Альфа бөлшектерінің затпен әсерлесуі. Серпімді және серпімсіз соқтығысуларды түсіндіріңіз. Ионизациялық шығынды бағалаңыз.
1930 жылы жасаған тәжірибелерінде литий мен берилийді а-бөлшектермен атқылағанда, протонның орнына өте нашар жұтылатын бөлшектер ұшып шығатынын байқайды. Бұл бөлшектер қалыңдығы 20 см болатын қорғасын қабатынан өтіп кеткен.
-
Олар бериллийді а-бөлшектермен атқылағанда пайда болатын сәуле жолына парафин пластинасын қойғанда, суретте көрсетілгендей сутегіге қаныққан парафиннен протондар ұшып шығады деп болжам жасайды. Ағылшын ғалымы Дж. Чедвик осы жылы берилийді а-бөлшектермен атқылағанда одан бөлінетін табиғаты белгісіз сәуленің қасиеттерін зерттеу жұмыстарын жүргізеді.
Энергияның және импульстің сақталу заңдарына сүйене отырып, жүргізілген есептеулер нәтижесінде белгісіз бөлшектің массасын анықтайды. Чедвик бұл сәуленің электрлік бейтарап бөлшектер ағыны екенін дәлелдеген. Белгісіз бөлшектің массасы жуықтап алғанда протонның массасына тең болып шыққан. Атом ядросының құрамында протон сияқты ауыр, бірақ бейтарап бөлшектің бар болуы мүмкін деген батыл болжамды 1920 жылы Э. Резерфорд айтқан және оны нейтрон деп атауды ұсынған еді. Сонымен, жаңа бөлшек нейтрон деп аталды. Нейтронның электр заряды нөлге тең, сол себепті оның зат арқылы өтетін өтімділік қабілеті өте жоғары. Қазіргі дәл өлшеулер бойынша нейтронның массасы:
mn = 1,6749 · 10-27 кг = 1,00866 м.а.б. = 939,56 МэВ.
Серпімсіз соқтығысу кезінде соқтығысқан бөлшектердің табиғаты өзгереді. Келесі реакциялар жүреді: (n, p), (n, 2n), (n,а), (n,y). Осы реакциялардың болу ықтималдығы микроскопиялық қимамен сипатталады. Микроскопиялық қиманы ядроның жанындағы сфера ретінде қарастыруға болады, осы сфераны қия өтіп, нейтрон ядромен байланысады. Толық эффективтілік қима келесі түрде болады
Нейтронның серпімді соқтығысуы
Нейтрондар атомның ядросымен соқтығыса отырып, энергиясы нейтрон мен “беру ядросына” бөлінеді. Ядроның массасы кіші болған сайын энергияны соншалықты көп алады.
Электрондардың затпен әсерлесу механизімін түсіндіріңіз. Бор Және Бете теориясын жазыңыз. Электрондардың затпен әсерлесу кезіндегі радиациялық және ионизациялық шығында бағалаңыз.
Электрондар қатты денемен әсерлесе отырып рентген және гамма сәулесінің пайда болуына себепші болады, сонымен қатар ионизация процесін туғызады. Ұшып келе жатқан жоғары энергиялы электрондар кинетикалық энергиясын атом ядросына беріп, атомды орнынан ығыстыруы мүмкін. Электрондардың энергиясының көп бөлігі (99% аса) электрондық жүйеге беріледі, тек аз жағдайларда энергияның жарты бөлігі атомның орын ығыстыруына жұмсалады. Ұшып келе жатқан электрондар өз энергиясын ядроға және атом электрондарына электростатикалық әсерлесу арқылы береді. Қатты денеде электрондардың тығыздығы жоғары болғандықтан электрондардың затқа ену қалыңдығы аз.
Иондаушы сәулелердің қатты дененің механикалық қасиетіне әсерін сипаттаңыз.
Иондаушы сәулелер деп қатты денемен әсерлесе отырып атомдардың ионизация1 процесін туғызатын сәулеленуді айтамыз. Жалпы сәулеленудің келесі түрлері болады: ультракүлгін, рентген, гамма, электрон ағыны, ауыр зарядталған бөлшектер, нейтрондар, космостық сәулелену.
