20. yüzyılın başında. Atom fiziği olgusunu incelemeye yönelik yöntemler geliştirildi ve yalnızca atomların yapısına ilişkin temel soruları açıklığa kavuşturmayı değil, aynı zamanda kimyasal elementlerin dönüşümlerini gözlemlemeyi de mümkün kılan araçlar oluşturuldu.

Bu tür cihazları oluşturmanın zorluğu, deneylerde kullanılan yüklü parçacıkların bazı elementlerin iyonize atomları veya örneğin elektronlar olması ve cihazın yalnızca bir parçacığın girişini kaydetmesi veya hareketinin yörüngesini görünür hale getirmesi gerektiğiydi.

Parçacıkları tespit etmek için ilk ve en basit cihazlardan biri olarak, ışıldayan bir bileşimle kaplanmış bir ekran kullanıldı. Ekranda yeterince yüksek enerjiye sahip bir parçacığın çarptığı noktada, bir parlama meydana gelir - sintilasyon (Latince "parıldama" kelimesinden - ışıltı, parlama).

Parçacıkları tespit etmek için ilk temel cihaz 1908'de G. Geiger tarafından icat edildi. Bu cihaz W. Muller tarafından geliştirildikten sonra içine düşen parçacıkların sayısını sayabildi. Bir Geiger-Muller sayacının çalışması, bir gazın içinden uçan yüklü parçacıkların yollarında karşılaşılan gaz atomlarını iyonize ettiği gerçeğine dayanır: negatif yüklü bir parçacık, elektronları iter, onları atomlardan dışarı atar ve pozitif yüklü bir parçacık elektronları çeker. ve onları atomlardan çekip çıkarır.

Sayaç, ince cam veya alüminyumdan yapılmış bir pencereye sahip, yaklaşık 3 cm çapında (Şekil 37.1) içi boş bir metal silindirden oluşur. Duvarlardan izole edilmiş metal bir iplik silindirin yüzeyi boyunca uzanmaktadır. Silindir (bölme), örneğin argon gibi seyreltilmiş gazla doldurulur. Silindirin duvarları ile filaman arasında bağımsız bir deşarjın oluşması için yeterli olmayan yaklaşık 1500 V'luk bir voltaj oluşturulur. İplik büyük bir dirençle topraklanırR. Yüksek enerjili bir parçacık odaya girdiğinde, bu parçacığın yolundaki gaz atomları iyonize olur ve duvarlar ile filament arasında bir deşarj meydana gelir. Deşarj akımı, R direnci boyunca büyük bir voltaj düşüşü yaratır ve filaman ile duvarlar arasındaki voltaj büyük ölçüde azalır. Bu nedenle deşarj hızla durur. Akım durduktan sonra tüm voltaj tekrar odanın duvarları ile iplik arasında yoğunlaşır ve sayaç yeni bir parçacığı kaydetmeye hazır olur. Dirençli gerilim R, sayma mekanizmasının açıldığı anot devresindeki amplifikasyon lambasının girişine beslenir.

Yüksek enerjili parçacıkların gaz atomlarını iyonize etme yeteneği, modern fiziğin en dikkat çekici araçlarından biri olan bulut odasında da kullanılmaktadır. 1911'de İngiliz bilim adamı Charles Wilson, yüklü parçacıkların yörüngelerini görmenin ve fotoğraflamanın mümkün olduğu bir cihaz yaptı.

Wilson odası (Şekil 37.2) pistonlu bir silindirden oluşur; silindirin üst kısmı şeffaf malzemeden yapılmıştır. Hazneye az miktarda su veya alkol verilir ve içinde bir buhar ve hava karışımı oluşur. Piston hızlı bir şekilde indirildiğinde, karışım adyabatik olarak genişler ve soğur, böylece haznedeki hava buharla aşırı doygun hale gelir.

Hava toz parçacıklarından arındırılırsa, yoğunlaşma merkezlerinin olmaması nedeniyle fazla buharın sıvıya dönüştürülmesi zordur. Ancak iyonlar aynı zamanda yoğunlaşma merkezleri olarak da görev yapabilirler. Bu nedenle, eğer yüklü bir parçacık bu sırada odadan geçerse, hava moleküllerini iyonize eder, o zaman iyon zincirinde buhar yoğunlaşması meydana gelir ve parçacığın oda içindeki yörüngesinin bir sis ipliği ile işaretlendiği ortaya çıkar, yani görünür hale gelir. Havanın termal hareketi sis şeritlerini hızla bulanıklaştırır ve parçacıkların yörüngeleri yalnızca yaklaşık 0,1 saniye boyunca açıkça görülebilir, ancak bu fotoğraf için yeterlidir.

Bir fotoğrafta yörüngenin görünümü çoğu zaman parçacığın doğasını ve enerjisinin büyüklüğünü yargılamaya olanak tanır. Böylece, alfa parçacıkları nispeten kalın sürekli bir iz bırakır, protonlar daha ince bir iz bırakır ve elektronlar noktalı bir iz bırakır. Bir bulut odasındaki alfa parçacıklarının fotoğraflarından biri Şekil 2'de gösterilmektedir. 37.3.

Odayı harekete hazırlamak ve kalan iyonlardan temizlemek için, içinde iyonları nötralize edilecekleri elektrotlara çeken bir elektrik alanı yaratılır.

Yukarıda bahsedildiği gibi, bir bulut odasında parçacık izleri elde etmek için aşırı doymuş buharın yoğunlaştırılması, yani onu bir sıvıya dönüştürmek kullanılır. Aynı amaç için tam tersi bir olay da kullanılabilir, yani sıvının buhara dönüşümü. Bir sıvı, bir pistonla kapalı bir kap içine kapatılırsa ve artan basınç oluşturmak için piston kullanılırsa ve ardından sıvıdaki basıncı azaltmak için piston keskin bir şekilde hareket ettirilirse, o zaman uygun sıcaklıkta sıvı aşırı ısınmış bir durumda olabilir. Yüklü bir parçacık böyle bir sıvının içinden uçarsa, sıvı içinde oluşan iyonlar buharlaşma merkezleri olarak görev yaptığından yörüngesi boyunca sıvı kaynayacaktır. Bu durumda parçacığın yörüngesi bir buhar kabarcığı zinciriyle işaretlenir, yani görünür hale getirilir. Kabarcık odasının hareketi bu prensibe dayanmaktadır.

Yüksek enerjili parçacıkların izlerini incelerken kabarcık odası Wilson odasından daha uygundur, çünkü bir parçacık sıvı içinde hareket ederken gaza göre çok daha fazla enerji kaybeder. Çoğu durumda bu, parçacığın hareket yönünün ve enerjisinin çok daha doğru bir şekilde belirlenmesini mümkün kılar. Şu anda yaklaşık 2 m çapında kabarcık odaları var ve bunlar sıvı hidrojenle dolu. Sıvı hidrojendeki parçacık izleri çok net.

