوه النواة، فقد يسود التنافر الكهروستاتيكي بين نصفيها المشحونين إيجابيا، ومن ثم يحدث انقسامها.
أبعاد وشكل النواة.
لأول مرة، تم تقدير حجم النواة بشكل صحيح بواسطة رذرفورد، باستخدام تشتت جسيمات ألفا لهذا الغرض. أظهرت تجاربه الأولى أن أبعاد الجزء المشحون من النواة تبلغ حوالي 10-14 م. وفي وقت لاحق، أتاحت التجارب الأكثر دقة إثبات أن نصف قطر النواة يتناسب تقريبًا مع A 1/3، وبالتالي فإن نصف قطر النواة يتناسب تقريبًا مع A 1/3. كثافة المادة النووية ثابتة تقريبًا. (إنه ضخم: 100.000 طن/ملم 3.)
ومع اكتشاف النيوترون، أصبح من الواضح أنه يمثل وسيلة مثالية لدراسة النواة، حيث أن الجسيمات المحايدة، التي تمر على مسافة كبيرة من النواة، لا تنحرف بالشحنة النووية. بمعنى آخر، يصطدم النيوترون بالنواة إذا كانت المسافة بين مراكزها أقل من مجموع أنصاف أقطارها، وبخلاف ذلك لا ينحرف. أظهرت تجارب تشتيت شعاع النيوترونات أن نصف قطر النواة (بافتراض الشكل الكروي) يساوي:
ر = ص 0 أ 1/3 ,
ص 0 » 1.4 س 10 -15 م.
وبالتالي، فإن نصف قطر نواة اليورانيوم 238 هو 8.5 × 10 –15 م. والقيمة الناتجة تتوافق مع نصف قطر عمل القوى النووية؛ فهو يميز المسافة من مركز النواة التي يبدأ عندها النوكليون الخارجي المحايد في "الشعور" بتأثيره لأول مرة. هذه القيمة لنصف القطر النووي قابلة للمقارنة بالمسافة من مركز النوى التي تنتشر فيها جسيمات ألفا والبروتونات.
إن تشتت جسيمات ألفا والبروتونات والنيوترونات بواسطة النوى يرجع إلى عمل القوى النووية؛ وبالتالي، فإن قياسات نصف القطر النووي هذه توفر تقديرًا لنصف قطر عمل القوى النووية. يتم تحديد تفاعل الإلكترونات مع النوى بالكامل تقريبًا بواسطة القوى الكهربائية. ولذلك، يمكن استخدام تشتت الإلكترون لدراسة شكل توزيع الشحنة في النواة. قدمت التجارب التي أجريت على الإلكترونات ذات الطاقة العالية جدًا والتي أجراها ر. هوفستاتر في جامعة ستانفورد معلومات مفصلة حول توزيع الشحنة الموجبة على طول نصف قطر النواة. في الشكل. يوضح الشكل 6 التوزيع الزاوي للإلكترونات ذات طاقة 154 MeV متناثرة بواسطة نوى الذهب. يصف المنحنى العلوي التوزيع الزاوي المحسوب على افتراض أن الشحنة الموجبة تتركز عند نقطة ما؛ ومن الواضح أن البيانات التجريبية لا تتوافق مع هذا الافتراض. يتم التوصل إلى اتفاق أفضل بكثير في ظل افتراض التوزيع الموحد للبروتونات في جميع أنحاء حجم النواة (المنحنى السفلي). ومع ذلك، تبين أن "نصف قطر الشحنة" أصغر بحوالي 20% من نصف قطر "القوة النووية" الذي تم الحصول عليه من بيانات تشتت النيوترونات. وهذا قد يعني أن توزيع البروتونات في النواة يختلف عن توزيع النيوترونات.
القوى النووية والميزونات.