Ультракүлгін сәулеленуі спектрдің қысқа аумағындағы электромагниттік толқын квантының ағыны болып табылады. Ол көрінетін жарықтың күлгін шекарасы мен рентген сәулесінің арасында жатыр. Квант энергиясы төменгі жағында атомдардың ионизациясы болады, мұндағы сәулелену энергиясы бірнеше электрон вольт, ал жоғары энергиялы бірнеше мыңдаған болады. Жоғары энергиялық ультракүлгін сәулелену мен рентген сәулелерін алу жолдарымен ғана ажыратуға болады. Ультракүлгін сәулесінің көзі болып қыздырылған дене, газдық разряд плазмасы, синхротон, лазерлер және қкейбір қозған күйдегі қатты денелер табылады.
Ренген сәулесінің қатты денемен әсерлесуі кезінде ионизация және атомның қозуы болады. Алайда ультракүлгін сәулелерден айырмашылығы ол тек валентті электрондарды ғана емес ішкі электрондарды да ұшырып шығара алады. Рентген сәулелерінің қатты денеге ену қалыңдығы квант энергиясына байланысты бірнеше миллиметрден ондаған сантиметрге өзгереді.
Гамма сәулесі ядроның ыдырауы немесе элементар бөлшектердің ядромен әсерлесуі кезінде пайда болатын, спектр бойынша энергиясы жоғары электромагниттік толқын. Затпен әсерлесуі рентген сәулесіне ұқсас, алайда гамма сәулесіне заттың атомдарына энергиясын бере алады, ядролық реакциялар туғызады. Рентген сәулелерімен салыстырғанда қатты денеге ену қалыңдығы жоғары.
Электрондар қатты денемен әсерлесе отырып рентген және гамма сәулесінің пайда болуына себепші болады, сонымен қатар ионизация процесін туғызады. Ұшып келе жатқан жоғары энергиялы электрондар кинетикалық энергиясын атом ядросына беріп, атомды орнынан ығыстыруы мүмкін. Электрондардың энергиясының көп бөлігі (99% аса) электрондық жүйеге беріледі, тек аз жағдайларда энергияның жарты бөлігі атомның орын ығыстыруына жұмсалады. Ұшып келе жатқан электрондар өз энергиясын ядроға және атом электрондарына электростатикалық әсерлесу арқылы береді. Қатты денеде электрондардың тығыздығы жоғары болғандықтан электрондардың затқа ену қалыңдығы аз.
Нейтрондар затпен әсерлесе отырып, энергиясын қозуға және электрондармен магниттік әсерлесу арқылы ионизацияға жұмсайды. Мұндай әсерлесу қимасы (сечения взаимодействия) электростатикалық әсерлесуге қарағанда аз, сондықтан нейтрондардың затқа ену қалыңдығы жоғары. Нейтрондардың ядромен әсерлесу ықтималдығы жоғары, сондықтан затпен әсерлесе отырып, ядролық реакцияға және атомның ығысуына себепші болады.
Ауыр зарядталған бөлшектер ағыны (протондар, альфа бөлшектер, ядроның бөліну жарқыншақтары). Зарядталған ауыр бөлшектерінің затпен әсерлесуі электрондардың әсерлесуіне ұқсас. Зарядталған ауыр бөлшектер энергиясының көп бөлігі қозған электрондардың пайда болуына жұмсалады. Энергияның бір процентінен азы атомның орын ығыстыруына жұмсалынады.
Космостық сәулелену жер атмосферасының шекарасында протондардан (90%), альфа бөлшектерден (7%), ауыр ядролардан (~1%), электрондар мен позитрондар, (~1%), ультракүлгін және гамма сәулесінен тұрады. Сәулеленудің көп бөлігі жер атмосферасында жұтылады, сондықтан жерде көбіне екінші ретті сәулелену болады. Екінші ретті сәулеленуде жұмсақ бөлігі – позитрондар мен электрондардан және қатты бөлігі –мюондар ағынынан тұрады. Космостық сәулелену жоғарыдығы сәулелену түрлерінен қуаты бойынша аз, алайда ол ылғы әсер етеді.