Kalın katmanlı fotoğraf plakaları yöntemi aynı zamanda parçacıkları kaydetmek ve izlerini elde etmek için de kullanılır. Fotografik emülsiyondan uçan parçacıkların gümüş bromür taneleri üzerinde etkili olduğu, böylece parçacıkların fotoğraf plakasını geliştirdikten sonra bıraktığı izin görünür hale geldiği (Şekil 37.4) ve bir mikroskop kullanılarak incelenebildiği gerçeğine dayanmaktadır. İzin yeterince uzun olmasını sağlamak için kalın fotografik emülsiyon katmanları kullanılır.

Temel parçacıkların kaynakları

Temel parçacıkları incelemek için bunların kaynakları gereklidir. Hızlandırıcıların yaratılmasından önce bu tür kaynaklar olarak doğal radyoaktif elementler ve kozmik ışınlar kullanılıyordu. Kozmik ışınlar, günümüzde yapay olarak elde edilemeyenler de dahil olmak üzere çok farklı enerjilere sahip temel parçacıklar içerir. Yüksek enerjili parçacıkların kaynağı olarak kozmik ışınların dezavantajı, bu tür parçacıkların çok az olmasıdır. Cihazın görüş alanında yüksek enerjili bir parçacığın görünümü rastgeledir.

Parçacık hızlandırıcılar eşit derecede yüksek enerjiye sahip temel parçacık akışları üretir. Farklı türde hızlandırıcılar vardır: betatron, siklotron, doğrusal hızlandırıcı.

Cenevre yakınlarında bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (CERN*), 100 m derinlikte yer altında dairesel bir tünel içine inşa edilmiş bugüne kadarki en büyük parçacık hızlandırıcısına sahiptir. Tünelin toplam uzunluğu 27 km'dir. (halkanın çapı yaklaşık 8,6 km'dir). Süper çarpıştırıcının 2007 yılında fırlatılması planlanıyordu. Yaklaşık 4.000 ton metal mutlak sıfırın sadece 2° üstüne kadar soğutulacaktı. Sonuç olarak süperiletken kablolardan neredeyse hiç kayıp olmadan 1,8 milyon amperlik bir akım akacak.

Parçacık hızlandırıcıları o kadar görkemli yapılar ki bunlara 20. yüzyılın piramitleri deniyor.

*CERN kısaltması Fransızcadan gelmektedir. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi). Rusça'da genellikle CERN kısaltması kullanılır.

Temel parçacıkları kaydetme yöntemleri

1. Sintilasyon sayaçları

Başlangıçta, temel parçacıkları kaydetmek için ışıldayan ekranlar kullanıldı - emdikleri enerjiyi ışık radyasyonuna (parlaklık) dönüştürebilen özel bir madde olan fosforla kaplanmış ekranlar. Bir temel parçacık böyle bir ekrana çarptığında zayıf bir ışık yayar, o kadar zayıftır ki yalnızca tam karanlıkta gözlemlenebilir. Tamamen karanlıkta oturup saatlerce fark edilen flaş sayısını saymak için oldukça sabırlı ve dikkatli olmak gerekiyordu.

Modern bir sintilasyon sayacında flaşlar otomatik olarak sayılır. Sayaç bir sintilatör, bir fotomultiplikatör ve darbelerin amplifikasyonu ve sayımı için elektronik cihazlardan oluşur.

Sintilatör, parçacığın enerjisini görünür ışık kuantasına dönüştürür.

Işık kuantumu, onları akım darbelerine dönüştüren bir fotoçoğaltıcı tüpe girer.

Darbeler bir elektrik devresi tarafından güçlendirilir ve otomatik olarak sayılır.

2. Kimyasal yöntemler

Kimyasal yöntemler, nükleer radyasyonun belirli kimyasal reaksiyonlar için bir katalizör olduğu, yani bunların oluşma olasılığını hızlandırdığı veya yarattığı gerçeğine dayanmaktadır.

3. Kalorimetrik yöntemler

Kalorimetrik yöntemlerde, radyasyonun bir madde tarafından emilmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarı kaydedilir. Örneğin bir gram radyum saatte yaklaşık 585 joule açığa çıkarır. sıcaklık.

4. Çerenkov etkisinin uygulanmasına dayalı yöntemler

Doğada hiçbir şey ışıktan daha hızlı hareket edemez. Ancak bunu söylediğimizde ışığın boşluktaki hareketini kastediyoruz. Maddede ışık şu hızda hareket eder: İleışığın boşluktaki hızıdır ve N– maddenin kırılma indisi. Sonuç olarak ışık madde içinde boşlukta olduğundan daha yavaş hareket eder. Bir madde içinde hareket eden temel bir parçacık, bu maddedeki ışığın hızını, boşluktaki ışığın hızını aşmadan aşabilir. Bu durumda Cherenkov'un zamanında keşfettiği radyasyon meydana gelir. Çerenkov radyasyonu, sintilasyon yöntemiyle aynı şekilde fotomultiplikatörler tarafından tespit edilir. Yöntem yalnızca hızlı, yani yüksek enerjili temel parçacıkları kaydetmenize olanak tanır.

Aşağıdaki yöntemler yalnızca temel bir parçacığı kaydetmenize değil, aynı zamanda onun izini de görmenize olanak tanır.

5. Wilson odası

1912'de Charles Wilson tarafından icat edildi ve 1927'de Nobel Ödülü'nü aldı. Bulut odası çok karmaşık bir mühendislik yapısıdır. Sadece basitleştirilmiş bir diyagram sunuyoruz.

Bulut odasının çalışma hacmi gazla doludur ve su veya alkol buharı içerir. Piston hızla aşağıya doğru hareket ettiğinde gaz hızla soğur ve buhar aşırı doygun hale gelir. Bir parçacık bu boşluktan geçip yolu boyunca iyonlar oluşturduğunda, bu iyonların üzerinde yoğunlaşmış buhar damlacıkları oluşur. Parçacık yörüngesinin (iz) izi, odada dar bir sis damlacıkları şeridi şeklinde görünür. Güçlü yan ışıklandırmada parkur görülebilir ve fotoğraflanabilir.