تم الكشف بوضوح عن نصف قطر عمل القوى النووية لأول مرة في تجارب التشتت التي أجراها رذرفورد. تواجه جسيمات ألفا التي تقترب من مركز النواة ما يصل إلى 10-14 مترًا قوى تختلف علامتها وحجمها عن التنافر الكهروستاتيكي العادي. أظهرت التجارب اللاحقة باستخدام النيوترونات وجود قوى كبيرة قصيرة المدى بين جميع النيوكليونات. تختلف هذه القوى عن القوى الكهروستاتيكية المعروفة قوى الجاذبيةوالتي لا تختفي حتى على مسافات كبيرة جدًا. القوى النووية هي قوى الجذب التي تنبع مباشرة من حقيقة وجود نوى مستقرة، على الرغم من التنافر الكهروستاتيكي للبروتونات فيها. القوى النووية بين أي زوج من النيوكليونات (النيوترونات والبروتونات) هي نفسها؛ ويظهر ذلك من خلال مقارنة مستويات الطاقة في “النوى المرآة” التي تختلف عن بعضها البعض حيث يتم استبدال البروتونات فيها بالنيوترونات والعكس صحيح. تصل القوى النووية ضمن نطاق عملها إلى أحجام كبيرة جدًا. تبلغ الطاقة الكامنة الكهروستاتيكية لبروتونين يقعان على مسافة 1.5 × 10 -15 مترًا عن بعضهما البعض 1 ميجا فولت فقط، وهو أقل بـ 40 مرة من الطاقة الكامنة النووية. تُظهر القوى النووية أيضًا التشبع، نظرًا لأن النوكليون المعين لا يمكنه التفاعل إلا مع عدد محدود من النوكليونات الأخرى. ومن هنا النمو الأولي السريع (مع تزايد أ) متوسط طاقة الربط لكل نيوكليون (الشكل 3)، والثبات النسبي لهذه الطاقة في المستقبل. (إذا تفاعل كل نيوكليون مع جميع النيوكليونات الموجودة في النواة، فإن طاقة الارتباط لكل نيوكليون ستزداد دائمًا بما يتناسب مع أ.)
حتى الآن لا توجد نظرية مرضية للقوى النووية، وتجري دراسة المشكلة بشكل مكثف تجريبيا ونظريا. ومع ذلك، فإن العديد من الأفكار التي تقوم عليها "نظرية الميزون للقوى النووية"، التي نشرها هـ. يوكاوا عام 1935، تبين أنها تتفق مع الحقائق التجريبية. وافترض يوكاوا أن الجذب الذي يحمل النيوكلونات داخل النواة ينشأ بسبب وجود "كمات" مجال معين، تشبه الفوتونات (الكمات الضوئية) للمجال الكهرومغناطيسي وتضمن تفاعل الشحنات الكهربائية. ويترتب على نظرية المجال الكمي أن نصف قطر عمل القوة يتناسب عكسيا مع كتلة الكم المقابل؛ في حالة المجال الكهرومغناطيسي، تكون كتلة الكوانتا - الفوتونات - صفرًا، ونصف قطر عمل القوى لا نهائي. تبين أن كتلة كمات المجال النووي (التي تسمى "الميزونات")، المحسوبة من نصف قطر عمل القوى النووية المقاسة تجريبيًا، أكبر بحوالي 200 مرة من كتلة الإلكترون.
تم تعزيز موقف نظرية يوكاوا بعد أن اكتشف ك. أندرسون وس. نيدرماير في عام 1936 جسيمًا جديدًا بكتلة تبلغ حوالي 200 كتلة إلكترون (يُسمى الآن الميون)، والذي اكتشفوه باستخدام غرفة السحابة في الأشعة الكونية. (في عام 1932 اكتشف أندرسون "البوزيترون"، وهو إلكترون موجب). في البداية بدا أنه تم العثور على كوانتا القوى النووية، لكن التجارب اللاحقة كشفت عن ظرف محبط: "مفتاح القوى النووية" لا يتفاعل مع النوى! ولم يتضح هذا الوضع المربك إلا بعد أن اكتشف س. باول جسيمًا له كتلة مناسبة يتفاعل مع النوى في عام 1947. وتبين أن هذا الجسيم (الذي يُسمى باي ميسون، أو بيون) غير مستقر ويتحلل تلقائيًا ويتحول إلى ميون. وكان البي ميسون مناسبًا لدور جسيم يوكاوا، وقد تمت دراسة خصائصه بتفصيل كبير من قبل الفيزيائيين الذين استخدموا الأشعة الكونية والمسرعات الحديثة لهذه الأغراض.
