Branduolys
1Atomu saveikos molekuleje samprata
Molekulė – mažiausia medžiagos dalelė, turinti esmines tos medžiagos chemines savybes. Ji susideda iš tokių pat ar skirtingų atomų.Atomus molekulėje į patvarią daugiaatomę sistemą sieja atomų sąveika, kuri dar vadinama cheminiu ryšiu. Atomams susijungus į molekulę, jos optinis spektras labai skiriasi nuo atominio spektro, o būdingasis Rentgeno spektras nepakinta.Vadinasi tarpatominę sąveiką molekulėse lemia atomų valentiniai elektronai. Molekulės tarpatominių ryšių tipai: joninis ir valentinis.
Joninis ryšys.
Molekulėse kuriose sąveikaujantys atomai yra pavirtę priešingo ženklo krūvį turinčiais jonais, vadinamos jjoninėmis. Tarpatominis ryšys, pasireiškiantis šių jonų elektrostatine trauka, vadinamas, joniniu. Darbas, kurį reikia atlikti norint išstumti šį elektroną iš atomo, vadinamas jonizacijos energija ir lygus apie 5,1 eV. Išsiskyręs energijos kiekis vadinamas elektroninio giminingumo energija. Išardant molekulę, reikia atlikti darbą A=Vd. Jis vadinamas molekulės disociacijos darbu.
Joninis ryšys gali susidaryti tik tarp atomų, kurių elektronų išorinio sluoksnio s ir p posluoksniai labai skirtingai užpildyti elektronais.
Valentinis ryšys.
Gamtoje egzistuoja ir iš vienodų atomų sudarytos molekulės, pvz. H2, O2, N2. Valentinio rrysio susidaryma lemia spinu orientacija. Kai jie antilygiagretūs, tai atomams suartėjant, sistemos energija pastebimai mažėja ir susidaro cheminis ryšys. Tuomet persiklojant elektrono krūvio debesims, jų krūvio tankis erdvėje tarp branduolių labai padidėja. Galima sakyti, kad kiekvienas elektronas vienu metu priklauso aabiem branduoliams. Šis ryšys tarp atiomų vadinamas valentiniu ar kovalentiniu. Kai elektronų sukiniai lygiagretūs, jų krūvio debesų tankis tarp atomų sumažėja, ir cheminis ryšys tarp atomų nesusidaro.
Elementu valentingumas
Atomo valentingumu vadinamas valentiniu jungčiu, kurias jis gali sudaryti, skaičius.
2 Molekuliniai spektrai. Rotaciniai, vibraciniai ir elektroniniai energijos lygmenys.
Elektromagnetiniai absorbcijos, emisijos ar kombinacinio išsklaidymo spektrai, susidarantys dėl kvantinių šuolių tarp laisvosios ar silpnai su kitomis sąveikaujančios molekulės energijos lygmenų, vadinamas molekuliniais. Norint nustatyti šių spektrų dėsningumus, reikia žinoti molekulės energijos išraišką. Atome elektrono būseną nusako 4 kvantiniai skaičiai. Molekulė gali judėti sudėtingiau už pavienį atomą: ji gali suktis arba atomai molekulėje gali virpėti. Molekulės būsenai nusakyti reikia daugiau ir kvantinių skaičių negu atomo būsenai nusakyti. Laisvosios molekulės energija W susideda iš tokių dėmenų: jjos masės centro slenkamojo judėjimo energijos Ws, molekulę sudarančių atomų branduolių energijos Wb, elektronų judėjimo ir sąveikos energijos We atome, molekulės kaip visumos sukamojo judėjimo energijos Wr ir molekulę sudarančių atomų branduolių virpėjimo apie jų pusiausvyros padėtį energijos Wv. Pilnutinė energija W=Ws+Wb+We+Wv+Wr. Molekulės kaip ir šiaip laisvosios dalelės slenkamojo judėjimo energija Ws yra nekvantuota ir ji spektrams įtakos neturi. Pastebimos įtakos molekuliniams spektrams neturi ir branduolių energija Wb, todėl į šiuos dydžius nekreipiame dėmesio. Svarbiausius dėsningumus lemia energijos W’=We+Wv+Wr pokyčiai.
Rotaciniai eenergijos lygmenys.
Mokulę laikykime absoliučiai standžia ir besisukančia apie atomus jungiančiai tiesei statmeną ašį, kuri eina pro molekulės masių centrą. Šios ašies atžvilgiu molekulės inercijos momentą pažymėkime Iz. Tuomet molekulės sukamojo judėjimo energija
Čia L – molekulės rotacijos judesio kiekio momentas. Jis kvantinėje mechanikoje išreiškiamas lygybe, todėl čia jį užrašysime šitaip:
(J=0, 1, 2, .) Jis vadinamas rotaciniu kvantiniu skaičiumi. Molekulės, kurios rotacinė būsena nusakoma dydžiu J, sukamojo judėjimo energija išreiškiama taip:
Nuo molekulės sandaros priklausantis ir energijos vienetais matuojamas dydis B vadinamas molekulės rotacijos konstanta. Skirtumas tarp gretimų rotacinės energijos lygmenų yra šitoks:
Jis yra 10-5-10-3eV eilės. Iš judesio kiekio momento tvermės dėsnio galimi tik šuoliai į gretimą rotacinės energijos lygmenį.
Vibraciniai energijos lygmenys.