6. Kabarcık Odası(1952'de Glaeser tarafından icat edildi)

Kabarcık odası, bulut odasına benzer şekilde çalışır. Yalnızca çalışma sıvısı aşırı soğutulmuş buhar değil, aşırı ısıtılmış sıvıdır (propan, sıvı hidrojen, nitrojen, eter, ksenon, freon...). Aşırı soğutulmuş buhar gibi aşırı ısıtılmış bir sıvı kararsız bir durumdadır. Böyle bir sıvının içinden uçan bir parçacık, üzerinde hemen kabarcıkların oluştuğu iyonları oluşturur. Sıvı kabarcık odası, gaz bulutu odasından daha verimlidir. Fizikçiler için yalnızca uçan bir parçacığın izini gözlemlemek önemli değildir. Gözlem bölgesi içinde parçacığın başka bir parçacıkla çarpışması önemlidir. Parçacık etkileşiminin resmi çok daha bilgilendiricidir. Proton ve elektronların yüksek konsantrasyonuna sahip daha yoğun bir sıvının içinden uçarak parçacığın çarpışma yaşama şansı çok daha yüksektir.

7. Emülsiyon odası

İlk kez Sovyet fizikçileri Mysovsky ve Zhdanov tarafından kullanıldı. Fotografik emülsiyon jelatinden yapılır. Yoğun jelatin içerisinde hareket eden temel parçacık sık sık çarpışmalara maruz kalır. Bu nedenle, parçacığın emülsiyondaki yolu genellikle çok kısadır ve fotoğrafik emülsiyon geliştirildikten sonra mikroskop altında incelenir.

8. Kıvılcım odası (mucit Cranshaw)

Hücrede Aörgü elektrotlardan oluşan bir sistem bulunur. Bu elektrotlar güç kaynağından yüksek voltajla beslenir B. Temel bir parçacık odadan geçtiğinde İÇİNDE iyonize bir iz oluşturur. Bu iz boyunca bir kıvılcım atlıyor ve bu da parçacık izini görünür kılıyor.

9. Yayıncı kamera

Akış odası kıvılcım odasına benzer, yalnızca elektrotlar arasındaki mesafe daha fazladır (yarım metreye kadar). Elektrotlara, gerçek bir kıvılcımın oluşmasına zaman kalmayacak şekilde çok kısa bir süre için voltaj uygulanır. Yalnızca bir kıvılcımın temelleri - flamalar - ortaya çıkacak zamana sahiptir.

10. Geiger sayacı

Bir Geiger sayacı, kural olarak, ekseni boyunca bir telin - anotun - gerildiği silindirik bir katottur. Sistem bir gaz karışımıyla doldurulur.

Yüklü bir parçacık sayaçtan geçerken gazı iyonlaştırır. Ortaya çıkan elektronlar, güçlü bir elektrik alanı bölgesine giren pozitif elektrota (filaman) doğru hareket ederek hızlandırılır ve ardından gaz moleküllerini iyonize ederek korona deşarjına yol açar. Sinyal genliği birkaç volta ulaşır ve kolayca kaydedilir.

Geiger sayacı, bir parçacığın sayaçtan geçtiğini ancak parçacığın enerjisini ölçmediğini kaydeder.

Ders konusu: Temel gözlem ve kayıt yöntemleri

parçacıklar.

Dersin amacı: Temel parçacıkların kaydedilmesi ve incelenmesine yönelik tesislerin yapısını ve çalışma prensibini öğrencilere açıklayın.

Ders türü: Yeni bilgiler öğrenmede bir ders.

Epigraf:

“….. yaratıcılığı beslemek

Bir insanda gelişim esas alınır

bağımsız düşünme"

P.P. Kapitsa

Ders yapısı:

Organizasyon aşaması.

Seminer öğrencilerini ve konuklarını selamlıyoruz. Öğrencinin eğitim oturumuna hazır olup olmadığının kontrol edilmesi

2. Dersin amaç ve hedefleri. (Öğrencilerin ana aşamada çalışmaya hazırlanması)

Dersin amacının beyanı (Bugün derste yüklü parçacıkları gözlemlemek ve kaydetmek için hangi araçların kullanıldığını, bunların nasıl yapılandırıldığını ve çalışma prensiplerini öğreneceksiniz).

Yeni materyalin sunumu

Öncelikle önden bir anket yapalım:

İyonlaşma nedir?

(Nötr atomların iyonlara ve elektronlara bozunması süreci)

Aşırı doymuş buhar nasıl elde edilir?

(Cevap: Kabın hacmini keskin bir şekilde artırın. Aynı zamanda sıcaklık

azalacak ve buhar aşırı doygun hale gelecektir.)

İçinde bir parçacık belirirse aşırı doymuş buhara ne olacak? ?

(Cevap: Yoğuşmanın merkezi olacak ve üzerinde çiy oluşacak.)

Manyetik alan yüklü bir parçacığın hareketini nasıl etkiler?

(Cevap: Bir alanda parçacığın hızı yönde değişir, ancak yönde değişmez.

modülü.)

Manyetik alanın yüklü bir parçacığa etki ettiği kuvvetin adı nedir? Nereye gidiyor?

(Cevap: Bu Lorentz kuvvetidir; çemberin merkezine doğru yönlendirilir.)

Öğretmenin giriş konuşması

Kuantum fiziğini incelerken, atom çekirdeği ve temel parçacıklar ifadelerinden defalarca bahsedilmişti. Bununla birlikte, temel parçacıklar (örneğin elektronlar ve iyonlar) ve atom çekirdekleri herhangi bir mikroskopla, hatta elektronla bile görülemez. Bu nedenle önce atom çekirdeğinin ve temel parçacıkların fiziğinin ortaya çıkıp gelişmeye başladığı cihazlarla tanışacağız. İnsanlara mikro dünya hakkında gerekli bilgileri verenler onlardır.

Temel parçacıkları kaydeden herhangi bir cihaz, çekici kurulu olan dolu bir silah gibidir. Bir silahın tetiğine basıldığında az miktarda kuvvet, harcanan çabayla - atışla - karşılaştırılamayacak bir etkiye neden olur.

Bir kayıt cihazı, kararsız bir durumda olabilen az çok karmaşık bir makroskobik sistemdir. Geçen bir parçacığın neden olduğu küçük bir rahatsızlıkla sistemin yeni, daha kararlı bir duruma geçiş süreci başlar. Bu işlem bir parçacığın kaydedilmesini mümkün kılar. Günümüzde pek çok farklı parçacık tespit yöntemi kullanılmaktadır.

Deneyin amaçlarına ve gerçekleştirildiği koşullara bağlı olarak, temel özellikleri bakımından birbirinden farklı olan belirli kayıt cihazları kullanılmaktadır.

Mesaj #1

Gaz deşarjlı Geiger sayacı

Geiger sayacı en önemli cihazlardan biridir. Otomatik parçacık sayımı için. İyi sayaçlar saniyede 10.000 veya daha fazla parçacığı kaydedebilir. Sayaç, içi metal bir tabaka (katot) ile kaplanmış bir cam tüp ve tüpün ekseni (anot) boyunca uzanan ince bir metal iplikten oluşur.