على الرغم من أن وجود الميزونات باي شجع مؤيدي نظرية يوكاوا، فقد ثبت أنه من الصعب جدًا التنبؤ بشكل صحيح بمثل هذه الخصائص التفصيلية للقوى النووية مثل تشبعها، وطاقات الارتباط، وطاقات المستوى النووي. لقد منعتنا الصعوبات الرياضية من تحديد ما تتنبأ به هذه النظرية بالضبط. وقد أصبح الوضع أكثر تعقيدا مع اكتشاف أنواع جديدة من الميزونات التي يعتقد أنها مرتبطة بالقوى النووية.
النواة الذرية
النواة الذرية
النواة الذرية
- الجزء المركزي والمضغوط للغاية من الذرة، حيث تتركز كل كتلتها تقريبًا وجميع الشحنات الكهربائية الموجبة. النواة، التي تحمل الإلكترونات بالقرب من نفسها بواسطة قوى كولوم بكمية تعوض شحنتها الإيجابية، تشكل ذرة محايدة. معظم النوى لها شكل قريب من الكروي ويبلغ قطرها ≈ 10 -12 سم، وهو أصغر بأربع مرات من قطر الذرة (10 -8 سم). وتبلغ كثافة المادة في اللب حوالي 230 مليون طن/سم3.
تم اكتشاف النواة الذرية في عام 1911 نتيجة لسلسلة من التجارب على تشتت جسيمات ألفا بواسطة رقائق الذهب والبلاتين الرقيقة، التي أجريت في كامبريدج (إنجلترا) تحت إشراف إي. رذرفورد.
وفي عام 1932، وبعد اكتشاف النيوترون هناك على يد ج. تشادويك، أصبح من الواضح أن النواة تتكون من بروتونات ونيوترونات
(V. Heisenberg، D. D. Ivanenko، E. Majorana).
لتسمية نواة ذرية، يتم استخدام رمز العنصر الكيميائي للذرة الذي يحتوي على النواة، والمؤشر الأيسر العلوي لهذا الرمز يوضح عدد النيوكليونات (العدد الكتلي) في هذه النواة، والمؤشر الأيسر السفلي يوضح عدد النيوكليونات (العدد الكتلي) في هذه النواة. عدد البروتونات فيه . على سبيل المثال، يتم تحديد نواة النيكل التي تحتوي على 58 نيوكليون، منها 28 بروتونًا. يمكن أيضًا تسمية هذا اللب نفسه بـ 58 Ni أو النيكل -58.النواة عبارة عن نظام من البروتونات والنيوترونات المكتظة بكثافة تتحرك بسرعة 10 · 9 -10 · 10 سم / ثانية وتحتفظ بها قوى نووية قوية وقصيرة المدى ذات جاذبية متبادلة (تقتصر منطقة عملها على مسافات ≈ 10 -13 سم).
يبلغ حجم البروتونات والنيوترونات حوالي 10 - 13 سم، ويعتبران بمثابة اثنين
عالم النواة متنوع للغاية. ومن المعروف أن حوالي 3000 نواة تختلف عن بعضها البعض إما في عدد البروتونات، أو في عدد النيوترونات، أو كليهما.
يتم الحصول على معظمها بشكل مصطنع. فقط 264 نواة مستقرة، أي. لا تواجه أي تحولات عفوية مع مرور الوقت، تسمى الاضمحلال. تجربة الآخرينأشكال مختلفة
الاضمحلال – اضمحلال ألفا (انبعاث جسيم ألفا، أي نواة ذرة الهيليوم)؛ اضمحلال بيتا (الانبعاث المتزامن للإلكترون والنيوترينو المضاد أو البوزيترون والنيوترينو، وكذلك امتصاص الإلكترون الذري مع انبعاث النيوترينو)؛ اضمحلال جاما (انبعاث الفوتون) وغيرها.