Ryšys tarp atomų molekulėje yra tamprusis. Nuotoliui tarp atomų centrų pakitus dydžiu
r-r0, atsiranda link pusiausvyros padėties nukreipta kvazitamprioji jėga – dėl to kiekvieno atomo branduolys virpa apie savo pusiausvyros padėtį (r=r0). Jeigu virpesių amplitudė palyginti su r0 yra labai maža, tai jie yra harmoniniai ir jiems tinka harmoniniai osciliatoriaus dėsningumai. Tokio osciliatoriaus energija išreiškiama lygtimi:
(v=0, 1, 2, ..); v-vibracinis kvantinis skaičius, 0 – nuo virpančios dalelės masės m ir sistemos kvazimetampriosios konstantos priklausantis virpėjimo dažnis. Nuotolis tarp gretimų vibracinės energijos lygmenų yra vienodas ir lygus
Šis skirtumas yra 10-2-10-1 eeV eilės. Esant dideliems vibraciniams kvantiniams skaičiams v, atomų sąveikos potencinė energija V(r) kinta ne parabolės dėsniu, vadinasi virpesiai yra anharmoniniai.
Molekulės elektronų lygmenys – tai atomo energijos lygmenys. Labiausiai ši energija priklauso nuo pagrindinio kvantinio skaičiaus n. Kai kvantinio šuolio metu kinta n, tai elektronų energijos pokytis We yra keleto eV eilės ir gaunamas regimasis ar ultravioletinis spinduliavimas.
3 Vandenilio atomo emisijos ir absorbcijos spektrai. Visas atominio vandenilio spinduliavimo spektro serijas galima uzrasyti sitokia apibendrinta Balmerio formule:
w= R’ ((1/n2)-(1/m2))
w- ciklinis daznis
R’- Rydbergo konstanta.
Kai n=1, o m= 2,3,4. gaunama Laimano serija
Kai n=2, o m=3,4.5,. gaunama Balmerio serija
Kai n=3, o m=4.5,6. gaunama Balmerio serija
Atomo spektras- atomo vidines strukturos atspindys.
=T(n)-T(m)- spektro termas
Emisinio ir absorbcinio spektru suma yra vientisas spektras.Kiekviena horizontali linija vaizduoja atomo energija, kai jis yra stocionarioje busenoje.Energijos emisija vyksta, kai atomas is aukstesnio energetinio lygmens pereina i zemesni energijos lygmeni, o jei viskas vyksta atvirksciai tada vyksta energijos absorbcija.
4. Kvantiniu stiprintuvu ir generatoriu veikimo pricipas. Kvantiniu generatoriu praktinis naudojimas. Įtaisas, kuriuo dėl indukuotųjų spindulinių šuolių generuojamas dažnio signalas, vadinamas kvantiniu generatoriumi. Jeigu jis yra optinių dažnių diapazone, tai prietaisas dar vadinamas lazeriu, arba optiniu kvantiniu generatoriumi, o jeigu mikrobangų diapazone – mazeriu. Kai toks įtaisas naudojamas dažnio išoriniam ssignalui stiprinti, tuomet jis vadinamas kvantiniu stiprintuvu. Jo veikimo principas visai toks pat kaip kvantinio generatoriaus.
Kiekvieną kvantinį generatorių sudaro rezonansinis stiprintuvas ir grįžtamojo ryšio elementai. Stiprintuvą sudaro aktyvioji medžiaga ir jos žadinimo energijos šaltinis. Grįžtamojo ryšio grandinę sudaro atviras rezonatorius, t.y. du tam tikru nuotoliu įtaisyti lygiagretūs veidrodžiai. Vienas jų, yra pusiau skaidrus.. Kad būtų generuojamas spinduliavimas, rezonatoriaus ilgis irgi turi tenkinti tam tikras sąlygas todėl, kad elektromagnetinis spinduliavimas turi ir bangų savybių. Spinduliavimo stiprėjimas kvantiniame generatoriuje reiškia, kad nepaliaujamai didėja bangos amplitudė. Pasiekus rezonansą ji pasidaro didžiausia.Tai įvyksta tuomet, kai rezonatoriaus ilgyje telpa generuojamų bangų sveikasis pusbangių skaičius, t.y. , (n = 1,2,3,.) Kvantiniai generatoriai gali dirbti dvejopu režimu. Jei aktyvioji medžiaga optiškai žadinama impulsine lempa, tai generuojamo impulso trukmė beveik tokia pat. Kiti kvantiniai generatoriai gali veikti ir tolydiniu režimu. Šitaip veikia helio ir neono dujų mišinio lazeriai.
5 Kvantinės elektronikos taikymas
Kvantiniai stiprintuvai pasižymi dideliu jautrumu ir ypač žemu triukšmų lygiu. Keletas taikymo atvejų:
1. Radijo ryšio sistemose kaip nešančioji banga galės būti panaudota lazerio šviesa.
2. Sukurti lazeriniai interferometrai, skirti poslinkiams bei nuotoliams matuoti.
3. Monochromatinį kryptingą lazerio šviesą sufokusavus į kelių miikro metrų plotelį galima vakuume arba per skaidrų sluoksnį lydyti, garinti, pjaustyti, gręžti įvairias
medžiagas.
4. Lazerio šviesa taikoma holografijoje.
5. Labai plati kvantinės elektronikos taikymo sritis yra radiospektroskopija.
6 Pasiskirstymo funkcija. Bozes-Einsteino, Fermio-Dirako skirtiniai.Bozonai ir fermijonai.
f(w) parodo vidutini daleliu skaiciu, kurios uzima busenas su energija w Jei turime energijos intervale w, w+dw, tai tokiome intervale galimu skaicius yra proporcingas energijos intervalui G(w)=dw
G(w)=g(w)*dw, G-busenu tankis, parodo busenu skaicius vienetiniame energijos intervale.Daleliu skaicius, kuriu energija yra w, n+dn bus dN
dN=f(v)g(N)dw
Daleles, kurios sukinio kvantini skaiciu S turi pusines reiksmes vad. Fermionais, todel galios Fermi-Dirako desnis.
Daleles, kuriu S yra sveiki skaiciai vadinami bbozonais, joms galios einsteino statistika.