Tüp gazla, genellikle argonla doldurulur. Sayaç darbe iyonizasyonuna dayalı olarak çalışır. Bir gazın içinde uçan yüklü bir parçacık, atomlardan elektronları ayırır ve pozitif iyonlar ve serbest elektronlar yaratır. Anot ve katot arasındaki elektrik alanı (bunlara yüksek voltaj uygulanır), elektronları darbe iyonizasyonunun başlayacağı enerjilere hızlandırır. Bir iyon çığı meydana gelir ve sayaçtan geçen akım keskin bir şekilde artar. Bu durumda yük direncinde kayıt cihazına beslenen bir voltaj darbesi oluşur.

Geiger sayacı esas olarak elektronları ve y-kuantayı (yüksek enerjili fotonları) kaydetmek için kullanılır. Elektronları kaydederken sayacın verimliliği yaklaşık %100'dür ve y-kuantayı kaydederken yalnızca %1 civarındadır. Ağır parçacıkların (örneğin alfa parçacıkları) kaydı zordur, çünkü sayaçta bu parçacıklara karşı şeffaf olan yeterince ince bir "pencere" yapmak zordur.

Ek...
Sayaç başka bir Alman fizikçi W. Muller tarafından geliştirildi, bu nedenle bazen bu sayaca Geiger-Muller sayacı denir.

Mesaj #2

Wilson odası

Sayaçlar yalnızca bir parçacığın içinden geçtiği gerçeğini kaydetmenize ve onun bazı özelliklerini kaydetmenize olanak tanır. Bir bulut odasında hızlı yüklü bir parçacık, doğrudan gözlemlenebilecek veya fotoğraflanabilecek bir iz bırakır. Bu cihaza mikro dünyaya açılan bir “pencere” denilebilir.
Bir bulut odası, cam kapaklı alçak bir cam silindirden oluşur. Piston silindirin içinde hareket edebilir. Odanın alt kısmında siyah bir bez var. Kumaşın su ve alkol karışımı ile nemlendirilmesi nedeniyle haznedeki hava bu sıvıların buharlarına doyurulur.
1912'de oluşturulan bulut odasının hareketi, aşırı doymuş buharın iyonlar üzerinde yoğunlaşmasına dayanmaktadır. yüklü bir parçacığın yörüngesi boyunca odanın çalışma hacminde oluşur.
İncelenen parçacıklar, ince bir pencere aracılığıyla hazneye sokulur (bazen parçacık kaynağı haznenin içine yerleştirilir). Pistonun altındaki basınçtaki bir azalmanın neden olduğu piston aniden indirildiğinde, haznedeki buhar genişler. Sonuç olarak soğutma meydana gelir ve buhar aşırı doygun hale gelir. Eğer bir parçacık genişlemeden hemen önce veya sonra odaya girerse, ürettiği iyonlar yoğunlaşma çekirdeği görevi görecektir. Üzerlerinde görünen su damlacıkları uçan parçacığın izini, yani izi oluşturur. Bulut odası izlemelerinin sağladığı bilgiler, sayaçların sağlayabileceğinden çok daha zengindir. Yolun uzunluğuna göre parçacığın enerjisini belirleyebilirsiniz ve yolun birim uzunluğu başına düşen damlacık sayısına göre hızı tahmin edilir.

Kamerayı düzgün bir manyetik alana yerleştirerek (Sovyet fizikçiler P. L. Kapitsa ve D. V. Skobeltsin tarafından önerilen yöntem), yükün işaretini ve yük-kütle oranını veya parçacığın momentumunu (eğer varsa) belirlemek mümkündür. Yörünge bükülmesi ve eğriliği yönünden yük bilinir.

Hava ısındığı, odanın duvarlarından ısı aldığı ve damlacıklar buharlaştığı için odada izler uzun süre kalmaz. Yeni izler elde etmek için mevcut iyonları bir elektrik alanı kullanarak çıkarmak, havayı bir pistonla sıkıştırmak, haznedeki sıkıştırma sırasında ısınan havanın soğumasını beklemek ve yeni bir genleşme gerçekleştirmek gerekir.

Tipik olarak, bir bulut odasındaki parçacık izleri yalnızca gözlemlenmekle kalmaz, aynı zamanda fotoğraflanır. Bu durumda kamera, güçlü bir ışık ışınları demeti ile yandan aydınlatılır.

Ek...

Wilson odasına mikro dünyaya açılan bir pencere olarak adlandırılmasının yanı sıra "sisli oda" da deniyordu.

1932'de Anderson, bu kameranın yardımıyla pozitron-antielektronu keşfetti.

Mesaj #3

Kabarcık Odası

1952'de Amerikalı bilim adamı D. Glaser, parçacık izlerini tespit etmek için aşırı ısıtılmış sıvının kullanılmasını önerdi. Sıvıyla dolu bir cam silindirden oluşurlar ve biraz bulut odasına benzerler. İyon bazlı böyle bir sıvıda, hızlı yüklü bir parçacığın hareketi sırasında oluşan, görünür bir iz veren buhar kabarcıkları belirir. Bu tip odalara kabarcık odaları adı verildi.

Başlangıç ​​durumunda, haznedeki sıvı yüksek basınç altındadır ve bu da kaynamasını engeller. Basınçta keskin bir düşüşle sıvı aşırı ısınır ve kısa bir süre için dengesiz bir durumda kalır. Tam bu sırada uçan yüklü parçacıklar, buhar kabarcıklarından oluşan parçalar. Kullanılan sıvılar esas olarak sıvı hidrojen ve propandır.

Böylece kabarcık odasının hareketi aşırı ısıtılmış sıvının kaynamasına dayanır.

Kabarcık odasının çalışma döngüsü kısadır - yaklaşık 0,1 saniye. Kabarcık odasının Wilson odasına göre avantajı, çalışma maddesinin daha yüksek yoğunluğundan kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, parçacık yollarının oldukça kısa olduğu ortaya çıkıyor ve yüksek enerjili parçacıklar bile haznede sıkışıp kalıyor. Bu, bir parçacığın bir dizi ardışık dönüşümünü ve bunun neden olduğu reaksiyonları gözlemlememize olanak tanır.

Bir bulut odası ve kabarcık odasındaki izler, parçacıkların davranışı ve özellikleri hakkında ana bilgi kaynaklarından biridir.

Ek...

Kabarcık odalarının boyutları birkaç on santimetreden birkaç metreye kadar değişmektedir.

Mesaj #4

Kalın film emülsiyon yöntemi

Parçacıkları tespit etmek için bulut odalarına ek olarak kalın katmanlı fotografik emülsiyonlar kullanılır. Bu yöntem, fotoemülsiyonla kaplanmış bir fotoğraf plakası kullanılarak yapılır. Hızlı yüklü parçacıkların fotoğraf plakasının emülsiyonu üzerindeki iyonlaştırıcı etkisi, Fransız fizikçi A. Becquerel'in 1896'da keşfetmesine olanak sağladı. radyoaktivite. Fotoemülsiyon yöntemi Sovyet fizikçileri L. V. Mysovsky tarafından geliştirildi. A. P. Zhdanov ve diğerleri.