غالبًا ما تسمى الأنواع المختلفة من النوى بالنويدات. تسمى النويدات التي لها نفس عدد البروتونات وأعداد مختلفة من النيوترونات بالنظائر. النويدات التي لها نفس العدد من النيوكليونات، ولكن بنسب مختلفة من البروتونات والنيوترونات تسمى إيزوبار. تحتوي النوى الخفيفة على أعداد متساوية تقريبًا من البروتونات والنيوترونات. في النوى الثقيلة، يكون عدد النيوترونات أكبر بحوالي 1.5 مرة من عدد البروتونات. أخف نواة هي نواة ذرة الهيدروجين، وتتكون من بروتون واحد. أثقل النوى المعروفة (يتم الحصول عليها صناعيًا) تحتوي على عدد من النيوكليونات يبلغ ≈290. منها 116-118 بروتونات.
|
مجموعات مختلفة من عدد البروتونات Z والنيوترونات تتوافق مع النوى الذرية المختلفة. توجد النوى الذرية (أي عمرها t> 10 -23 ثانية) في نطاق ضيق نوعًا ما من التغيرات في الأرقام Z و N. علاوة على ذلك، تنقسم جميع النوى الذرية إلى مجموعتين كبيرتين - مستقرة ومشعة (غير مستقرة). يتم تجميع النوى المستقرة بالقرب من خط الاستقرار الذي تحدده المعادلة |
أرز. 2. مخطط NZ للنواة الذرية.
أثقل النظائر المستقرة هي تلك النظائر الرصاص (Z = 82) والبزموت (Z = 83). تخضع النوى الثقيلة، جنبًا إلى جنب مع عمليات اضمحلال β + وβ، أيضًا لتحلل α (الأصفر) والانشطار التلقائي، والتي تصبح قنوات الاضمحلال الرئيسية الخاصة بها. الخط المنقط في الشكل. 2 يحدد منطقة الوجود المحتمل للنوى الذرية. يحد الخط B p = 0 (B p هي طاقة فصل البروتون) من منطقة وجود النوى الذرية على اليسار (خط تنقيط البروتون). الخط B n = 0 (B n – طاقة فصل النيوترونات) – على اليمين (خط التنقيط النيوتروني). خارج هذه الحدود، لا يمكن أن توجد نوى ذرية، لأنها تضمحل خلال الزمن النووي المميز (~10 -23 - 10 -22 ثانية) مع انبعاث النيوكليونات.
عندما تتحد نواتان خفيفتان (تخليقًا) وتقسمان نواة ثقيلة إلى شظيتين أخف وزنًا، يتم إطلاق كميات كبيرة من الطاقة. هاتان الطريقتان للحصول على الطاقة هما الأكثر فعالية على الإطلاق. لذا فإن جرامًا واحدًا من الوقود النووي يعادل 10 أطنان من الوقود الكيميائي. الاندماج النووي (التفاعلات النووية الحرارية) هو مصدر الطاقة للنجوم. يحدث الاندماج (المتفجّر) غير المنضبط عند تفجير قنبلة نووية حرارية (أو ما يسمى "الهيدروجين"). يكمن الاندماج المتحكم فيه (البطيء) في مصدر طاقة واعد قيد التطوير - وهو مفاعل نووي حراري.
يحدث الانشطار (المتفجّر) غير المنضبط عندما تنفجر قنبلة ذرية. يتم تنفيذ التقسيم الخاضع للرقابة في المفاعلات النوويةوهي مصادر الطاقة في محطات الطاقة النووية.
تُستخدم ميكانيكا الكم ونماذج مختلفة لوصف النوى الذرية نظريًا.
يمكن للنواة أن تتصرف كغاز (غاز كمي) وكسائل (سائل كمي). السائل النووي البارد له خصائص فائقة السيولة.