Boze-Einsteino kvantine statistika:
galioja dalelems su sveiku sukiniu- bozonams.Joms galioja Pauli draudimo principas, t.y. kiekvienoje kvantu busenoje gali buti bet kiek tu daleliu..
.
i-kvantiniu skaiciu aprasanciu daleles buvi rinkinys
μ-cheminis potencialas
k- Bolcmano konstanta
Jei dujos isretintos tai e((Ec-μ)/kT))>>1 Jei μ=0 tai sistema yra su kintamu daleliu skaiciumi.
Fermio ir Dirako pasiskirstymas:
Jei kvantinę sistemą sudaro tokios dalelės, kurių būsena aprašoma antisimetrinėmis banginėmis funkcijomis (pvz. elektronai), tuomet sistemoje negali būti dviejų visais vienodais kvantiniais skaičiais aprašomų dalelių. Šitokios dalelės vadinamos Fermio dalelėmis aarba fermionais. Dėl to kiekvienai energijos vertei wi susumavus lieka tik du nariai, atitinkantys dalelių skaičių
ni = 0 ir ni = 1. Abiem šiais atvejais būsenų skaičius (ni) = 1. Atsižvelgę i tai rašome Fermio ir Dirako pasiskirstymą:
Funkcija f(wi) rrodo energijos lygmens užpildymo tikimybę.
Fermio energija. Elektroninių dujų cheminis potencialas dar vadinamas Fermio energija wF=μ, todėl jiems pasiskirstymą galima perrašyti šitaip:
7.Elektronines dujos.Fermio energija.
Laidumo arba laisvieji elektronai kristale ar plazmoje vadinami elektroninėmis dujomis. Elektronų sukinio kvantinis skaičius s = ½, todėl jų būsena aprašoma antisimetrine bangine funkcija, o jų pasiskirstymas pagal energijas nusakomas Fermio ir Dirako dėsniu. Elektroninių dujų cheminis potencialas dar vadinamas Fermui energija wF = , todėl jiems pasiskirstymą galima perrašyti taip:
;
0 K temperatūroje funkcijos f(w) grafikas yra stačiakampio pavidalo.
Aukštesnėje temperatūroje (T > 0 K) elektronai gali įgyti ir didesnes už wF energijos vertes. Fermio energija apibrėžiama šitaip: tai energija lygmens, kurio užpildymo elektronais tikimybė lygi ½. Funkcijos grafikai kai (T > 0 K) parodyti brėžinyje b, 11 ir 2 kreivėmis, be to, temperatūra T1 < T2.
8 Fotonai. Metalu silumine talpa. Fotonai – sviesos greiciu sklindantys elektromagnetinio lauko energijos kvanto. Ju rimties mase m0=0 Jiems budingas sukinys ir jo kvantinis skaicius s=1 todel fotonai yra bezonai. Fotonas stabili elementarioji dalele.
Silumine talpa- silumos kiekis, kuri reikia suteikti tam tikram kiekiui duju, kad ju temperaturai pakelti vienu laipsniu. Klasikineje teorijoje i tas dujas ziurima kaip i ideliasias dujas ir joms taikoma Maksvelio-Bolcmano statistika. Pagal sia teorija bendra metalu silumine ttalpa turetu buti C=3R+3/2R
Fermi- Dirako teorijoje silumine talpa itakos turi elektronai, suzadinti virs fermio lygmens:
C=(RkT)/EF
Fononai
kinta diskrečiai, o tampriuju bangu minimalu energijos pokyti, t.y.
gardeles elementaruji žadinimą, vadina fononu. Taigi, sužadintas osciliatorius savo perteklinę
energiją perduoda šiluminei bangai, t.y. fononui, „sukurdamas“ vieną, o kartais kelis fononus. Pagal
de Broilio ideją kiekvieną bangą galima pakeisti tam tikra kvazidalele (t.y. netikra dalele). Tuomet
tampriajai bangai atitiks kvazidalele, kuri ir vadinama fononu. Fonono energija lygi osciliatoriaus lygus energijos kvantu energijai
Naudojant fononu sąvoką paprasčiau yra tirti kietojo kuno savybes. Tuomet atomai, molekules ar
jonai bus jo strukturiniai vienetai, o fononai atliks judesio kietajame kune nešeju vaidmeni, t.y.
daleliu šiluminiai virpesiai pakeičiami fononu srautu. Ši fononu visuma vadinama fononinemis dujomis
9 Metalai, puslaidininkiai ir dielektrikai juostines teorijos poziuriu.Kietojo kuno juostines teorijos paziuriu skirtingas ivaoriu kietuju kunu elektrines savybes galima paaiskinti siomis priezastimis:
1.skirtingo plocio draustinemis energijos juostomis.
2.Tuo kad energijos juostos nevienodai uzpildytos elektronais.Kad kietasis kunas butu laidus turi buti laisvuju energijos lygmenu I kuriuos pasalinio elektrinio lauko jegos galetu perkelti alektronus.
Metaluose virsutine juosta (velentine) turinti tik is dalies uzpildyta juosta elektronais.Joje yra laisvuju energijos lygmenu.Gaves maza energijos prieda elektronas gali persoktii kita toje pacioje juostoje.Toks kunas yra elektros sroves laidininkas..Metalu valentine juosta yra kartu ir laidumo juosta.jo valentine juosta uzpildyta elektronais juosta is dalies ppersikloja su laisvaja(laidumo) juosta (budinaga sarminiams zemes metalams.)