Bu yöntemin etkisi fotokimyasal reaksiyonlara dayanmaktadır.

Fotografik emülsiyon çok sayıda mikroskobik gümüş bromür kristali içerir. Hızlı yüklü bir parçacık nüfuz ederek elektronları bireysel brom atomlarından uzaklaştırır. Bu tür kristallerden oluşan bir zincir, gizli bir görüntü oluşturur. Geliştirildiğinde bu kristallerdeki metalik içerik geri yüklenir. gümüş ve gümüş taneciklerinden oluşan bir zincir, bir parçacık izi oluşturur.İzin uzunluğu ve kalınlığı, parçacığın enerjisini ve kütlesini tahmin etmek için kullanılabilir. Fotografik emülsiyonun yüksek yoğunluğu nedeniyle izler çok kısadır.

Fotografik emülsiyonların avantajı sürekli toplama etkisidir. Bu, nadir olayların kaydedilmesine olanak tanır. Fotoemülsiyonların yüksek engelleme yeteneği nedeniyle parçacıklar ve çekirdekler arasında gözlenen ilginç reaksiyonların sayısının artması da önemlidir.

Ek...

Fotoemülsiyon tabakasının kalınlığı çok küçüktür, yalnızca 200 mikrondur.

Bu, kozmik ışınları incelemek için uzay aracında kullanılan yöntemdir.

Öğretmenin eklenmesi
Bu yöntemlere ek olarak başka yöntemler de vardır:

Kıvılcım odası. 1959'da S. Fukui ve S. Miyamoto, bir parçacığın izinin neon ve argondaki bir kıvılcım deşarjı ile kaydedildiği bir kıvılcım odası tasarladı. Ağırlığı 10 tona ulaşıyor.

Sintilasyon sayaçları. Sintilasyon titriyor. Ekrana çarpan yüklü bir parçacık bir ışık parlamasına neden olur. Ekrana mikroskopla bakıldığında flaşlar sayılır.

Öğrenilen materyalin pekiştirilmesi

5 . Dersi özetlemek.

Böylece bugün parçacık kayıt yöntemleriyle tanıştık.

Temel parçacıkları kaydeden tüm cihazlardan bahsetmedik. Nadir ve çok az sayıda canlı parçacığı tespit etmeye yönelik modern cihazlar çok karmaşıktır. İnşaatlarına yüzlerce kişi katılıyor.

Şimdi malzemeyi (slaytları) sabitlemek için bir test yapalım.

1.Geiger sayacının çalışması aşağıdakilere dayanmaktadır:

Darbe iyonizasyonu.

Bir parçacığın enerji açığa çıkarması.

2. Eylemi aşırı ısıtılmış bir sıvıda buhar kabarcıklarının oluşumuna dayanan temel parçacıkları kaydetmek için bir cihaza denir.

Kalın film emülsiyonu.

Geiger sayacı.

Kamera.

Wilson odası.

Kabarcık odası.

3. Yüksüz parçacıkları bir bulut odası kullanarak tespit etmek mümkün müdür?

Küçük bir kütleye (elektron) sahip olmaları mümkündür.

Büyük bir kütleye (nötron) sahip olmaları mümkündür.

Küçük bir dürtüleri varsa mümkündür

Evet, eğer çok fazla ivmeleri varsa.

Bu yasaktır

4. Yüklü parçacıkları kaydetmeye yönelik fotoemülsiyon yöntemi,

Darbe iyonizasyonu.

Moleküllerin hareketli yüklü bir parçacık tarafından bölünmesi.

Aşırı ısıtılmış bir sıvıda buhar oluşumu.

Aşırı doymuş buharların yoğunlaşması.

Bir parçacığın enerji açığa çıkarması.

5. Çalışması aşırı doymuş buharın yoğunlaşmasına dayanan temel parçacıkları kaydeden bir cihaza denir.

Kamera

Wilson odası

Kalın film emülsiyonu

Geiger sayacı

Kabarcık Odası

6. Wilson odası neyle dolu?

Su veya alkol buharı.

Gaz, genellikle argon.

neredeyse kaynama noktasına kadar ısıtılan sıvı hidrojen veya propan

Kimyasal reaktifler

7.Kalın tabaka fotografik emülsiyon yöntemiyle oluşturulan iz nedir?

Su damlacıkları zinciri

Buhar kabarcıkları zinciri

Elektron çığı

Gümüş taneleri zinciri

6 . Ev ödevi.

paragraf 97 Fizikte laboratuvar çalışması

Ders: Hazır fotoğraflar kullanarak yüklü parçacıkların izlerini incelemek

Hedefler: Yüklü parçacıkların hareketinin doğasını açıklamak

Cihazlar ve malzemeler: Bir bulut odası, kabarcık odası ve fotografik emülsiyonda elde edilen yüklü parçacıkların izlerinin fotoğrafları

Şunu unutmayın:

İz uzunluğu ne kadar uzun olursa parçacığın enerjisi o kadar yüksek ve ortamın yoğunluğu da o kadar düşük olur)

Parçacığın yükü ne kadar büyük ve hızı ne kadar düşükse, izin kalınlığı da o kadar büyük olur

Yüklü bir parçacık manyetik bir alanda hareket ettiğinde, izi kavisli hale gelir ve izin eğrilik yarıçapı daha büyük olur, parçacığın kütlesi ve hızı ne kadar büyük olursa, yükü ve manyetik alan indüksiyon modülü o kadar küçük olur.

Parçacık, büyük yarıçaplı yolun ucundan daha küçük eğrilik yarıçaplı yolun sonuna doğru hareket etti (hareket ettikçe eğrilik yarıçapı azalır, çünkü ortamın direncinden dolayı parçacık hızı azalır)

Egzersiz yapmak:

I - α-parçacık izleri, II - α-parçacık izleri III - elektron izi

bir bulut odasında, bir kabarcık odasında, bir manyetik alanda bulunan bir bulut odasında hareket etmek

Fotoğraf I'e bakın ve soruları cevaplayın:

α parçacıkları hangi yönde hareket etti? ____________________________________

α-parçacık izlerinin uzunlukları yaklaşık olarak aynıdır. Bu ne anlama gelir? _______________ ______________________________________________________________________________

Parçacıklar hareket ettikçe yolun kalınlığı nasıl değişti? ____________________ bundan ne çıkar? _____________________________________________________

Fotoğraf II'den belirleyin:

α parçacıkları hareket ettikçe neden izlerin eğrilik yarıçapı ve kalınlığı değişti? _______________________________________________________________________

parçacıklar hangi yönde hareket etti? __________________________________________

Fotoğraf III'ten belirleyin:

yol neden spiral şeklinde? _________________________________________

Elektron yolunun (III) α parçacığı izlerinden (II) çok daha uzun olmasının nedeni ne olabilir?