Kietieji kunai, kuriu elektronu busenu energijos spektra sudaro tik valentine ir laidumo juostas, yra puslaidininkiai ir dielektrikai.tai priklauso nuo ju draustines juostos plocio W. Jei laidumo juosta nuo valentines juostos skiria nedidelio plocio draustine juosta [W<(2-3)eV], tai elektronu perkelimas is valentines I laidumo juosta gali buti atliekamas lengvai.Toks kristalas –puslaidininkas. Jei kristalo draustines juostos plotis W0>3eV, tai erdvines gardeles mazguose esanciu daleliu siluminis judejimas negali perkelti elektronu is valentines I laidumo juosta.Toks kristalas –dielektrikas.Juostines teorijos poziuriu metalai skiriasi nuo dielektriku tuo,kad T=0K temp metalu laidumo juostoje nera.Dielektriku ir puslaidininkiu skirtuma apibudina draustines juostos plotis W.
10 Superlaidumas Metalu elektrinis laidumas.:Teorijoje i elektronus ziurima kaip i idealiasias dujas.Veikiami elektrinio lauko jegos F=eE elektronai pradeda judeti kryptingai. Savitasis laidumas:
=nev= (ne2/2me)*/U
v- kryptinis elektronu greitis
- vidutinis laisvasis greitis
U- siluminis greitis
Pagal Femi-Dirako kvantine statistika elektronai –issigimusios dujos.
=(ne2F)/me*UF
-laisvasis prabegimo kelias
U- vidutinis siluminio greitis elektronams.
Superlaidumas. Kai kuriuose metaluose pasiekus l. mazas temperaturas, metalu laidumas pasidaro l. Didelis- superlaidumas. Jis aiskinamas elektroniniu poru susidarymu. Tai idealus diamagnetikas.
11.Metalu šilumine talpa
Šilumines talpos s¹voka. Jei kunui suteikus šilumos kieki dQ , jo temperatura pakinta dydžiu
dT , tai dydis
dT Q d C = (7.9.1)
vadinamas kuno šilumine talpa. Ji priklauso nuo šildymo sąlygu. Nagrinejant kietuju kunu ššiluminę
talpą, ju mažo šiluminio pletimosi dažniausiai nepaisoma, todel izobarine šilumine talpa p C beveik
lygi izochorinei šiluminei talpai
Gardeles šilumine talpa. Iš fononinio modelio išplaukia, kad kristalo gardeles vidine energija
lygi fononiniu duju energijai, t.y. visu kristalo fononu energiju sumai.
Metalu el laidumas
vidutinis laisvasis kelias l nuo temperaturos nepriklauso ir apytiksliai lygus gardeles
konstantai . P.Drude gavo šitokią metalu savitojo laidumo išraišką:
čia n – laisvuju elektronu tankis; m elektrono mase. Elektronu šiluminio judejimo vidutinis greitis
12.Elektrinio laidumo kvantine teorija. Pagal šią teoriją elektriniame laidume dalyvauja tik arti
Fermio lygmens F W esantys elektronai (žr. Sudarius išorini elektrini lauką tik jie gali
dreifuoti kristale, pakildami i didesnes energijos laisvus lygmenis. Šie elektronai sudaro nedidelę
laisvuju elektronu dali. Todel Zomerfeldo teorijoje dydžiai l ir v nusakomi Fermio energijos
elektronams. Ju vidutinis greitis nuo. Metalu temperaturos beveik nepriklauso.
15 Puslaidininkiai. Savasis ir priemaisinis laidumas. Kietieji kristaliniai kunai, kuriu T=0K temperaturoje:
1.valentine juosta uzpildyta elektronais.
2.draustine juosta pakankamai siaura
vadinami puslaidininkiais.
Gamtoje puslaidininkiai egzistuoja pavieniu elementu (Ge,Si, Se.. ir kt.) ir cheminiu junginiu (InSb,CdB,.. ir kt.) pavidale. Jie skirstomi i grynuosius ir priemaisinius.Grynieji- chemiskai svarus puslaidininkiai.ju elektrinis laidumas vadinamas savuoju laidumu.Grynuju puslaidininkiu elektrinis laidumas kuri salygoja elektronu judejimas , vadinamas n- tipo laidumu. O elektrinis laidumas , kuri salygoja kvazidaleles –skyles vad. P-tipo laidumu.
Susitikus laisvajam
elektronui su skyle jie rekombinuojasi(susijungia).
Tai reiskia kad elektronas neutralizuoja skyles aplinkoje esanty perteklini teigiama elektros kruvi. Rekombinacijos metu is karto isnyksta du kruvininkai: laisvasis elektronas ir skyle.
Puslaidininkiu laidumas,kuri salygoja priemaisos vadinamas priemaisiniu laidumu.
16 Atomo branduolio mase, kruvis, spindulys, tankis, sukinys ir magnetinis momentas:
Branduolio mase vad. p+ ir n0 skaicius branduolyje ir zymimas A(mases skaicius).U. Mozlis eksperimentiskai irode, kad atomo branduolio elektros kruvis yra tiesiog proporcingas atomo eiles numeriui Z periodineje elementu lenteleje ir isreiskiamas sandauga Ze. Todel keiciantis branduolio kruviui, vvienas cheminis elementas virsta kitu. Taigi atomo branduolio elektros krūvis yra pati svarbiausia jo charakteristika.
Visu cheminiu elementu branduolio tankis yra mazdaug vienodas b=1017kg/m3. Branduolį galima laikyti rutuliu, kurio spindulys R priklauso nuo nukleonų skaičiaus A:
R1,310-15A1
.Protonas budamas vandenilio branduoliu turi magnetini momenta:
Mp=2.79 mN –branduolio magnetonas
17 Atomo branduolio sandara i
Branduoliu vadina atomo centrinę dali, kurioje sutelkti visas teigimas kruvis ir beveik visa
atomo mase. Bet kurio elemento branduolys sudarytas iš protonu (p) ir neutronu (n). Abi šios
daleles dar vadinamos nukleonais. Protonui priskiriamas eelementarus teigimas kruvis
neutronas-neutralus
Lašelinis modelis.