Temel parçacıkları gözlemleme yöntemleri

Elementer parçacıklar maddenin içinden geçerken bıraktıkları izler sayesinde gözlenebilmektedir. İzlerin doğası parçacığın yükünün işaretini, enerjisini, momentumunu vs. değerlendirmemizi sağlar. Yüklü parçacıklar yolları boyunca moleküllerin iyonlaşmasına neden olur. Nötr parçacıklar iz bırakmazlar ancak yüklü parçacıklara bozunma anında veya herhangi bir çekirdekle çarpışma anında kendilerini açığa çıkarabilirler. Dolayısıyla nötr parçacıklar da ürettikleri yüklü parçacıkların neden olduğu iyonizasyonla tespit edilir.

İyonlaştırıcı parçacıkları kaydetmek için kullanılan aletler iki gruba ayrılır. İlk grup, bir parçacığın geçişini kaydeden ve enerjisinin değerlendirilmesine olanak tanıyan cihazları içerir. İkinci grup, izleme cihazlarından, yani maddedeki parçacıkların izlerini gözlemlemeye olanak sağlayan cihazlardan oluşur. Kayıt cihazları iyonizasyon odalarını ve gaz deşarj sayaçlarını içerir. Çerenkov sayaçları ve sintilasyon sayaçları yaygınlaştı.

Bir maddenin içinden geçen yüklü bir parçacık yalnızca iyonlaşmaya değil aynı zamanda atomların uyarılmasına da neden olur. Normal hallerine dönen atomlar görünür ışık yayar. Yüklü parçacıkların gözle görülür bir ışık parlaması (parıldama) uyandırdığı maddelere fosfor denir. Fosfor organik veya inorganik olabilir.

Parıldama sayacı, ışığın özel bir ışık kılavuzu aracılığıyla bir fotomultiplikatör tüpüne sağlandığı fosfordan oluşur. Fotomultiplierin çıkışında elde edilen darbeler sayılır. Darbelerin genliği de (ışık yanıp sönmelerinin yoğunluğuyla orantılı olan) belirlenir ve bu, tespit edilen parçacıklar hakkında ek bilgi sağlar.

Sayaçlar genellikle gruplar halinde birleştirilir ve etkinleştirilir, böylece yalnızca birkaç cihaz tarafından aynı anda veya yalnızca bunlardan biri tarafından aynı anda kaydedilen olaylar kaydedilir. İlk durumda, sayaçların tesadüf şemasına göre, ikincisinde ise tesadüf karşıtı şemaya göre açıldığını söylüyorlar.

İzleme cihazları arasında bulut odaları, kabarcık odaları, kıvılcım odaları ve emülsiyon odaları bulunur.

Wilson odası. Bu, İngiliz fizikçi Charles Wilson tarafından 1912'de yaratılan cihazın adıdır. Uçan yüklü bir parçacık tarafından oluşturulan iyonların yolu, bir bulut odasında görünür hale gelir, çünkü bir sıvının aşırı doymuş buharı, iyonların üzerinde yoğunlaşır. Cihaz sürekli olarak değil, döngüler halinde çalışmaktadır. Kameranın nispeten kısa hassasiyet süresi, kameranın bir sonraki çalışma döngüsüne hazırlandığı bir ölü zamanla (100-1000 kat daha uzun) dönüşümlü olarak gerçekleşir. Aşırı doygunluk, yoğunlaşmayan gaz (helyum, nitrojen, argon) ve su buharı, etil alkol vb.'den oluşan çalışma karışımının keskin (adyabatik) genişlemesinin neden olduğu ani soğutma nedeniyle elde edilir. Aynı anda stereoskopik (yani. birkaç nokta) kameranın çalışma hacmini fotoğraflamak. Stereo fotoğraflar, kaydedilen bir olgunun mekansal resmini yeniden oluşturmanıza olanak tanır. Hassasiyet süresinin ölü zamana oranı çok küçük olduğundan, bazen olasılığı düşük olan herhangi bir olayın kaydedilmesinden önce onbinlerce fotoğraf çekmek gerekebilir. Nadir olayların gözlemlenme olasılığını arttırmak için, genişleme mekanizmasının çalışmasının, istenen olayı izole eden bir elektronik devreye dahil olan parçacık sayaçları tarafından kontrol edildiği kontrollü bulut odaları kullanılır.

Kabarcık odası. 1952'de D. A. Glezer tarafından icat edilen kabarcık odasında, aşırı doymuş buharların yerini şeffaf, aşırı ısıtılmış bir sıvı (yani, doymuş buharlarının basıncından daha düşük dış basınç altındaki bir sıvı) alır. Odanın içinden uçan iyonlaştırıcı bir parçacık, sıvının şiddetli bir şekilde kaynamasına neden olur, bunun sonucunda parçacığın izi bir buhar kabarcıkları zinciri ile gösterilir - bir iz oluşur. Kabarcık odası, Wilson odası gibi döngüler halinde çalışır. Oda, basınçta keskin bir azalma (rahatlama) ile başlatılır, bunun sonucunda çalışma sıvısı yarı kararlı bir aşırı ısınmış duruma geçer. Sıvı hidrojen, aynı zamanda içinden uçan parçacıklar için bir hedef görevi gören bir çalışma sıvısı olarak kullanılır (bu durumda düşük sıcaklıklar gereklidir).

Kıvılcım odaları. 1957'de Cranschau ve de Beer, yüklü parçacıkların yörüngelerini kaydetmek için kıvılcım odası adı verilen bir cihaz tasarladılar. Cihaz, üzerlerine metal folyo gerilmiş çerçeveler şeklinde veya metal plakalar şeklinde yapılmış, birbirine paralel düz elektrotlardan oluşan bir sistemden oluşur. Elektrotlar bir tanesi aracılığıyla bağlanır. Bir grup elektrot topraklanır ve diğerine kısa süreli (10-7 saniye süren) yüksek voltaj darbesi (10-15 kV) periyodik olarak uygulanır. Darbe uygulandığı anda iyonize edici bir parçacık odanın içinden uçarsa, yolu elektrotlar arasında atlayan bir kıvılcım zinciriyle işaretlenecektir. Cihaz, incelenen parçacıkların odanın çalışma hacmi boyunca geçişini kaydeden, tesadüf şemasına göre açılan ek sayaçların yardımıyla otomatik olarak başlar. İnert gazlarla dolu odalarda elektrotlar arası mesafe birkaç santimetreye ulaşabilir. Parçacığın uçuş yönü, elektrotların normali ile 40°'yi aşmayan bir açı oluşturuyorsa, bu tür bölmelerdeki deşarj, parçacık izi yönünde gelişir.