1936 m. J.Frenkelis pasiule, o N.Boras išvyste lašelini modeli,
priskirdamas branduolinei medžiagai skysčio savumus. Pagal ši modeli nukleonai branduolyje,
panašiai kaip molekules lašelyje, juda chaotiškai ir tik trumpasiekes ir stiprios branduolines jegos
išlaiko nukleonus mažame branduolio turyje. Branduolines mmedžiagos lašelis yra ielektrintas, jos
tankis visuose branduoliuose yra praktiškai vienodas, o lašelis, panašiai kaip skysčiai, yra mažai
spudus. Lašelinis modelis paaiškina branduolines reakcijas, ju dalijimąsi, remiantis juo gauta
pusiauempirine nukleonu ryšio energijos formule.
Sluoksninis branduolio modelis.
Pagal ji nukleonai branduolyje, panašiai kaip
elektronai atome, išsidestę sluoksniais ir posluoksniais. Sluoksniu prigimti aiškinančios teorijos
remiasi viendaleliniu modeliu. Spejama, kad kiekvienas nukleonas juda suderintiname lauke, kuris
nera centrinis, todel nukleonu ir elektronu sluoksniai skiriasi.
Buvo pastebeta, kad esant tam tikram protonu ar neutronu skaičiui branduolyje, susidaro
stabilios ju busenos. Branduoliai yra patvarus, jei protonu skaičius Z , arba neutronu skaičius N
126 , 82 , 50 , 28 , 20 , 8 , 2 .
Šie skaičiai vadinami magiškaisiais. Magiškaisiais vadinami ir tokie branduoliai. Branduoliu
patvarumo reiškini sluoksninis modelis paaiškina atitinkamu sluoksniu pilnutiniu uužpildymu
Brandolines jegos
Šiuo metu skiriamos keturios fundamentalios (elementarios) sąveikos: stiprioji, elektromagnetine,
silpnoji ir gravitacine. Visos jos, išskyrus gravitacinę, branduolio fizikoje yra svarbios. Visu
stipriausia yra stiprioji sąveika, už ją 2 10 ~ kartu silpnesne yra elektromagnetine sąveika.
18 Branduolines jegos. Stiprioji sąveika jungia nukleonus branduolyje, o taip pat pasireiškia
dideles energijos daleliu dužiuose. Stipriosios sąveikos jegos dar vadinamos branduolinemis
jegomis. Jos neleidžia nukleonams išsiskirti ir išlaiko branduoli pusiausvyroje, nepaisant to, kad tarp
branduolio protonu veikia elektromagnetines stumos jegos.
atstumas
19 Branduolio modeliai : 1).kolektyvinis judëjimas (laðelinis modelis). Jo eesminis skirtumas nuo skysèio laðelio tas, kad pagal ji branduolá sudaro elektriðkai ákrautas nespû dus skystis, kurio bûsenà apraðo kvantinë mechanika. 2).Daleliø nepriklausomas judëjimas (sluok sninis branduolio modelis). Pagal šią teorijà nukleonai branduolyje, panaðiai, kaip elektronai atome sudaro tam tikrus posluoksnius ir sluoksnius.
20 Atomo branduolio nukleoninis modelis.(mase,kruvis,spindulys..ir kt.)Atradus atomo branduoli paaiskejo kad butent jis kinta radiaktyviojo skilimo metu. Is to tampa aiksu , kad atomo branduolys yra sudetinis. Rezerfordas dalelemis apsaudydamas azoto branduolius atrado protona.O Cedvikas tirdamas branduolines reakcijas atrado neutrona. Abi sios branduolio sudetines dalys vad. nukleonais. Branduolio mase vad. p+ ir n0 skaicius branduolyje ir zymimas A(mases skaicius).U. mozlis eksperimentiskai irode, kad atomo branduolio elektros kruvis yra tiesiog proporcingas atomo eiles numeriui Z periodineje elementu lenteleje ir isreiskiamas sandauga Ze. Todel keiciantis branduolio kruviui, vienas cheminis elementas virsta kitu.
Visu cheminiu elementu branduolio tankis yra mazdaug vienodas b=1017kg/m3. Branduoli galima laikyti rutuliu, kurio R –spindulys priklauso nuo nukleonu skaiciaus.R1,310-15A1/3;
Protonas budamas vandenilio branduoliu turi magnetini momenta:
Mp=2.79 mN –branduolio magnetonas
21 Branduoliniu jegu savybes: Branduolyje tarp nukleonu turima labai stipri saveika, kuri vadinama stipriaja.Sia saveika apibudinancios jegos vadinamos branduolinemis jegomis.
Savybes:
1.Saveika (nukleonu) yra trumpaseke.
2.Ji nepriklauso nuo nukleofilo kruvines busenos: p+ su p+, p+ su n0, n0 su n0 saveikauja vienodai.
3.ji priklauso nnuo saveikaujanciu nukleonu sukimu orientacijos.pvz: p+ su n0 sudaro deuterio branduoli ir tuomet, kai ju sukimai vienas kitam yra lygiagretus, branduolines jegos yra necentrines.
4.Branduolines jegos pasizymi isotinimu t.y. tarpusavyje saveikauja ne bet koks nukleonu skaicius.
22 Branduolio rysio energija.Specifine rysio energija.Mases defektas.
Branduolio rysio energija lygi darbui kuri reikia atlikti skaldant branduoli I laisvus protonus ir neutronusbe papildomos kinetines energijos.Branduolio rysio energija galima isreiksti per Einsteino mases ir energijos sarysio lygtis:
W=c2[Zmp+(A-Z)mn-mb]
mb-branduolio mase
A-mases skaicius
Z-atomo eiles numeris
mn-neutrono mane
mp-protono mase
c- daleles greitis
Eksperimentai parode kad atomo branduolio mase mb yra keliomis desimtosiomis procento mazesne uz ji sudaranciu laisvuju nukleonu rimties masiu suma Zmp+ Nmn
Zmp+(A-Z)mn-mb=m Skirtumas m-vadinamas branduolio mases defektu , kuris nusako branduoli sudaranciu protonu ir neutronu rysio stipruma.
23 Radiaktyviosios spinduliuotes ir medziagos saveika. Radiaktyviosios daleles ,,.
Apie 200 nestabilių, sunkesnių už Pb, elementų izotopų savaime spinduliuoja daleles. Ją išspinduliavus, pirminio br krūvis sumažėja 2 elementariais vnt., o masės sk – 4. Šis skilimas vyksta pagal schemą
čia X ir Y žymi pirminio ir antrinio br chem. simbolius.
Tarp br nukleonų vyrauja trauka, todėl jų sąveikos energija yra neig. Iš br išlėkusiai daleliai nutolus nuo jo atstumu r, didesniu už br jėgų siekį r0, tarp jo ir dalelės dominuoja elektrostatinė stūma, tuomet jų sąveikos energija yyra teig., ir išreiškiama lygybe:
Beta skilimas.Tai radioaktyvaus atomo br savaiminis virsmas naujo elemento br., kurio masės sk lygus pirminio elemento masės sk, o protonų sk branduolyje 1-tu pakinta (Z1). Beta radioaktyviųjų br gyvavimo trukmė palyginti su branduoliniu laiku (1022 – 1021 s) yra l didelė.
ir patekusios i medziaga jonizuoja molekuliu atomus. - dalele prasiskverbia negiliai.
- jau skverbesnes, pasizymi jonizuojanciu poveikiu.
- skvarbiausi spinduliai tiesiogiai medziagos daleliu nejonizuoja, o patekes i medziaga sukelia fotoefekta, Komptono efekta. Zmogaus organizme daleles jonizuoja baltymu molekules, o H2O molekules tampa peroksido molekulemis.Pasalinis poveikis:
1. Sukelia pakitimus kraujyje.
2. Itakoja genetini fonda.
3. Gali issaukti naviku atsiradima.
24.Radioaktyvusis suirimas , jo desnis ir desningumai. Radioaktyvumu vadinamas nestabiliu atomu branduoliu avaiminis kitimas, kurio metu spinduliuojami lengvesni branduoliai (pvz -daleles arba subatomines daleles: elektronai pozitronai neutronai ir kt.) Radioaktyviojo skilimo desnis: radioaktyvusis skilimas yra statistinis reiskinys, todel negalima numatyti kada nestabilaus atomo branduolys suskils.Galima nurodyti tik jo skilimo tikimybe per tam tikra laiko tarpa.Atomo branduoliu skilimo sparta nusako statistinis teigiamas dydis -skilimo konstanta.
N=N0e-t N0- pradinis branduoliu skaicius
N-branduoliu skaicius
-skilimo konstanta.
Atvirkscias skilimo konstantai dydis =1/-vad. nestabilaus atomo vidutine gyvavimo trukme.prabegus laiko tarpui t=, radioaktyvusis branduoliu skaicius N yra e kartu mazasnis uz pradini N0
25 Branduoliniu reakciju samprata, tipai, ju efektyvusis
skerspjuvis:
Branduolinėmis reakcijomis vad atomų br, dalyvaujančių stipriojoje sąveikoje su kt br ar elementr dalelėmis, kitimas. Br reakcija vyksta pagal schemą:
X+aY+b
Dalelėmis a ir b gali būti neutronas(n) protonas (p) deutronas(d) dalelė ir fotonas. Vienose br reakcijose energija iškiriama o kitose sugeriama, pirm vadinamos egzoterminėmis o antros endoterminėmis. Br reakcijoje dalyvaujančių dalelių stipriosios sąveikos tikimybė išreiškiama br reakcijos efektyviuoju sklersmeniu santykis N/N0 reiškia tikimybę , kad lekianti pro medž 1 dalelė sukelia br reakciją. Ši tikimybė tiesiog proporcinga ddydžiui n arba
čia ploto dimenciją turintis proporcingumo koeficientas vad br reakcijos efektyviupoju skersmeniu
Branduolių dalinimosi reakcija.
Neutroną sugėręs urano branduolys dalinasi į dvi panašaus dydžio dalis. Taigi priverstinai pasidalijus sunkiam br., susidaro nauji periodinės lentelės viduryje esantys elementai.
Urano br padalija tik greitieji elektronai, kurių kin energy ne mažesnė kaip 1MeV, taigi šitokio br dalijimuisi sukelti reikalinga pakankamo didumo energija, vadinama dalijimosi aktyvacijos en arba daliojimosi slenksčiu.
Branduolių sintezės reakcija.
Reakcijos kuriose lengvųjų elementų branduoliai jungiasi, sudarydami sunkesnius branduolius, vadinamos branduolių sintezės rreakcijomis. Jos visų pirma gautos labai aukštose temperatūrose, todėl šio tipo reakcijos dar vadinamos termobranduolinėmis. Kad įvyktų branduolių sintezė, jie turi suartėti iki atstumo r0=2*10 –15m, nuo kurio jau ima veikti stiprioji saveika. Tokiam atstume branduolių elektrostatinės stūmos potencinė energija iišreiškiama taip: .
26 Branduoliu savasis dalijimasis.Spontanines ir valdomos branduolines reakcijos
Dalijimosi metu atsiranda greitieji neutronai – kiekvieno jų vidinė energija apie 2 MeV. Tačiau po keleto susidūrimų su atomo branduoliais šių neutronų energija sumažėja – ji nesiekia 1 MeV.