Fotoemülsiyon yöntemi. Sovyet fizikçiler L.V. Mysovsky ve A.P. Zhdanov, temel parçacıkları kaydetmek için fotoğraf plakalarını kullanan ilk kişilerdi. Fotografik bir emülsiyondan geçen yüklü bir parçacık, fotonlarla aynı etkiye neden olur. Bu nedenle, plaka emülsiyon içinde geliştirildikten sonra uçan parçacığın görünür bir izi (izi) oluşur. Fotoğrafik plaka yönteminin dezavantajı, emülsiyon tabakasının küçük kalınlığıydı, bunun sonucunda yalnızca tabaka düzlemine paralel uçan parçacıkların izleri elde edildi. Emülsiyon odalarında, tek tek fotografik emülsiyon katmanlarından (alt tabaka olmadan) oluşan kalın paketler (birkaç on kilograma kadar ağırlık) ışınlamaya maruz bırakılır. Işınlamanın ardından paket, her biri geliştirilip mikroskop altında incelenen katmanlara ayrılır. Bir parçacığın bir katmandan diğerine geçerken izlediği yolu takip edebilmek için, paket sökülmeden önce X-ışınları kullanılarak tüm katmanlara aynı koordinat ızgarası uygulanır.

Dünyanın yapısının atomistik kavramı

Atomun kuantum modeli, bir atomun çekirdeğinin, yüksüz, pozitif yüklü protonlardan ve nötronlardan oluştuğunu varsayar. Çekirdek aynı zamanda negatif yüke sahip olan elektronlarla da çevrilidir...

Bu APPJ kaynağının en basit şekli, iki boru şeklinde metal elektrot ve bunun içinden akan bir miktar soy gaz (He, Ar) içeren bir dielektrik tüpten oluşur. Bunu göstermek için...

Yüksek enerjili vakum plazma teknolojisi

APP (atmosferik basınçlı plazma) teşhisini gerçekleştirmek için çok fazla yöntem yoktur. Çok güçlü bir araç, ICCD (yoğunlaştırılmış ara bağlantı cihaz yükü) kamerasıdır...

Sıvı damlacıkların buharlaşma ve yoğunlaşma süreçlerinin incelenmesi

Bireysel parçacıklar, morfolojik özellikler olarak adlandırılan özelliklerle karakterize edilir: boyut, yoğunluk, şekil, yapı, kimyasal bileşim...

Karanlık madde parçacıklarının araştırılması

Uydular üzerinde yapılan deneylerde büyük yüklü karanlık madde parçacıklarının akustik tespiti Yüklü büyük karanlık madde parçacıklarını tespit etmek için radyasyon akustik yöntemlerinin kullanılması önerilmektedir...

Laboratuvar çalışmasının geliştirilmesi "Brown hareketi"

2.1 Brown hareketi ile ilgili çalışmaların analizi “1 Eylül” Fizik gazetesi No. 16/08, “Dijital mikroskobun “gözlerinden” Brown hareketi” makalesini yayınladı. Yazar /Tsarkov I.S./ burada Podolsk şehrindeki 29 No'lu Belediye Eğitim Kurumu Ortaokulunun deneyimini anlatıyor...

Aksiyon potansiyeli aşamaları. Radyoaktif radyasyon

Çeşitli kayıt cihazları, ortamın iyonlaşmasına neden olan esas olarak yüklü parçacıkların incelenmesini mümkün kılar; Çarpışma üzerine, ortamın parçacıklarının atomlarından bir elektronu koparırlar ve ona Ei iyonizasyon enerjisini verirler. Ancak yüksüz parçacıklar...

Kozmoloji ve astrofiziğin fiziksel temelleri

Temel parçacık türlerinin bolluğu fizikçiler için zor soruları gündeme getirdi: Maddenin yapısının altında yatan şey, herhangi bir genel şema, sistematik var mı?

Temel parçacıklar

Temel parçacıklar

Temel parçacıklar, fiziğin mevcut gelişme düzeyinde iç yapısı diğer parçacıkların birleşimi olarak hayal edilemeyen mikro parçacıklar olarak anlaşılır.

Temel parçacıklar

Bilim adamlarını hadronların kuarklardan oluştuğu fikrine neyin yönlendirdiğini anlamak için öncelikle proton ve nötronları atom çekirdeğine bağlayan şeyin ne olduğunu anlamalı ve onlarla birlikte maddenin derinliklerine doğru yol almalısınız...

Temel parçacıklar

Nükleer kuvvetler

1932 yılında, kozmik radyasyonda bir pozitron keşfedildi ve varlığı 1929'da Dirac'ın teorisi tarafından tahmin edilmişti. Bu gerçek sadece Dirac'ın teorisinin doğruluğunu teyit etmek için değil, aynı zamanda...