Sprogstant vandenilinei bombai, vyksta trumpalaikė intensyvi nevaldoma lengvųjų branduolių jungimosi reakcija. Sintezės reakcijai valdyti reikia tam tikrame tūryje gauti ir gana ilgą laiką palaikyti per 108 K temperatūrą. Tokią temperatūrą galima gauti praleidžiant pro medžiagą labai stiprią elektros srovę. Kad tokioj temperatūroj nesusidarytų neleistinai didelis slėgis, medžiagos tankis imamas milijonus kartų mažesnis už normalųjį.
Tokioj temperatūroj medžiaga yra plazmos būsenoj. Taigi valdomoms termobranduolinėms reakcijoms gauti reikia pirma išspręsti superaukštųjų temperatūrų gavimo problemą. Aukštos temperatūros plazma, besiliesdama su indo sienelėm, vėsta, o indo medžiaga garuoja, ttodėl reikia sugebėti izoliuoti plazmą nuo indo sienelių. Kad nereiktų izoliuoti plazmos išlydžio vamzdelio galuose, jis daromas toroido pavidalo. Tokio tipo termobranduolinių reakcijų reaktorius vadinamas tokamaku. Pirmojo tipo reaktoriuose išorinio šaltinio energija reikalinga tik sintezės reakcijos įžiebimui. Toliau ją palaiko reakcijos metu išsiskyrusi energija. Kito tipo termobranduoliniuose
reaktoriuose sintezės reakcijai palaikyti būtinas nuolatinis išorinės energijos šaltinis.
27.Brandoliniai reaktoriai tai techniniai árenginiai, kuriu ose vykdomos valdomos sunkiø jų branduolių dalijimosi reakcijos Šiluminiu neutronu reaktoriai. Dalijantis vienam urano branduoliui išsiskiria per MeV 200 eenergijos kiekis.
Apie 80% jos sudaro skeveldru kinetine energija, likusią dali – antriniu neutronu, po .– skilimo atsiradusiu
elektronu, . fotonu ir antineutrino energija. Dalijantis visiems g 1 urano branduoliams, išsiskiria apie energijos kiekis. Tiek jos gautume sudeginę apie t 3 akmens anglies. Skilimo skeveldros, judedamos medžiagoje, Reaktoriu tipai. Pagal paskirti juos galima suskirstyti i keletą grupiu: energetinius, tiriamuosius ir izotopinius.
Energetiniai reaktoriai yra skirti aktyviojoje zonoje išsiskyrusią šilumą paversti elektros energija arba kitiems
šiluminę energiją naudojantiems reikalams. Ju šilumine galia paprastai didele1 (iki GW 5 3 . ).
Tyrimu reaktoriai skirti neutronu ir . spinduliu dideliems srautams ( ) s cm2 13 / 10 gauti. Jie naudojami
branduolio ir kietojo kuno savybems tirti. Tyrimu reaktoriai yra mažos (iki MW 10 ) galios.
Izotopiniai reaktoriai (juos dar vadina dauginančiais arba konverteriais) konstruojami naujiems izotopams
gauti. Juose, pavyzdžiui, izotopas U 238 paverčiamas i plutonio izotopą Pu 239 , o toris Th 232 – i izotopą U 233 . Toks
reaktorius, išskiriantis šiluminę energiją bei gaminantis naują medžiagą, vadinamas dauginančiu reaktoriumi arba.
Greituju neutronu reaktoriai. Jei reaktoriuje naudojamas gamtinis arba truputi izotopu U 235 pasodrintas
uranas, tai šiluminiai neutronai dalija tik izotopą U 235 , o didžioji kuro dalis (~99.3%), t.y. izotopas U 238 pasilieka
nesunaudota. Tačiau greitieji neutronai ši izotopą gali paversti izotopu PPu 239 , kuri, cheminiu budu atskyrus iš
urano, galima panaudoti letuju neutronu reaktoriuose. Taigi dauginančiuose reaktoriuose letiklis nereikalingas.
Šiuose reaktoriuose naujo kuro ( ) Pu 239 laipsniškai daugeja ir po 7–10 metu jo kiekis padvigubeja, negu buvo iš
pradžiu pakrautas izotopu U 235 . Greituju neutronu branduolines reakcijos efektyvusis skerspjuvis yra nedidelis,
todel bryderiams reikia 10-100 kartu daugiau kuro, negu tokios pačios galios šiluminiu neutronu reaktoriams.
28 Daleles ir antidales. Atsiradimas ir anihiliacija. Antimedziagos samprata ir jos egzistavimo galimybe. Vidinės struktūros neturinčios dalelės vadinamos elementariosiomis dalelėmis. Seniausiai atrasta elementari dalelė yra elektronas. Tai stabili dalelė. Jo rimties masė: me=9,109558*10-31 kg. Laisvojo elektrono pilnutinė energija W gali būti ne tik teigiama bet ir neigiama. Esant apibrėžtam elektrono judesio kiekiui p, Dirako lygtis turi sprendinius tik tokiom pilnutinės energijos vertėms:
Elektronui susidūrus su pozitronu, jie abu išnyksta (anihiliuoja), t.y. elektronas iš teigiamų energijų lygmens pereina į neigiamų energijų lygmenyje esančią vakansiją. Šį kvantinį šuolį lydi išspinduliavimas fotonų, kurių bendra energija lygi abiejų lygmenų energijų skirtumui. Pozitronas: jo masė, sukinys, elektros krūvio bei savojo magnetinio momento moduliai tokie pat kaip ir elektrono. Tačiau pozitrono elektros krūvis yra teigiamas ir magnetinis momentas antilygiagretus sukiniui, t.y. nukreiptas kitaip nei elektrono. Todėl pozitronas yra elektrono antidalelė. Pozitronui sąveikaujant su elektronu, jjie abu išnyksta ir virsta gama kvantais. Šis virsmas vadinamas anihiliacija arba išmedžiagėjimu. Jų anihiliacija vyksta pagal tokią schemą: .