Fransız fizikçi Antoine Becquerel, ışık saçan maddelerin fotoğraf filmi üzerindeki etkisini incelerken bilinmeyen radyasyonu keşfetti. Üzerinde uranyum tuzu ile kaplanmış bakır bir haçın bir süre karanlıkta tutulduğu bir fotoğraf plakası geliştirdi. Fotoğraf plakası, bir haçın belirgin gölgesi şeklinde bir görüntü üretti. Bu, uranyum tuzunun kendiliğinden yayıldığı anlamına geliyordu. Becquerel, doğal radyoaktivite olayını keşfettiği için 1903'te Nobel Ödülü'ne layık görüldü. RADYOAKTİVİTE, bazı atom çekirdeklerinin çeşitli parçacıklar yayarak kendiliğinden diğer çekirdeklere dönüşme yeteneğidir: Herhangi bir kendiliğinden radyoaktif bozunma ekzotermiktir, yani ısının açığa çıkmasıyla meydana gelir.
ALFA PARÇACIK(a-parçacığı) – bir helyum atomunun çekirdeği. İki proton ve iki nötron içerir. A parçacıklarının emisyonuna, bazı kimyasal elementlerin radyoaktif dönüşümlerinden biri (çekirdeklerin alfa bozunması) eşlik eder.
BETA PARÇACIK –Beta bozunması sırasında yayılan elektron. Beta parçacıkları akışı, nüfuz etme gücü alfa parçacıklarından daha büyük, ancak gama ışınımınınkinden daha az olan bir tür radyoaktif radyasyondur. GAMA RADYASYONU (gamma quanta), dalga boyu 2x10–10 m'den küçük olan kısa dalga elektromanyetik radyasyondur. Dalga boyunun kısa olması nedeniyle gama radyasyonunun dalga özellikleri zayıf bir şekilde ortaya çıkar ve parçacık özellikleri ön plana çıkar. bir gama kuantası (foton) akışı olarak temsil edilir. Başlangıçtaki radyoaktif atom sayısının yarısının bozunduğu süreye yarı ömür denir. Bu süre zarfında radyoaktif maddenin aktivitesi yarıya düşer. Yarı ömür yalnızca maddenin türüne göre belirlenir ve birkaç dakikadan birkaç milyar yıla kadar farklı değerler alabilir. İZOTOPLAR- bunlar, belirli bir kimyasal elementin, çekirdeklerinin kütle sayısına göre farklılık gösteren çeşitleridir. Aynı elementin izotoplarının çekirdekleri aynı sayıda proton içerir, ancak farklı sayıda nötron içerir. Elektron kabuklarıyla aynı yapıya sahip olan izotoplar neredeyse aynı kimyasal özelliklere sahiptir. Bununla birlikte izotopların fiziksel özellikleri oldukça çarpıcı biçimde farklılık gösterebilir. Ortamdan geçen radyoaktif radyasyonun üç bileşeni de ortamın atomlarıyla etkileşime girer. Bu etkileşimin sonucu, ortamdaki atomların uyarılması ve hatta iyonlaşmasıdır, bu da çeşitli kimyasal reaksiyonların oluşmasını başlatır. Bu nedenle radyoaktif radyasyonun kimyasal etkisi vardır. Canlı bir organizmanın hücreleri radyoaktif radyasyona maruz kalırsa, radyoaktif radyasyonun başlattığı reaksiyonların ortaya çıkması, söz konusu organizmaya zararlı maddelerin oluşumuna ve sonuçta doku tahribatına yol açabilir. Bu nedenle radyoaktif radyasyonun canlı organizmalar üzerindeki etkisi yıkıcıdır. Yüksek dozda radyasyon ciddi hastalıklara ve hatta ölüme neden olabilir. 3. Nükleer reaksiyonlar
NÜKLEER REAKSİYONLAR, atom çekirdeklerinin birbirleriyle veya herhangi bir temel parçacıkla etkileşimi sonucu oluşan dönüşümlerdir. Bir nükleer reaksiyonun gerçekleşmesi için çarpışan parçacıkların birbirine yaklaşık 10-15 m mesafede yaklaşması gerekir. Nükleer reaksiyonlar enerjinin, momentumun, elektrik ve baryon yüklerinin korunumu yasalarına uyar. Nükleer reaksiyonlar kinetik enerjinin hem salınması hem de emilmesiyle meydana gelebilir ve bu enerji, kimyasal reaksiyonlar sırasında emilen veya salınan enerjiden yaklaşık 106 kat daha fazladır.

Nötronun 1932'de D. Chadwick tarafından keşfi

1932'de Alman fizikçi W. Heisenberg ve Sovyet fizikçi D.D. Ivanenko'ya teklif yapıldı Atom çekirdeğinin proton-nötron modeli. Bu modele göre atom çekirdeği temel parçacıklardan (protonlar ve nötronlar) oluşur.

Nükleer kuvvetler çok güçlüdür ancak mesafe arttıkça hızla azalır. Bunlar sözde güçlü etkileşimin bir tezahürüdür. Nükleer kuvvetlerin özel bir özelliği, kısa menzilli yapılarıdır: kendilerini çekirdeğin büyüklüğü mertebesinde mesafelerde gösterirler. Fizikçiler şaka yollu nükleer kuvvetlere "kısa kollu bir kahraman" diyorlar. Bir çekirdeği tamamen ayrı nükleonlara bölmek için gereken minimum enerjiye nükleer bağlanma enerjisi denir. Bu enerji, serbest nükleonların toplam enerjisi ile çekirdeğin toplam enerjisi arasındaki farka eşittir. Dolayısıyla serbest nükleonların toplam enerjisi, bu nükleonlardan oluşan çekirdeğin toplam enerjisinden daha büyüktür. Çok hassas ölçümler, bir çekirdeğin geri kalan kütlesinin, onu oluşturan parçaların geri kalan kütlelerinin toplamından her zaman daha az olduğu gerçeğinin kaydedilmesini mümkün kıldı. belirli bir miktardaki eğimlere kütle kusuru denir. Spesifik bağlanma enerjisi, çekirdeklerin stabilitesini karakterize eder. Spesifik bağlanma enerjisi, bağlanma enerjisinin kütle numarasına oranına eşittir ve çekirdeğin stabilitesini karakterize eder. Spesifik bağlanma enerjisi ne kadar yüksek olursa çekirdek o kadar kararlı olur. Spesifik bağlanma enerjisinin çekirdekteki nükleon sayısına bağımlılığının grafiği, 50 ila 60 aralığında zayıf bir maksimuma sahiptir. Bu, demir gibi ortalama kütle sayılarına sahip çekirdeklerin en kararlı olduğunu gösterir. Hafif çekirdekler kaynaşma eğilimindeyken, ağır çekirdekler ayrılma eğilimindedir.

Nükleer reaksiyon örnekleri.

Nükleer zincir reaksiyonları. Termonükleer reaksiyonlar, hafif atom çekirdekleri arasında çok yüksek sıcaklıklarda (~108 K ve üstü) meydana gelen nükleer reaksiyonlardır. Bu durumda madde tamamen iyonize plazma halindedir. Yüksek sıcaklıklara duyulan ihtiyaç, termonükleer bir reaksiyonda çekirdeklerin füzyonu için çok küçük bir mesafede bir araya gelmeleri ve nükleer kuvvetlerin etki alanı içerisine girmeleri gerektiği gerçeğiyle açıklanmaktadır. Bu yaklaşım, benzer yüklü çekirdekler arasında etkili olan Coulomb itici kuvvetleri tarafından önlenir. Bunların üstesinden gelmek için çekirdeğin çok yüksek kinetik enerjiye sahip olması gerekir. Termonükleer reaksiyon başladıktan sonra karışımı ısıtmak için harcanan enerjinin tamamı reaksiyon sırasında açığa çıkan enerji ile telafi edilir.
4. Nükleer enerji. Nükleer enerjinin kullanımı önemli bir bilimsel ve pratik görevdir. Kontrollü bir nükleer reaksiyonun gerçekleşmesini sağlayan cihaza nükleer reaktör denir. Reaktördeki nötron çoğalma faktörü, reaktöre kontrol çubuklarının yerleştirilmesi veya çıkarılmasıyla birliğe eşit tutulur. Bu çubuklar, nötronları iyi emen bir maddeden (kadmiyum, bor veya grafit) yapılmıştır.
Bir nükleer reaktörün ana unsurları şunlardır: – nükleer yakıt: uranyum-235, plütonyum-239; – nötron moderatörü: ağır su veya grafit; – açığa çıkan enerjinin uzaklaştırılması için soğutucu; – nükleer reaksiyon hızı düzenleyici: nötronları (bor, grafit, kadmiyum) emen bir madde.