Antidalelių fizikinių charakteristikų viena dalis sutampa su jas atitinkančių dalelių charakteristikomis, o kita dalis skiriasi ženklu. Antiprotonas nuo protono skiriasi elektros krūvio ženklu ir savojo magnetinio momento kryptimi. Antiprotonas sąveikaudamas su protonu ar neutronu, anihiliuoja. Vykstant šiam procesui susikuria pionai. Antineutronai taip sąveikaudami su neutronais anihiliuoja ir virsta pionais. Teigiamo piono (+) antidalelė yra neigiamas pionas (-).
29.Antimedžiaga.
Pagal kvantinę mechaniką, branduolinės, elektromagnetinės ir kitos jėgos, dėl kurių atomai ir molekulės egzistuoja kaip stabilios sistemos, dalelės ir antidalelės yra visai vienodos. Taigi teoriškai visiškai tikėtina hipotezė, kad iš antidalelių galima sudaryti to paties tipo medžiagų kompleksus, kaip ir iš dalelių. Iš antidalelių sudaryta medžiaga vadinama antimedžiaga. Antiatomas – tai iš antiprotonų ir antineutronų sudarytas antibranduolys ir apie jį skriejantys pozitronai (antielektronai). Kadangi antiatomai sąveikaudami su atomais anihiliuoja, tai Žemės sąlygomis antimedžiaga egzistuoja palyginti trumpai. Tačiau Visatoje jos egzistavimo sąlygos gali būti ir kitokios. Antiatomo energinis spektras tapatus atitinkamo atomo energijos spektrui. Iš čia išplaukia, kad atitinkamų spindulių šuolių metu susidarę antifotonai nesiskiria nuo fotonų, taigi spektroskopiškai neįmanoma nei patvirtinti, nei paneigti antimedžiagos buvimo.
30 Kvarku samprata. Visi hadronai sudaryti is fundimentalesniu daleliu-kvarku.Manoma,
kad egzistuoja 6 tipu kvarkai ir taip pat antikvarku.
Kvarku spalva: kad kai kuriu daleliu kvarkine sandara nepriestarauja Paulio principui, kvarkams priskiriamas kvantinis skaicius- spalvaJo simboliniai terminai –geltona , melyna ir raudona spalva. O kvarku sio kvantinio skaiciaus skirtingos vertes zymimos ir oranzine, zalia spalva.tada taikomas bespalviskumo principas.
Zavusis kvarkas, jam atskirti nuo kitu kvarku naudojamas kvantinis skaicius C, vadinamas zaviuoju arba sarmu. Kvarkai tarpusavy apsikeicia gluonais ( stipriaisiai nesikliais) ir tai lemia stipria saveika. Keiciantis gluonais, pakinta kvarko spalva, bet ne ttipas.Tuo tarpu hadronas bet kuriuo metu islieka bespalvis.
31.Subatominiu daleliu virsmu tvermes desniai bendrieji ty energijos judesio kiekio ,judesio kiekio momento ir elektros kruvio tvermes desniai.Barioninio
Visuose procesuose kuriose dalivauja barionai ir antibarionai daleliu sistemos barioninis kruvis nekinta.Leiptoninio kruvio tvermes desnis leiptonai ir antileiptonai visomet susidaro poromis ir todel uzdaroje sistemoje leiptonu ir antileiptonu skirtumas nekinta(beta skilimo metu gaunamas antineutrinas o ne neutrinas
32Elementariuju daleliu klasifikacija
Medziagos daleles.. Kvarkai ,leiptonai
Lauku kvantai.fotonai,vektoriniai bozonai,gliuonai,gravitonai
Turinys
1 Atomu saveikos molekuleje samprata
2 Molekuliniai spektrai. Rotaciniai, vibraciniai ir elektroniniai eenergijos lygmenys.
3 Vandenilio atomo emisijos ir absorbcijos spektrai.
4. Kvantiniu stiprintuvu ir generatoriu veikimo pricipas.
5 Kvantinės elektronikos taikymas
6 Pasiskirstymo funkcija. Bozes-Einsteino, Fermio-Dirako skirtiniai.Bozonai ir fermijonai.
7.Elektronines dujos.Fermio energija.
8 Fotonai. Metalu silumine talpa.
9 Metalai, puslaidininkiai ir dielektrikai juostines teorijos poziuriu.
10 Superlaidumas Metalu elektrinis llaidumas
11.Metalu šilumine talpa
12.Elektrinio laidumo kvantine teorija
15 Puslaidininkiai. Savasis ir priemaisinis laidumas
16 Atomo branduolio mase, kruvis, spindulys, tankis, sukinys ir magnetinis momentas
17 Atomo branduolio sandara
18 Branduolines jegos
19 Branduolio modeliai
20 Atomo branduolio nukleoninis modelis.(mase,kruvis,spindulys..ir
21 Branduoliniu jegu savybes
22 Branduolio rysio energija.Specifine rysio energija.Mases defektas
23 Radiaktyviosios spinduliuotes ir medziagos saveika
24.Radioaktyvusis suirimas , jo desnis ir desningumai
25 Branduoliniu reakciju samprata, tipai, ju efektyvusis skerspjuvis
26 Branduoliu savasis dalijimasis.Spontanines ir valdomos branduolines reakcijos
27.Brandoliniai reaktoriai
28 Daleles ir antidales. Atsiradimas ir anihiliacija. Antimedziagos samprata ir jos egzistavimo galimybe
29.Antimedžiaga.
30 Kvarku samprata
31.Subatominiu daleliu virsmu tvermes(Barioninio, Leiptoninio)
32Elementariuju daleliu klasifikacija
